馬林廣

（廣西廣業(yè)貴糖糖業(yè)集團(tuán)有限公司，廣西 貴港537102）

0 引言

廣西廣業(yè)貴糖糖業(yè)集團(tuán)有限公司熱電廠75 t/h鍋爐（3#鍋爐）主要燃燒煤粉或蔗髓，也可摻燒沼氣。甘蔗渣制漿廠蔗渣堆場(chǎng)產(chǎn)生大量的高COD濃度的蔗渣噴淋廢水，污水站厭氧處理系統(tǒng)處理蔗渣噴淋廢水生產(chǎn)出的沼氣，主要供其貴糖生活紙廠高速紙機(jī)使用，當(dāng)生活紙廠停機(jī)時(shí)，沼氣供熱電廠鍋爐燃燒，燃燒量50～700 Nm3/h。

現(xiàn)有沼氣系統(tǒng)情況：污水站厭氧處理系統(tǒng)的沼氣通過(guò)管道接到鍋爐前的沼氣消泡罐（設(shè)在75 t/h爐前置爐膛左側(cè)零米層）中，消泡罐出口為一條φ219 mm管，該φ219 mm管安裝有一個(gè)DN200閘閥（無(wú)自動(dòng)和電動(dòng)裝置），分別供75 t/h鍋爐燃燒沼氣。另外，在該φ219 mm出口管上接有一條φ159 mm放空管，以保證沼氣燃燒前排除管道空氣及管道清除殘余沼氣。沼氣從φ219 mm接入入爐內(nèi)燃燒的沼氣管采用φ159 mm管，燃燒器為φ159 mm簡(jiǎn)易直噴圓管（噴口），沼氣噴口設(shè)計(jì)在前置爐膛左右兩側(cè)，墻標(biāo)高1.8 m處，以方便手動(dòng)閥門(mén)操作調(diào)整，沼氣在入爐前分別安裝有DN150 mm的波紋阻火器及閘閥。原燃燒系統(tǒng)主要流程：沼氣柜→水封罐→汽水分離器（脫泡罐）→阻火器→手動(dòng)閘閥→簡(jiǎn)易圓管直噴燃燒噴嘴。

原系統(tǒng)存在的問(wèn)題是：沼氣直管噴口穩(wěn)燃性差，當(dāng)發(fā)生鍋爐蔗渣或煤粉燃料中斷或突然停電等鍋爐故障時(shí)，鍋爐爐膛溫度低或熄火，進(jìn)而導(dǎo)致沼氣燃燒也易熄火，更主要的是，沼氣熄火后，由于采用手動(dòng)閘閥，無(wú)自動(dòng)裝置，不能及時(shí)切斷或疏忽忘記切斷沼氣供應(yīng)，造成沼氣繼續(xù)進(jìn)入鍋爐爐膛和風(fēng)道或煙道系統(tǒng)；積聚到一定濃度時(shí)，遇到火源（火花）或鍋爐余燼即發(fā)生爆燃或爆炸，容易釀成事故，曾發(fā)生過(guò)沼氣切斷不及時(shí)而發(fā)生的小爆炸故障，幸好烈度低，未造成損失。為了安全起見(jiàn)，從2013年起暫時(shí)停止了在鍋爐燃燒沼氣。由于鍋爐停燒沼氣，當(dāng)造紙生產(chǎn)停機(jī)時(shí)，沼氣不能供紙機(jī)燃燒，只能點(diǎn)燃污水站沼氣燃燒火炬燃燒沼氣，造成較大的浪費(fèi)。

