班云福

(山東陽煤恒通化工股份有限公司， 山東郯城 276100)

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重。近年來，霧霾、酸雨等大氣污染尤為嚴(yán)重，因此，對(duì)大氣環(huán)境的治理刻不容緩。能源的清潔及高效利用成為環(huán)境治理的重要途徑[1]。傳統(tǒng)的鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)普遍采用柴油作為燃料，柴油燃燒后產(chǎn)生大量的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、顆粒物等污染性氣體，排入大氣會(huì)造成大氣污染進(jìn)一步惡化。

天然氣是一種安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)少于其他化石燃料，造成的溫室效應(yīng)較小，故能從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。采用天然氣點(diǎn)火將有利于降低煙塵排放濃度，解決點(diǎn)火過程中煙氣排放不穩(wěn)定的現(xiàn)象。將鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)由柴油改造為天然氣可以有效減少污染性氣體排放，有效治理大氣污染問題；同時(shí)，使用天然氣后可以降低鍋爐點(diǎn)火成本[2-5]。

1 機(jī)組概況

山東陽煤恒通化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱陽煤恒通)熱電廠6臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐由濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)，1#～5#爐型號(hào)為YG-240/9.8-M1， 6#爐型號(hào)為YG-240/9.8-M6，鍋爐均采用氣泡霧化和機(jī)械霧化輕柴油點(diǎn)火系統(tǒng)，配置2支床下點(diǎn)火油槍和3支床上點(diǎn)火油槍，點(diǎn)火油槍噴油質(zhì)量流量為400～500 kg/h，點(diǎn)火用油由儲(chǔ)油罐經(jīng)點(diǎn)火油泵加壓供給。改造前鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)使用柴油點(diǎn)火，霧化效果差，燃燒不完全，冒黑煙嚴(yán)重，給周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。隨著國家對(duì)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，該熱電廠的尾氣排放已不能滿足環(huán)保要求；燃燒不完全的油漬會(huì)污染布袋除塵器濾袋，使濾袋阻力增大，可能造成尾部選擇性催化還原(SCR)脫硝催化劑、脫硫系統(tǒng)的損壞；同時(shí)，儲(chǔ)油罐長期使用，其底部未及時(shí)清理，沉淀雜質(zhì)較多，點(diǎn)火期間，點(diǎn)火油槍容易出現(xiàn)堵塞，點(diǎn)火油槍霧化效果差，柴油燃燒不完全，導(dǎo)致鍋爐床體溫度(簡(jiǎn)稱床溫)無法及時(shí)達(dá)到要求的溫度，易產(chǎn)生黑煙，煙氣排放不達(dá)標(biāo),從而污染環(huán)境。

2 考察論證

為了更好地進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造和調(diào)試工作，對(duì)比了山東濟(jì)南魯能領(lǐng)秀城熱電廠(簡(jiǎn)稱領(lǐng)秀城熱電廠)和曲阜市圣方熱力有限公司熱力熱電廠(簡(jiǎn)稱圣方熱電廠)鍋爐使用天然氣點(diǎn)火情況,以及設(shè)備配置和使用情況。

