流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统

摘要

流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统，由锅炉主体、布风板、风室、一次风风道构成，其特点是在一次风风道上并联连通有电磁感应加热器。一次风经电磁感应加热器加热，形成温度高达900℃以上的高温点火空气，进入锅炉主体内将布风板上的点火底料流化并逐渐加热至点燃。本发明具有：工艺及结构简单、容易实施；完全不用油、气等辅助燃料，点火成本低，经济效益好；点火过程中调控方便，操作简单，安全可靠，成功率高；日常维护量小，不污染环境等特点。兼有节能、节油、环保等三重作用，可广泛应用于电厂及供热系统中的流化床或循环流化床锅炉点火，具有极大的推广价值，实施后必将产生显著的社会效益、环境效益和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及流化床及循环流化床锅炉床下点火技术的改进，具体说是一种流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统。

背景技术

我国的一次能源中，煤占71％，石油和天然气占25％。石油的年产量约为1.7亿吨，2004年进口石油1.2亿吨，占世界石油贸易量的7％左右。未来20年内中国对石油进口的依赖程度还要逐年增加，这将危及国家的能源安全。

流化床及循环流化床燃烧技术具有燃料适应性广、燃烧效率高、脱硫效果好、NO_x排放低、负荷调节范围大以及灰渣有利于综合利用等优点，近二十年来得到迅速发展。

我国是循环流化床锅炉拥有量最多，也是发展最快的国家。至今，已有35-480t/h不同蒸发量的循环流化床锅炉2000多台投入运行，总装机容量达到25000MW。而且还有100多台蒸发量在410t/h以上的高压和超高压中间再热循环流化床锅炉正在建设中。

循环流化床锅炉点火是锅炉启动最关键、相对较困难的阶段。国内外循环流化床锅炉的点火经历了床上固态点火、流化态点火及床下点火等三个发展阶段。循环流化床锅炉床下点火技术，因其点火方式稳定、起动时间短、点火成功率高等优点而迅速被推广，并很快应用到大容量循环流化床锅炉上，国内外75t/h以上的流化床及循环流化床锅炉均采用床下点火方式。

目前，流化床及循环流化床锅炉床下点火主要采用床下油枪点火。随着机组容量向大型化发展，启动点火用油量也随之增加，从而提高了发电成本。以一台240t循环流化床锅炉一次点火用油20t来算，就需要8万多元(人民币，以下同)。每年平均点火20次，一台锅炉一年点火费用就将达到160万多元。

因此，这种床下油枪点火方式所带来的耗油量大、点火安全性差、日常维护量大和燃油对环境产生的污染等问题，均成为制约循环流化床锅炉床下油枪点火的主要因素，严重影响节约石油资源和建立节约型国家的基本国策的落实。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种将20℃左右的常温空气加热到900℃以上的高温空气，作为流化床及循环流化床锅炉的点火源，从而实现点火成本低、经济效益好，调控方便、操作简单、日常维护量小，无污染，可靠性和安全性高的流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统。

实现本发明目的的流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统的技术方案是：

这种流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统，由锅炉主体、布风板、风室、一次风风道构成，其特点是在一次风风道上连通有点火风风道，点火风风道经点火风阀门与电磁感应加热器进风口连通，电磁感应加热器出风口与高温点火风风道连通，高温点火风风道与一次风风道或风室连通；在一次风风道与点火风风道的交接处和一次风风道与高温点火风风道或风室的交接处之间的一次风风道中连接有一次风阀门。

所述的电磁感应加热器由导磁材料加热体、在加热体外周的不导磁材料保温层、绕设在保温层外周的电感线圈组成，电感线圈与电源电路电连接。

为了提高电磁感应加热器的热转换效率，加热体应采用耐高温、抗氧化、导磁性好的材料制成，其截面可为隔板形、圆孔蜂窝形、星形、放射形或放射加肋片形等不同形状。根据使用时的技术要求，加热体可选用Cr28Ni20MoW耐热钢、3YC52或Ni-Fe-Cr-Al基高温合金等不同材料。保温层可采用强度较高的不导磁耐高温炉衬或不导磁陶瓷等不同材料。电源电路可采用可控硅电源或IGBT电源等不同电路。