1 改造方案

為確保沼氣的安全投入燃燒及保障鍋爐的安全運(yùn)行，根據(jù)75 t/h爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，20016年10月，由廣西梧鍋鍋爐制造有限公司與廣西貴糖集團(tuán)股份有限公司熱電廠重新設(shè)計(jì)接入爐內(nèi)的沼氣管道和燃燒系統(tǒng)，由廣西梧鍋鍋爐安裝有限公司安裝，對(duì)沼氣燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造。要解決沼氣燃燒安全存在的隱患，就要在鍋爐系統(tǒng)停電時(shí)或鍋爐熄火時(shí)，能夠及時(shí)切斷沼氣繼續(xù)進(jìn)入鍋爐；為同時(shí)消除沼氣燃燒易熄火的隱患，需選用能夠穩(wěn)定沼氣燃燒的燃燒器。因此，擬定了改造流程為：沼氣柜→水封罐→汽水分離器（脫泡罐）→阻火器→手動(dòng)閘閥→沼氣自動(dòng)快速切斷系統(tǒng)→腔體燃燒器（及其控制系統(tǒng)）。與原燃燒系統(tǒng)流程相比，主要是增加了沼氣自動(dòng)快速切斷系統(tǒng)[1-2]，且將易滅火的沼氣簡(jiǎn)易圓形管直噴口改為采用熱風(fēng)和沼氣混合的腔體燃燒器，以獲得穩(wěn)定的燃燒。具體為：

（1）取消原兩側(cè)墻布置的兩個(gè)配手動(dòng)閘閥供氣的沼氣圓形直噴噴嘴，改為只用一臺(tái)專業(yè)的沼氣燃燒器及配套燃?xì)馊紵詣?dòng)點(diǎn)火運(yùn)行、自動(dòng)調(diào)節(jié)火焰大小及熄火保護(hù)（自動(dòng)快速切斷）的PLC控制裝置。設(shè)計(jì)沼氣消耗量為：400 Nm3/h；考慮設(shè)計(jì)流量為400 Nm3/h主要是因?yàn)榇蟛糠謺r(shí)間沼氣產(chǎn)量為400 Nm3/h以下。另外，只在一側(cè)墻采用一臺(tái)燃燒器，是為了節(jié)省投資，因?yàn)槠髽I(yè)很快就面臨搬遷。

（2）布置位置：在左側(cè)墻原簡(jiǎn)易圓形直噴口位置；爐墻預(yù)埋孔洞尺寸：φ450 mm；

（3）安裝好新的沼氣燃燒器（全套）后，將原沼氣管DN150mm變徑為DN100mm，接入新的燃燒器。新燃燒器的沼氣接口為DN100mm；

（4）新的沼氣專用控制柜（PLC柜）安裝于鍋爐控制室。

2 新沼氣燃燒器的主要技術(shù)參數(shù)及性能

技改方案配套燃?xì)馊紵髯詣?dòng)點(diǎn)火運(yùn)行、自動(dòng)調(diào)節(jié)火焰大小及熄火保護(hù)控制。燃燒器燃用沼氣，采用二次點(diǎn)火方式，由高能點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃沼氣，產(chǎn)生點(diǎn)火火焰，再由點(diǎn)火火焰來(lái)引燃主火。本方案包含燃燒器本體選型及燃?xì)庀到y(tǒng)控制閥組，電子點(diǎn)火裝置，燃燒控制系統(tǒng)PLC操作控制柜等。

2.1 燃?xì)馊紵骷夹g(shù)參數(shù)

燃?xì)馊紵鞯募夹g(shù)參數(shù)如表1所列。

表1 燃?xì)馊紵鞯募夹g(shù)參數(shù)表

2.2 沼氣燃燒控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)基本功能

2.2.1 控制功能

（1）燃燒器可自動(dòng)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、可在控制柜上實(shí)現(xiàn)啟停及負(fù)荷調(diào)節(jié)；

（2）可按用戶提供的燃燒爐升溫、降溫程序，以燃燒爐爐膛溫度為目標(biāo)值自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器負(fù)荷，可編程化；

（3）負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍20% ～120%，可根據(jù)溫度自動(dòng)或人工調(diào)節(jié)負(fù)荷，負(fù)荷可設(shè)定；

