循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火用甲醇的性能分析

夏德良，常學(xué)華，郭海強(qiáng)

(云南大為制氨有限公司，云南 曲靖 655338)

循環(huán)流化床鍋爐是潔凈燃燒技術(shù)。具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)勢(shì)[1]。中國(guó)是世界上循環(huán)流化床鍋爐裝機(jī)容量最多的國(guó)家，已完成從高壓、超高壓到亞臨界循環(huán)流化床技術(shù)的過渡，標(biāo)志著中國(guó)大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已走在世界前沿。但循環(huán)流化床鍋爐存在啟爐過程煤點(diǎn)火難、易結(jié)焦等問題。

1 循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火特性

循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)一般采用0#輕柴油點(diǎn)火，分為床上點(diǎn)火和床下點(diǎn)火兩種方式。床上點(diǎn)火油槍可多點(diǎn)布置[2]，點(diǎn)火能量能克服鍋爐散熱損失和流化空氣帶走的熱量，床溫迅速提升至煤著火溫度，但床料吸收的熱量只是柴油燃燒放出熱量的小部分，散熱損失大；早期人們也設(shè)計(jì)了床下點(diǎn)火油槍，間接加熱床料。這種點(diǎn)火方式會(huì)危及風(fēng)室、布風(fēng)板與風(fēng)帽安全，實(shí)際上未被應(yīng)用。后來研發(fā)了熱煙氣發(fā)生器，點(diǎn)火風(fēng)與空氣霧化的柴油混合并燃燒，產(chǎn)生約 850 ℃ 的熱煙氣，流經(jīng)絕熱風(fēng)道、風(fēng)室進(jìn)入爐床內(nèi)，流化和加熱鍋爐爐內(nèi)床料。由于氣、固兩相間傳熱強(qiáng)烈，點(diǎn)火燃燒器的熱量可有效傳遞給床料，熱量利用率較高。

循環(huán)流化床鍋爐床下點(diǎn)火裝置，即熱煙氣發(fā)生器由點(diǎn)火風(fēng)道、主流化風(fēng)道、點(diǎn)火油槍及控制系統(tǒng)組成。點(diǎn)火源采用高能發(fā)生器。

點(diǎn)火時(shí)若調(diào)整不及時(shí)，熱煙氣發(fā)生器內(nèi)溫度可升到 1000 ℃ 左右，對(duì)熱煙氣發(fā)生器內(nèi)壁耐火內(nèi)襯耐溫性要求較高。

油火油槍與熱煙氣發(fā)生器平行布置，高能點(diǎn)火槍可與油槍平行或垂直布置。

2 鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火用甲醇性能分析

2.1 甲醇特性

甲醇(CH3OH)是一種輕質(zhì)、無(wú)色、略有臭味可燃液體。甲醇可從煤、天然氣、生物質(zhì)等原料提取，原料來源較廣泛，屬可再生能源。甲醇是含氧化合物，著火點(diǎn)高于汽油和0#輕柴油，理論上燃燒后的混合氣熱值與汽油和0#輕柴油相當(dāng)。甲醇與輕柴油燃燒性能比較見表1。

表1 甲醇與輕柴油燃燒性能比較表

2.2 加熱水對(duì)比試驗(yàn)

用甲醇和0#輕柴油做燃料，純氧助燃加熱 200 g 水對(duì)比試驗(yàn)，詳見表2。

表2 純氧助燃甲醇和0#輕柴油燃燒對(duì)比試驗(yàn)

2.3 甲醇和柴油燃燒時(shí)間及中心溫度對(duì)比試驗(yàn)

詳見表3。

表3 燃燒時(shí)間及中心溫度對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)論如下：

加熱同體積水時(shí)，柴油耗氧量是甲醇的3～4倍；

在氧氣相同數(shù)量燃燒工況下，甲醇和柴油燃燒時(shí)間基本相同；

甲醇燃燒中心溫度比柴油燃燒中心溫度高，但柴油的熱輻射比甲醇強(qiáng)。

某廠 130 t/h 循環(huán)流化床鍋爐用甲醇冷態(tài)點(diǎn)火時(shí)相關(guān)情況見圖1、圖2。

圖1 觀火孔處甲醇燃燒的顏色

圖2示意了點(diǎn)火時(shí)鍋爐熱煙氣發(fā)生器內(nèi)及爐膛密相區(qū)溫度分布，甲醇槍著火后火光發(fā)亮，沒有煙子，可有效操控鍋爐啟爐的升溫速率，燃燒效率高。

3 柴油與甲醇在鍋爐點(diǎn)火時(shí)對(duì)比

3.1 柴油點(diǎn)火

火焰顏色呈黃色，點(diǎn)火初期升溫速率可控，當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐床料含碳量低(如小于5%)時(shí)，在鍋爐點(diǎn)火升溫后期，循環(huán)流化床鍋爐床層溫度升高較為遲緩。為提高升溫速率，通常要提高點(diǎn)火柴油壓力。