电源电路提供的交变电流在电感线圈中产生交变磁场使加热体发热，使从加热体中流过的20℃左右的常温一次风，快速加热到温度高达900℃以上的高温空气。电感线圈、电源电路等设备中可通以冷却水，以保证电感线圈、电源电路等设备工作在正常的温度范围内。

在电磁感应加热器上还可连接有温度自动监测闭环控制电路，自动监测加热体本身和加热体出口空气的温度，当温度高于设定温度时，自动关闭电源电路并启动保护电路。

根据锅炉对点火高温空气的需要量，电磁感应加热器可采用一组运行，也可采用至少一组并联运行。

本发明的结构简单，本专业的普通技术人员依据本发明技术方案和已有的锅炉和电磁感应加热技术，采用常规工艺设备和通用电路均可实施。

本发明的有益效果在于：

1、高温空气床下点火系统完全不用油、气等辅助燃料，即可实现流化床或循环流化床锅炉的冷、热态启动和稳燃，点火成本低，经济效益好；

2、高温空气床下点火全过程采用电磁感应加热技术，调控方便，操作简单；

3、高温空气床下点火系统省去了油枪点火所必需的油罐、输油管路等复杂设备和防爆设施，点火简便、成功率高、安全性高；

4、高温空气床下点火系统日常维护量小，可靠性高；

5、高温空气床下点火及稳燃过程中无污染物排放，环境清洁。

本发明的高温空气床下点火系统兼有节能、节油、环保等三重作用，可广泛应用于电厂及供热系统中的流化床或循环流化床锅炉点火，具有极大的推广价值，实施后必将产生显著的社会效益、环境效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的高温空气床下点火系统一种实施例的结构示意图。

图2是图1中电磁感应加热器部分的结构示意图。

图3是图2中A-A向剖面结构示意图。

图4、5、6、7是电磁感应加热器中加热体的剖面结构示意图。

图中：1锅炉主体、2布风板、3风室、4一次风风道、5点火风风道、6点火风阀门、7电磁感应加热器、8进风口、9出风口、10高温点火风风道、11一次风阀门、12加热体、13保温层、14电感线圈、15电源电路、16水冷系统、17温度自动监测闭环控制电路、18密封夹板。

具体实施方式

下面结合附图和给出的实施例对本发明作进一步描述。本发明不限于实施例，以本发明技术方案所作的等效改变均属于本发明的保护范围内。

实施例1：

参照附图1、2、3，这种流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统，由锅炉主体1、布风板2、风室3、一次风风道4构成，在一次风风道上连通有点火风风道5，点火风风道经点火风阀门6与电磁感应加热器7的进风口8连通，电磁感应加热器的出风口9与高温点火风风道10连通，高温点火风风道与一次风风道连通；在一次风风道与点火风风道的交接处和一次风风道与高温点火风风道的交接处之间的一次风风道中连接有一次风阀门11。

电磁感应加热器由导磁材料加热体12、在加热体外周的不导磁材料保温层13、绕设在保温层外周的电感线圈14组成，电感线圈与通用的可控硅电源电路15电连接。加热体采用耐高温、抗氧化、导磁性好的Cr28Ni20MoW耐热钢材料铸造制成，其截面形状为图3所示的隔板形。保温层采用强度较高的不导磁耐高温炉衬。电源电路提供的交变电流在电感线圈中产生交变磁场，交变磁场在加热体中产生感应涡流，使加热体迅速升温发热，加热通过加热体中的常温一次风，形成温度高达900℃以上的高温点火空气。电感线圈和电源电路用水冷系统16冷却，以保证工作在正常的温度范围内。在加热体上连接有通用的温度自动监测闭环控制电路17，以自动监测加热体本身和加热体出口空气的温度，当温度高于设定温度时自动关闭电源电路并启动保护电路。

加热体的截面形状，也可选用图4所示的圆孔蜂窝形、图5所示的星形、图6所示的放射形或图7所示的放射加肋片形。电磁感应加热器的两端设有密封夹板18，夹板外连接耐热钢管制成的进风口、出风口。

点火时，一次风阀门关闭、点火风阀门打开，一次风首先进入并联连通在一次风风道上的电磁感应加热器的进风口，经电磁感应加热器加热后的高温空气由出风口排出，经高温点火风风道进入一次风风道、风室，经布风板进入锅炉主体内，将布风板上的点火底料流化并逐渐加热至点燃，完成床下点火。点火后，一次风阀门打开、点火风阀门关闭，一次风经一次风风道、风室、布风板直接进入锅炉主体内，维持锅炉正常运行。