2.2.2 顯示功能

火焰檢測(cè)信號(hào)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)、風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度信號(hào)、燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥開(kāi)度信號(hào)、燃?xì)忾y開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、可在控制柜數(shù)字顯示，信號(hào)可輸出硬連線方式至控制室的DCS系統(tǒng)。

2.2.3 報(bào)警功能

熄火報(bào)警、燃?xì)鈮毫Ω叩蛨?bào)警，聲光報(bào)警，可人工復(fù)位。

2.2.4 安全要求

自動(dòng)檢測(cè)火焰，熄火保護(hù)，熄火后可按安全程序自動(dòng)點(diǎn)火，用電設(shè)備斷電保護(hù)。

2.3 采用的燃燒器的性能

產(chǎn)品為內(nèi)混式結(jié)構(gòu)形式，在燃燒器前端內(nèi)部設(shè)制了一個(gè)燃燒火焰筒，燃燒火焰筒由多個(gè)不同間隙的園環(huán)組成，在燃燒筒上低部設(shè)有不同比例的助燃旋流空氣由旋風(fēng)片的間隙進(jìn)入火焰筒內(nèi)，與燃?xì)膺M(jìn)行均勻混合燃燒。氣體燃料通過(guò)多組噴氣嘴氣體分散旋轉(zhuǎn)進(jìn)入送于燃燒火焰筒內(nèi)與進(jìn)入的助燃空氣充分混合、燃燒、并將純凈的高溫火焰直接噴入爐膛，具有冷爐點(diǎn)火升溫快、燃燒完全等特點(diǎn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)從20%～120%可調(diào)。

（1）電子點(diǎn)火裝置。本燃燒系統(tǒng)中設(shè)點(diǎn)火槍，以沼氣作為點(diǎn)火氣源，在點(diǎn)火槍上設(shè)置高能點(diǎn)火裝置及點(diǎn)火電磁閥，用于點(diǎn)火槍點(diǎn)火及點(diǎn)火時(shí)間控制，點(diǎn)火槍火焰建立且光控探頭檢測(cè)到火焰后，自動(dòng)打開(kāi)主燃?xì)忾y，點(diǎn)燃主燃?xì)饣鹧?，助燃空氣進(jìn)入燃燒火焰筒，主燃燒器進(jìn)行正常工作。正常工作后將點(diǎn)火槍退出，巳免高溫輻射熱將點(diǎn)火槍烤壞。

（2）火焰檢測(cè)裝置。在火焰筒上安裝紫外光敏探頭，用于火焰檢測(cè)。當(dāng)熄火時(shí)，火焰檢測(cè)器將發(fā)出聲光雙報(bào)警。關(guān)閉燃?xì)忾y門(mén)。并吹掃爐膛。

（3）放散裝置。在控制管線上安裝有放散閥，當(dāng)停爐或故障停機(jī)時(shí)手動(dòng)將放散閥打開(kāi)，將管道內(nèi)余氣、余水或微量雜質(zhì)通過(guò)放散閥排放。

（4）沼氣（燃?xì)猓└叩蛪罕Ｗo(hù)裝置。在啟動(dòng)狀況時(shí)手動(dòng)打開(kāi)燃?xì)馇蜷y，高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)檢測(cè)燃?xì)鈮毫?，?dāng)燃?xì)鈮毫Φ陀? kPa系統(tǒng)將無(wú)法啟動(dòng)。高于50～80 kPa時(shí)（燃燒器前壓力突然增大有可能是燃燒器內(nèi)噴氣處壓力波動(dòng)過(guò)大，造成回火）系統(tǒng)將自動(dòng)切斷氣源，停機(jī)。

