循環流化床鍋爐點火用甲醇的性能分析

夏德良，常學華，郭海強

(云南大為制氨有限公司，云南 曲靖 655338)

循環流化床鍋爐是潔凈燃燒技術。具有燃燒效率高、煤種適應性強、負荷調節范圍寬等優勢[1]。中國是世界上循環流化床鍋爐裝機容量最多的國家，已完成從高壓、超高壓到亞臨界循環流化床技術的過渡，標志著中國大型循環流化床鍋爐技術已走在世界前沿。但循環流化床鍋爐存在啟爐過程煤點火難、易結焦等問題。

1 循環流化床鍋爐啟動點火特性

循環流化床鍋爐設計一般采用0#輕柴油點火，分為床上點火和床下點火兩種方式。床上點火油槍可多點布置[2]，點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；早期人們也設計了床下點火油槍，間接加熱床料。這種點火方式會危及風室、布風板與風帽安全，實際上未被應用。后來研發了熱煙氣發生器，點火風與空氣霧化的柴油混合并燃燒，產生約 850 ℃ 的熱煙氣，流經絕熱風道、風室進入爐床內，流化和加熱鍋爐爐內床料。由于氣、固兩相間傳熱強烈，點火燃燒器的熱量可有效傳遞給床料，熱量利用率較高。

循環流化床鍋爐床下點火裝置，即熱煙氣發生器由點火風道、主流化風道、點火油槍及控制系統組成。點火源采用高能發生器。

點火時若調整不及時，熱煙氣發生器內溫度可升到 1000 ℃ 左右，對熱煙氣發生器內壁耐火內襯耐溫性要求較高。

油火油槍與熱煙氣發生器平行布置，高能點火槍可與油槍平行或垂直布置。

2 鍋爐啟動點火用甲醇性能分析

2.1 甲醇特性

甲醇(CH3OH)是一種輕質、無色、略有臭味可燃液體。甲醇可從煤、天然氣、生物質等原料提取，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。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 加熱水對比試驗

用甲醇和0#輕柴油做燃料，純氧助燃加熱 200 g 水對比試驗，詳見表2。

表2 純氧助燃甲醇和0#輕柴油燃燒對比試驗

2.3 甲醇和柴油燃燒時間及中心溫度對比試驗

詳見表3。

表3 燃燒時間及中心溫度對比試驗

對比試驗結論如下：

加熱同體積水時，柴油耗氧量是甲醇的3～4倍；

在氧氣相同數量燃燒工況下，甲醇和柴油燃燒時間基本相同；

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。

某廠 130 t/h 循環流化床鍋爐用甲醇冷態點火時相關情況見圖1、圖2。

圖1 觀火孔處甲醇燃燒的顏色

圖2示意了點火時鍋爐熱煙氣發生器內及爐膛密相區溫度分布，甲醇槍著火后火光發亮，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火時對比

3.1 柴油點火

火焰顏色呈黃色，點火初期升溫速率可控，當循環流化床鍋爐床料含碳量低(如小于5%)時，在鍋爐點火升溫后期，循環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，在燃燒器周圍嚴重積碳，熱煙氣發生器內溫度可達到 980 ℃ 以上，但鍋爐床層溫度升速較遲緩。

停爐后檢查發現點火槍槍頭積碳后，阻擋了柴油噴出，導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。點火槍槍頭積碳結焦，增加檢修維護頻次，影響鍋爐點火操作。

因點火時柴油燃燒不完全，未燃燼的柴油霧滴會隨著鍋爐煙氣逃逸。對鍋爐配置靜電除塵器或布袋除塵器時，會附著在極板或布袋上，導致除塵器積灰粘連甚至板結，除塵效率降低。煙氣中霧滴最遠的可逃逸至脫硫塔，漂浮在脫硫漿液表面。

在當前國家提出環保、節能、低碳背景下，鍋爐冷態或熱態點火啟爐時，除塵、脫硫裝置必須與鍋爐同時運行，但柴油點火過程中，柴油燃燒不完全，勢必影響除塵、脫硫裝置正常運行。

3.2 甲醇點火

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

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

霧化后的甲醇需要的點火能量比柴油低，更容易著火。鍋爐采用甲醇點火時，未點著的工況下，必須通風置換，防止熱煙氣發生器內爆燃，發生鍋爐風道損壞事故。

鍋爐采用甲醇點火時，甲醇槍與高能點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，生成物不會污染到除塵器、脫硫裝置，可同步啟動除塵裝置及脫硫裝置[5]；相比較柴油著火后不會積碳。

4 經濟性分析

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

以一臺 130 t/h 循環流化床鍋爐點火過程分析：

柴油點火：5 t/次×8800元/t=4.40萬元/次

甲醇點火：3 t/次×3000元/t=0.90萬元/次

通過上述柴油、甲醇價格變化分析，同一臺鍋爐用柴油點火大約是甲醇點火的5倍，鍋爐選用甲醇點火經濟性優于柴油。

5 環保效益分析

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 130 t/h 循環流化床鍋爐點火過程分析，比較產生的二氧化碳量：

柴油點火：5 t/次×3.1噸=15.5 t/次

甲醇點火：3 t/次×1.30元/噸=3.90 t/次

鍋爐采用甲醇點火時，鍋爐煙氣可真接進入除塵器、脫硫裝置實現達排排放；若采用柴油點時，鍋爐煙氣進入除塵器、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，導致除塵效率降低；柴油霧滴進入脫硫裝置后，影響脫硫裝置的塔內氧化，導致正常運行。

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