2.1 領(lǐng)秀城熱電廠設(shè)備配置情況

領(lǐng)秀城熱電廠現(xiàn)有4臺(tái)新型水煤漿熱水鍋爐，2臺(tái)58 MW，2臺(tái)70 MW(100 t/h)。鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)為江陰創(chuàng)捷電器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的天然氣點(diǎn)火系統(tǒng);由鹽城市大豐燃?xì)庠O(shè)備有限公司負(fù)責(zé)燃?xì)庀到y(tǒng)安裝供氣，進(jìn)廠燃?xì)饽腹芘渲忙?25管道，單爐分支配置Φ219管道，2支床下點(diǎn)火氣槍配置Φ159管道，每只點(diǎn)火器均配置Φ38的放散管，放散母管配置Φ76管道。點(diǎn)火氣槍采用三級(jí)點(diǎn)火槍帶主氣槍結(jié)構(gòu),三級(jí)點(diǎn)火槍為點(diǎn)火小氣槍、高能點(diǎn)火槍、離子探槍三槍一體式。高能點(diǎn)火槍由電產(chǎn)生火花，點(diǎn)火小氣槍產(chǎn)生的較大火炬(明火)點(diǎn)燃主氣槍燃?xì)猓x子探槍探測(cè)點(diǎn)火小氣槍和主氣槍的火檢信號(hào)。點(diǎn)火前，先將燃?xì)夤艿婪派⒋祾吆细?現(xiàn)場(chǎng)配置3個(gè)氮?dú)庵脫Q鋼瓶，使用氮?dú)庵脫Q)，檢查各處燃?xì)鈮毫蛪嚎s空氣壓力。減壓站前燃?xì)鈮毫?.4 MPa，鍋爐前燃?xì)鈮毫?20 kPa，減壓閥后燃?xì)鈮毫?40 kPa，壓縮空氣壓力為0.7 MPa，壓縮空氣減壓后壓力為0.4 MPa。檢查試驗(yàn)點(diǎn)火小氣槍噴射強(qiáng)度(通過調(diào)整壓縮空氣及燃?xì)馀浔?，待點(diǎn)火小氣槍點(diǎn)火穩(wěn)定后，投入主氣槍(6個(gè))噴頭，主氣槍燃燒穩(wěn)定后，退出點(diǎn)火小氣槍;若點(diǎn)火失敗，需要聯(lián)鎖關(guān)燃?xì)饪傞y，并對(duì)燃?xì)夤艿老到y(tǒng)進(jìn)行放散處理，合格后再重新點(diǎn)火。領(lǐng)秀城熱電廠每臺(tái)鍋爐配置2支點(diǎn)火氣槍，每次點(diǎn)火需投入2 h，每支點(diǎn)火氣槍耗氣體積流量為850 m3/h,則單臺(tái)鍋爐點(diǎn)火1次消耗燃?xì)? 400 m3。

2.2 圣方熱電廠設(shè)備配置情況

圣方熱電廠現(xiàn)有3臺(tái)供熱鍋爐，其中3#爐為2017年新投運(yùn)的太原鍋爐廠與青島特利爾環(huán)保有限公司合作生產(chǎn)的新型水煤漿供熱鍋爐，額定熱功率為70 MW，額定壓力為1.6 MPa。配置6個(gè)氮?dú)庵脫Q鋼瓶，每次點(diǎn)火置換消耗氮?dú)饧s1瓶。圣方熱電廠每臺(tái)鍋爐配置2支點(diǎn)火氣槍,每次點(diǎn)火需投入4 h,每支點(diǎn)火氣槍耗氣體積流量為500 m3/h,則單臺(tái)鍋爐點(diǎn)火1次,消耗燃?xì)? 000 m3。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

以1臺(tái)鍋爐點(diǎn)火1次為例，陽煤恒通熱電廠鍋爐采用0#柴油，點(diǎn)火需要6 h。每次消耗柴油12 t，柴油單價(jià)為5 700元/t，則柴油費(fèi)用為68 400元。

如改用天然氣點(diǎn)火1次耗氣量大約為10 000 m3，燃?xì)鈫蝺r(jià)為3元/m3，則燃?xì)赓M(fèi)用為30 000元。改用天然氣點(diǎn)火1臺(tái)鍋爐點(diǎn)火1次可以節(jié)約資金38 400元，每年6臺(tái)鍋爐點(diǎn)火按12次計(jì)算，年可節(jié)約資金46萬元。

4 改造方案

將天然氣從地下引至各臺(tái)鍋爐點(diǎn)火現(xiàn)場(chǎng)，在鍋爐風(fēng)室后左右兩側(cè)各布置1臺(tái)燃燒器，燃燒器采用天然氣點(diǎn)火，整個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)由組合式燃?xì)馊紵b置、火檢裝置、燃?xì)恻c(diǎn)火裝置、防爆氣動(dòng)快關(guān)閥、防爆壓力開關(guān)、可編程邏輯控制器(PLC)自動(dòng)滅火保護(hù)控制柜等構(gòu)成。

原燃燒器為油點(diǎn)火燃燒器，需改為天然氣點(diǎn)火燃燒器，需要對(duì)燃燒器本體部分進(jìn)行改造，將燃燒器后部(燃燒風(fēng)筒)更換為天然氣燃燒器，燃燒器前部本體部分可繼續(xù)使用，不需要更換。