2.4 燃燒控制系統(tǒng)及性能

（1）程序控制器：控制系統(tǒng)采用嵌入式PLC作為主控器，主要監(jiān)控對(duì)象為點(diǎn)火系統(tǒng)、快速截?cái)鄽鈩?dòng)球閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥、電動(dòng)風(fēng)門(mén)執(zhí)行器等設(shè)備運(yùn)行、燃燒器故障報(bào)警等參數(shù)，完成現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)控制功能，在運(yùn)行中采用自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)和進(jìn)氣量。燃燒器具有手動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)運(yùn)行功能。

本系統(tǒng)采用PLC完成現(xiàn)場(chǎng)控制功能，控制流程方框圖如圖1所示。

圖1 控制流程方框圖

（2）PLC操作控制柜。該系統(tǒng)采用蒸氣壓力（本方案改為火焰溫度）控制型模式，將火焰溫度信號(hào)送到燃燒控制器運(yùn)用PLC較強(qiáng)輯運(yùn)算功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算和聯(lián)鎖，并分別把處理后的結(jié)果送現(xiàn)場(chǎng)各單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒器的火焰、燃燒狀態(tài)的控制及運(yùn)行/停止，并將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)在操作顯示屏上顯示。另可將燃燒器運(yùn)行情況送到DCS系統(tǒng)，監(jiān)控燃燒器的運(yùn)行狀態(tài)可以在DCS的組態(tài)界面即時(shí)顯示。PLC根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行信號(hào)完成燃燒自診定后，將接受DCS傳送的信號(hào)，自動(dòng)執(zhí)行和控制燃燒器的運(yùn)行及停止。

控制柜上設(shè)燃燒器自動(dòng)／手動(dòng)切換按鈕，燃燒器系統(tǒng)可在操作面板上實(shí)現(xiàn)單步操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟?？刂?，并將各運(yùn)行信號(hào)送到PLC控制柜，用于監(jiān)控燃燒器的運(yùn)行。

（3）燃?xì)饪刂乒芫€：（DN100）。包括快速截?cái)鄽鈩?dòng)球閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥、高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)、壓力表、點(diǎn)火管線等管路附件組成，由PLC控制柜控制燃料調(diào)節(jié)閥和助燃空氣閥的開(kāi)度。

3 技改方案主要配置設(shè)備

技改的主要設(shè)備主要有燃燒器、控制系統(tǒng)、控制管線三部分，詳見(jiàn)表2。

表2 改造燃燒系統(tǒng)主要配置設(shè)備表

4 改造實(shí)效

改造后實(shí)現(xiàn)了方案預(yù)期，在鍋爐蔗渣或煤粉較少或短暫中斷時(shí)，爐膛溫度低，沼氣燃燒器仍能穩(wěn)定燃燒沼氣。斷電和熄火時(shí)，燃燒器自控系統(tǒng)能自動(dòng)切斷沼氣供應(yīng)，確保了安全。至今未再發(fā)生熄火爆燃事故。經(jīng)流量顯示，最大可實(shí)現(xiàn)沼氣610 Nm3/h，超過(guò)設(shè)計(jì)目標(biāo)的400 Nm3/h。最大燃燒量曾達(dá)到12 620 Nm3/天，按6 300 Kcal/Nm3，每天節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約11.358 t，按標(biāo)準(zhǔn)煤800元/噸計(jì)，當(dāng)天節(jié)約9 086元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

沼氣雖然是一種易燃燒的燃?xì)猓M(jìn)入鍋爐燃燒或摻燒，在主燃料中斷或鍋爐用電停電時(shí)，沼氣易產(chǎn)生熄火事故。因此鍋爐燃燒沼氣必須設(shè)置能穩(wěn)定燃燒沼氣的燃燒器，同時(shí)需要配置沼氣供應(yīng)入爐的自動(dòng)快速切斷控制裝置，當(dāng)沼氣熄火和鍋爐用電停止時(shí)，能自動(dòng)切斷沼氣供給，防止熄火后燃?xì)膺M(jìn)入爐膛和煙風(fēng)道引起爆燃事故。