实施例2：75t/h循环流化床锅炉高温空气床下点火系统

75t/h循环流化床锅炉高温空气床下点火系统的总体结构与实施例1相同，本实施例中电磁感应加热器的加热体采用耐高温、抗氧化、导磁性好的3YC52材料铸造制成，其截面形状为图3所示的隔板形；加热体长1.8m，直径0.5m，内置13个隔板；保温层采用强度较高的不导磁陶瓷管；电源电路选用250kw/1000HZ的中频可控硅可调电源。系统中并联布置2台电磁感应加热器。

实施例3：220t/h循环流化床锅炉高温空气床下点火系统

220t/h循环流化床锅炉高温空气床下点火系统的总体结构与实施例1相同，本实施例中电磁感应加热器的加热体采用耐高温、抗氧化、导磁性好的Ni-Fe-Cr-Al基高温合金材料铸造制成，其截面形状为图4所示的圆孔蜂窝形；加热体长1.8m，直径0.5m，共开有56个直径20mm的孔，在加热体边缘开有24个直径20mm的半圆孔；保温层采用强度较高的不导磁耐高温炉衬；电源电路选用600kw/1000HZ的IGBT中频功率可调电源。系统中并联布置4台电磁感应加热器。

为验证本发明的有益效果，本发明的发明人选取相同容量的循环流化床锅炉作不同点火方式的性能对比试验。

试验例1：75t/h循环流化床锅炉点火性能对比试验

(1)某厂75t/h循环流化床锅炉高温空气床下点火试验

本试验例采用实施例2的循环流化床锅炉高温空气床下点火系统。

A、锅炉燃料为褐煤时的高温空气床下点火试验：

点火条件：

床料初始温度20℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料褐煤(干燥无灰基V^r＝62％)，电磁感应加热器2台，每台空气流量20000m³/h。

点火过程与测试结果：

点火时，2台电磁感应加热器全功率投入，每台功率250kw/1000HZ，30分钟时将初始25℃的点火空气加热到900℃的高温空气；60分钟时，床料可被加热到350℃，此时向炉内掺入少量引子煤，控制投入引子煤量，使床温缓慢升高至450℃，床料内固定碳开始燃烧，这个过程需20分钟时间；80分钟时完成预热阶段，调节电磁感应加热器功率至150kw，保持高温空气900℃，加大向床料投入引子煤量，当床温升高到650℃以上后，逐渐加大引子煤量，控制床温的上升速度直到连续投煤；当床温升高到850℃时，点火完成，关闭电磁感应加热器，投入一次风，进入正常运行阶段，整个点火过程2小时。

点火成本：

预热阶段：80分钟，耗电量250×2×4/3＝667KWH；预热结束到正常运行阶段：40分钟，耗电量150×2×2/3＝200KWH。按厂电价0.3元/度计算，点火耗电总成本：(667+200)×0.3＝260元。

B、锅炉燃料为烟煤时的高温空气床下点火试验：

点火条件：

床料初始温度20℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料烟煤(干燥无灰基V^r＝36.5％)，电磁感应加热器2台，每台空气流量20000m³/h。

点火过程与测试结果：

点火时，2台电磁感应加热器全功率投入，每台功率250kw/1000HZ，30分钟时将初始25℃的点火空气加热到900℃的高温空气；85分钟时，床料可被加热到500℃，此时向炉内掺入少量引子煤，控制投入引子煤量，使床温缓慢升高至630℃，床料内固定碳开始燃烧，这个过程需25分钟时间；110分钟时完成预热阶段，调节电磁感应加热器功率至150kw，保持高温空气900℃，加大向床料投入引子煤量，当床温升高到670℃以上后，逐渐加大引子煤量，控制床温的上升速度直到连续投煤；当床温升高到850℃时，点火完成，关闭电磁感应加热器，投入一次风，进入正常运行阶段，整个点火过程2小时30分钟。

点火成本：

预热阶段：110分钟，耗电量250×2×11/6＝917KWH预热结束到正常运行阶段：40分钟，耗电量150×2×2/3＝200KWH。按厂电价0.3元/度计算，点火耗电总成本：(917+200)×0.3＝335元。