由于燃燒介質(zhì)為天然氣，原火焰檢測(cè)器為可見光式，不適于天然氣點(diǎn)火系統(tǒng)，應(yīng)改為紫外式火焰檢測(cè)器。

原高能點(diǎn)火器只適用于柴油點(diǎn)火，為了確保天然氣點(diǎn)火的安全性，將柴油點(diǎn)火的兩級(jí)點(diǎn)火槍改為天然氣點(diǎn)火的三級(jí)點(diǎn)火槍。

控制柜即點(diǎn)火平臺(tái)閥組需要全部更換，閥門口徑均有較大變化，同時(shí)所有設(shè)備應(yīng)采用防爆類型。

4.1 規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)

鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造設(shè)備規(guī)格型號(hào)及數(shù)量見表1。

4.2 工藝技術(shù)方案

4.2.1 爐前天然氣系統(tǒng)

將天然氣從熱電廠西墻地下引入，順柴油機(jī)房南側(cè)向東鋪設(shè)，地下鋪設(shè)管路至各臺(tái)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)，將0.4 MPa天然氣通過減壓閥減壓到30 kPa后，引入逐臺(tái)鍋爐爐前，進(jìn)入鍋爐的主管線上設(shè)置快速切斷閥(電磁閥)、過濾器、氣動(dòng)關(guān)斷閥、流量計(jì)流量調(diào)節(jié)閥、放散管、取樣閥、氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)；從主管線分支管，分別進(jìn)入2個(gè)啟燃室。

4.2.2 放散系統(tǒng)

鍋爐系統(tǒng)的天然氣主管線設(shè)置了放散系統(tǒng)，在點(diǎn)火系統(tǒng)退出運(yùn)行或者故障時(shí)，通過放散系統(tǒng)將管道內(nèi)部天然氣全部排放干凈。在管線的末端設(shè)置阻火器，防止外部明火引燃管道內(nèi)天然氣。

4.2.3 氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)

主管線快速切斷閥后、主氣槍開關(guān)閥后、點(diǎn)火小氣槍開關(guān)閥后均設(shè)置氮?dú)獯祾?，根?jù)不同需要可分段進(jìn)行吹掃，吹掃氣體通過主管線上的放散閥排放至鍋爐頂部進(jìn)行排放;當(dāng)點(diǎn)火結(jié)束后，首先自動(dòng)進(jìn)行主管線的吹掃,吹掃氣體放散到大氣，然后分別對(duì)各支管進(jìn)行吹掃。

表1 鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造設(shè)備規(guī)格型號(hào)及數(shù)量

4.2.4 天然氣點(diǎn)火系統(tǒng)

天然氣點(diǎn)火系統(tǒng)在鍋爐風(fēng)室左右兩側(cè)各布置1臺(tái)燃燒器，燃燒器采用天然氣點(diǎn)火。該系統(tǒng)由組合式燃?xì)馊紵b置、火檢裝置、燃?xì)恻c(diǎn)火裝置、防爆氣動(dòng)快關(guān)閥、防爆壓力開關(guān)、PLC自動(dòng)滅火保護(hù)控制柜、泄漏報(bào)警裝置等構(gòu)成。

該系統(tǒng)采用PLC程控柜對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行燃燒監(jiān)控，燃燒器具有自動(dòng)點(diǎn)火、滅火保護(hù)的功能。自動(dòng)點(diǎn)火功能的最大優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)火安全性高，點(diǎn)火成功率高：先點(diǎn)燃小流量點(diǎn)火小氣槍，在有火檢信號(hào)的情況下，才打開燃?xì)忾y，利用點(diǎn)火小氣槍產(chǎn)生的較大火炬(明火)點(diǎn)燃主氣槍燃?xì)?，成功率?00%;點(diǎn)火時(shí)由于點(diǎn)火小氣槍氣耗非常小，即使未點(diǎn)燃點(diǎn)火小氣槍，也不會(huì)造成主氣槍燃?xì)獯罅窟M(jìn)入鍋爐爐膛，再配合火焰檢測(cè)器的投用，從根本上杜絕了因燃?xì)鉁缁鸲斐杀嫉目赡苄?，同時(shí)也避免了以往用點(diǎn)火器直接點(diǎn)主氣槍燃?xì)馐《斐扇細(xì)獯罅啃孤┑綘t膛內(nèi)的情況。滅火保護(hù)功能為當(dāng)燃燒器正常投入使用后，若出現(xiàn)氣源故障(流量太小、壓力太低等原因)或其他非正常因素導(dǎo)致燃燒器滅火，通過燃燒器噴嘴處設(shè)置的火焰檢測(cè)器，如實(shí)反映出燃燒器滅火狀態(tài)，此時(shí)PLC程控柜自動(dòng)進(jìn)行滅火保護(hù)，系統(tǒng)迅速關(guān)斷燃?xì)忾y及主燃?xì)忾y，同時(shí)進(jìn)行吹掃放散，確保鍋爐安全可靠運(yùn)行。