在提高壓力的工況下，柴油燃燒不完全，在燃燒器周圍嚴(yán)重積碳，熱煙氣發(fā)生器內(nèi)溫度可達(dá)到 980 ℃ 以上，但鍋爐床層溫度升速較遲緩。

停爐后檢查發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火槍槍頭積碳后，阻擋了柴油噴出，導(dǎo)致柴油與空氣混合不均勻，柴油燃燒不完全，這是積碳的主要原因。點(diǎn)火槍槍頭積碳結(jié)焦，增加檢修維護(hù)頻次，影響鍋爐點(diǎn)火操作。

因點(diǎn)火時(shí)柴油燃燒不完全，未燃燼的柴油霧滴會(huì)隨著鍋爐煙氣逃逸。對(duì)鍋爐配置靜電除塵器或布袋除塵器時(shí)，會(huì)附著在極板或布袋上，導(dǎo)致除塵器積灰粘連甚至板結(jié)，除塵效率降低。煙氣中霧滴最遠(yuǎn)的可逃逸至脫硫塔，漂浮在脫硫漿液表面。

在當(dāng)前國(guó)家提出環(huán)保、節(jié)能、低碳背景下，鍋爐冷態(tài)或熱態(tài)點(diǎn)火啟爐時(shí)，除塵、脫硫裝置必須與鍋爐同時(shí)運(yùn)行，但柴油點(diǎn)火過程中，柴油燃燒不完全，勢(shì)必影響除塵、脫硫裝置正常運(yùn)行。

3.2 甲醇點(diǎn)火

甲醇燃燒時(shí)火焰顏色呈淡紫色。甲醇做為鍋爐點(diǎn)火燃料配套燃燒器與柴油燃燒器差別不大。甲醇槍與高能點(diǎn)火槍可平行布置或甲醇槍與高能點(diǎn)火槍垂直相交布置。

甲醇是甲B類物質(zhì)，無(wú)色透明易揮發(fā)性液體；輕柴油屬乙類物質(zhì)，在相同壓力，用空氣霧化時(shí)，甲醇比輕柴油更容易霧化及著火。

霧化后的甲醇需要的點(diǎn)火能量比柴油低，更容易著火。鍋爐采用甲醇點(diǎn)火時(shí)，未點(diǎn)著的工況下，必須通風(fēng)置換，防止熱煙氣發(fā)生器內(nèi)爆燃，發(fā)生鍋爐風(fēng)道損壞事故。

鍋爐采用甲醇點(diǎn)火時(shí)，甲醇槍與高能點(diǎn)火槍垂直布置方式比平行方式，更容易著火。甲醇燃燒后生成二氧化碳和水，生成物不會(huì)污染到除塵器、脫硫裝置，可同步啟動(dòng)除塵裝置及脫硫裝置[5]；相比較柴油著火后不會(huì)積碳。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

目前甲醇市場(chǎng)價(jià)格2000～3000元/t，檢索最近8年的價(jià)格變化，甲醇價(jià)格較平穩(wěn)，價(jià)格漲幅很少。柴油價(jià)格不斷上漲，目前價(jià)格約8800元/t。

以一臺(tái) 130 t/h 循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火過程分析：

柴油點(diǎn)火：5 t/次×8800元/t=4.40萬(wàn)元/次

甲醇點(diǎn)火：3 t/次×3000元/t=0.90萬(wàn)元/次

通過上述柴油、甲醇價(jià)格變化分析，同一臺(tái)鍋爐用柴油點(diǎn)火大約是甲醇點(diǎn)火的5倍，鍋爐選用甲醇點(diǎn)火經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于柴油。

5 環(huán)保效益分析

甲醇燃燒后生成二氧化碳和水，燃燒后每噸甲醇生成二氧化碳 1.30 t。每噸柴油燃燒后生成 3.1 t 二氧化碳。

以一臺(tái) 130 t/h 循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火過程分析，比較產(chǎn)生的二氧化碳量：

柴油點(diǎn)火：5 t/次×3.1噸=15.5 t/次

甲醇點(diǎn)火：3 t/次×1.30元/噸=3.90 t/次

鍋爐采用甲醇點(diǎn)火時(shí)，鍋爐煙氣可真接進(jìn)入除塵器、脫硫裝置實(shí)現(xiàn)達(dá)排排放；若采用柴油點(diǎn)時(shí)，鍋爐煙氣進(jìn)入除塵器、脫硫裝置，因煙氣中攜帶未燃燼的柴油霧滴，附著在除塵器上，導(dǎo)致除塵效率降低；柴油霧滴進(jìn)入脫硫裝置后，影響脫硫裝置的塔內(nèi)氧化，導(dǎo)致正常運(yùn)行。

通過上述分析，鍋爐點(diǎn)火改用甲醇為燃料后，確保鍋爐裝置配套除塵器、脫硫裝置正常運(yùn)行；可大大降低對(duì)大氣的二氧化碳排放，為低碳生活、綠色環(huán)保做貢獻(xiàn)。