4.3 工程建設(shè)投資估算

鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造投資估算見表2。由表2可以看出鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造總投資費(fèi)用約為583萬元。

表2 鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造投資估算表 萬元

5 點(diǎn)火試驗(yàn)

5.1 鍋爐天然氣點(diǎn)火調(diào)試過程

1#鍋爐自2019年4月12日完成天然氣系統(tǒng)安裝和調(diào)試，4月13日進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，因減壓閥問題受阻，更換減壓閥后，將燃?xì)鉁p壓閥后壓力調(diào)整至42 kPa；4月14日早上，調(diào)試點(diǎn)火系統(tǒng)，10：00：00 后點(diǎn)火成功，但是煙氣SO2含量超標(biāo)；點(diǎn)火初期天然氣調(diào)節(jié)閥開度20%，逐漸增加到33%，燃?xì)怏w積流量由初期800～900 m3/h增加到2 000 m3/h，在調(diào)節(jié)閥開度繼續(xù)增加到35%時(shí)，由于沒有及時(shí)調(diào)節(jié)燃?xì)饬浚斐傻蛪郝?lián)鎖，速斷閥關(guān)斷，導(dǎo)致點(diǎn)火氣槍滅火。2019年4月15日再次試驗(yàn)，更換減壓閥(由20～40 kPa更換為40～60 kPa)并在減壓閥出口增加1根Φ159管道，4月16日經(jīng)調(diào)試，點(diǎn)火氣槍點(diǎn)火成功。點(diǎn)火期間09:20:00，進(jìn)行調(diào)節(jié)試驗(yàn)，點(diǎn)火氣槍前調(diào)節(jié)閥開度在1%～5%時(shí)，減壓閥反應(yīng)滯后，但是仍可以緩慢滿足調(diào)整需要；當(dāng)點(diǎn)火氣槍前調(diào)節(jié)閥開度增加到10%，閥后壓力低(因減壓閥至點(diǎn)火氣槍流程太短，該管段內(nèi)燃?xì)饬刻?，造成低壓切斷。重新點(diǎn)火，在11:30:00左右，因燃?xì)馔饩W(wǎng)故障，切斷燃?xì)夤?yīng)，造成減壓站超壓(達(dá)到0.5 MPa)，燃?xì)獍踩y起跳，點(diǎn)火系統(tǒng)因燃?xì)鈮毫ο陆?，床溫降低，待燃?xì)夤?yīng)正常后，鍋爐床溫升溫正常。14:40:00床溫升至540 ℃，再次因燃?xì)馔饩W(wǎng)故障，造成送減壓站氣量切斷，減壓站進(jìn)氣壓力最低降至0.02 MPa(點(diǎn)火器進(jìn)口最低20 kPa)，體積流量為4 400 m3/h，險(xiǎn)些造成鍋爐滅火，床溫降低150 K。送氣恢復(fù)后，逐漸增加調(diào)節(jié)閥開度(A側(cè)最大為51%，B側(cè)最大為56%)，燃?xì)怏w積流量達(dá)到3 185 m3/h，待床溫升溫至500 ℃時(shí)，鍋爐投煤成功，點(diǎn)火氣槍退出運(yùn)行。此次鍋爐點(diǎn)火共消耗天然氣9 800 m3。

5.2 點(diǎn)火試驗(yàn)過程中存在的問題及改進(jìn)措施

(1) 燃?xì)夤救鄙匐娬惧仩t天然氣設(shè)計(jì)及安裝經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)者對(duì)鍋爐點(diǎn)火期間用氣變化情況了解不充分，其設(shè)計(jì)不能滿足鍋爐點(diǎn)火用氣調(diào)整變化需要。

(2) 天然氣管道設(shè)計(jì)余量不足，減壓閥選型低于燃燒器設(shè)計(jì)需要(原設(shè)計(jì)要求30～50 kPa,實(shí)現(xiàn)為20～40 kPa)且反應(yīng)滯后運(yùn)行中不能調(diào)節(jié)壓力，最好改為減壓調(diào)節(jié)閥并實(shí)現(xiàn)在微機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。另外減壓閥安裝位置太靠近點(diǎn)火器且閥后管道較短，給調(diào)整時(shí)預(yù)留的緩沖余量不足，應(yīng)將減壓閥后移，增加減壓閥后至點(diǎn)火氣槍前的緩沖余量。

(3) 點(diǎn)火期間天然氣外網(wǎng)壓力波動(dòng)較大，燃?xì)夤疚丛O(shè)置應(yīng)急預(yù)案，無法保證鍋爐點(diǎn)火期間用氣量需求。

(4) 試車人員準(zhǔn)備不足，無點(diǎn)火器及減壓閥的使用經(jīng)驗(yàn)，短時(shí)未掌握其使用特點(diǎn)和調(diào)整特性。

(5) 燃?xì)恻c(diǎn)火期間煙氣中SO2含量超標(biāo)，證明天然氣中H2S含量高。在鍋爐天然氣點(diǎn)火送氣前，應(yīng)取樣分析天然氣成分，保證天然氣純度符合技術(shù)協(xié)議要求(H2S質(zhì)量濃度為0～23 mg/m3)，保證鍋爐點(diǎn)火期間煙氣達(dá)標(biāo)排放。

(6) 點(diǎn)火結(jié)束后，減壓閥關(guān)閉，減壓閥前至總管電磁速斷閥之間管路無法置換放散，存在盲區(qū)。

(7) 鍋爐8 m層?xùn)|北側(cè)電磁速斷閥在系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)關(guān)閉，造成燃?xì)馇袛?，?dǎo)致聯(lián)鎖無法正常投入。

5.3 鍋爐天然氣點(diǎn)火的安全措施

(1) 開手動(dòng)點(diǎn)火閥及三級(jí)點(diǎn)火槍上點(diǎn)火小氣槍的手動(dòng)助燃風(fēng)閥(0.05～0.2 MPa)。

(2) 按下點(diǎn)火按鈕(點(diǎn)火器點(diǎn)火設(shè)定時(shí)間為10 s),同時(shí)迅速按下就地控制柜上的開點(diǎn)火氣閥(此閥主要用來點(diǎn)燃點(diǎn)火小氣槍)。

(3) 點(diǎn)火時(shí)間結(jié)束后，可通過人工觀火孔或離子火焰檢測(cè)器判斷點(diǎn)火小氣槍是否被點(diǎn)燃，若小氣槍火檢無信號(hào)，則應(yīng)立即關(guān)閉點(diǎn)火閥。

(4) 當(dāng)點(diǎn)火小氣槍被點(diǎn)燃后(點(diǎn)火小氣槍火檢有信號(hào))且能穩(wěn)燃后才可以開燃?xì)忾y，即用點(diǎn)火小氣槍產(chǎn)生的火炬點(diǎn)燃主氣槍燃?xì)?，確保點(diǎn)火安全可靠。

(5) 若在2 s內(nèi)能檢測(cè)到主氣槍火檢有信號(hào)且能穩(wěn)燃則說明點(diǎn)火成功，點(diǎn)火小氣槍伴燒10～20 s后，按下關(guān)閉點(diǎn)火小氣槍的燃?xì)忾y按鈕(助燃風(fēng)閥可不關(guān))。

(6) 若未能檢測(cè)到火焰信號(hào)，應(yīng)立即關(guān)閉燃?xì)忾y并打開放散閥將管道中的氣體對(duì)空排放，并用蒸汽進(jìn)行管路吹掃，保證吹掃合格。

(7) 爐膛及水冷風(fēng)室取樣分析，合格后方可再次點(diǎn)火。

6 結(jié)語

鍋爐天然氣點(diǎn)火技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于鍋爐點(diǎn)火，燃?xì)馊紵齼H生成CO2和水，無明顯碳顆粒及其他附著物，燃燒過程不產(chǎn)生黑煙，鍋爐煙氣達(dá)標(biāo)排放，完全滿足環(huán)保的要求，節(jié)能減排效果顯著，有效降低鍋爐點(diǎn)火費(fèi)用。