(2)75t/h循环流化床锅炉床下油枪点火试验：

75t/h循环流化床床下油枪点火，点火装置由油枪、高能点火器、旋流器、稳焰器、燃烧室等组成。

A、锅炉燃料为褐煤时的床下油枪点火试验：

点火条件：

床料初始温度20℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料褐煤(干燥无灰基V^r＝62％)，点火油枪额定工作进油压力2.0-2.5MPa，每支油枪额定耗油量600kg/h，燃用0号柴油，配置2支油枪。

点火过程与测试结果：

点火开始时，2支油枪全部投入，燃油雾化后在点火风道中燃烧，产生1500℃左右的高温烟气，高温烟气再与一次风混合，形成约900℃的烟风混合物后进入锅炉布风板下的风室中，通过布风板进入流化料层，对料层进行加热，此段时间控制在30分钟；60分钟时，床料被加热到350℃，此时向炉内掺入少量引子煤，控制投入引子煤量，使床温缓慢升高至450℃，床料内固定碳开始燃烧，这个阶段需要20分钟时间；80分钟时，油枪出力可降低到300kg/h，保持高温空气900℃，加大向床料投入引子煤量，当床温升高到650℃以上后，逐渐加大引子煤量，控制床温的上升速度直到连续投煤，当床温升高到850℃时，点火完成，关闭油枪，投入一次风，进入正常运行阶段，整个点火过程2小时。

点火成本：

点火一次用油量2吨。按每吨油4000元计算，一次点火成本8000元。

B、锅炉燃料为烟煤时的床下油枪点火试验：

点火条件：

床料初始温度20℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料烟煤(干燥无灰基V^r＝36.5％)，点火油枪额定工作进油压力2.0-2.5MPa，每支油枪额定耗油量600kg/h，燃用0号柴油，配置2支油枪。

点火过程与测试结果：

点火开始时，2支油枪全部投入，燃油雾化后在点火风道中燃烧，产生1500℃左右的高温烟气，高温烟气再与一次风混合，形成约900℃的烟风混合物后进入锅炉布风板下的风室中，通过布风板进入流化料层，对料层进行加热，此段时间控制在45分钟；85分钟时，床料被加热到500℃，此时向炉内掺入少量引子煤，控制投入引子煤量，使床温缓慢升高至630℃，床料内固定碳开始燃烧。这个时间需要35分钟；120分钟时，油枪出力可降低到300kg/h，保持高温空气900℃，加大向床料投入引子煤量，当床温升高到670℃以上后，逐渐加大引子煤量，控制床温的上升速度直到连续投煤，当床温升高到850℃时，点火完成，关闭油枪，投入一次风，进入正常运行阶段，整个点火过程2小时30分钟。

点火成本：

点火一次用油量3吨。按每吨油4000元计算，一次点火成本1.2万元。

试验例2：220t/h循环流化床锅炉点火性能对比试验

(1)某厂220t/h循环流化床锅炉高温空气床下点火：

本试验例采用实施例3的循环流化床锅炉高温空气床下点火系统。

A、锅炉燃料为褐煤时的高温空气床下点火试验：

点火条件：

床料初始温度22℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料褐煤(干燥无灰基V^r＝62％)，电磁感应加热器4台，每台空气流量20000m³/h 。

点火过程与试验例1基本相同，经点火试验测试，点火一次需要6小时，4台600KW的电磁感应加热器，预热阶段3小时之内，全功率投入，耗电量为：3×600×4＝7200KWH；预热后到正常运行阶段3小时，功率降低到300KW，耗电量为：3×300×4＝3600KWH。

点火成本：

一次点火成本为：(7200+3600)×0.3＝3240元。

B、锅炉燃料为烟煤时的高温空气床下点火试验：

点火条件：

床料初始温度22℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料烟煤(干燥无灰基V^r＝36.5％)，电磁感应加热器4台，每台空气流量20000m³/h。

点火过程与试验例1基本相同，经点火试验测试，点火一次需要8小时，4台600KW的电磁感应加热器，预热阶段4小时之内，全功率投入，耗电量为：4×600×4＝9600KWH；预热后到正常运行阶段4小时，功率降低到300KW，耗电量为：4×300×4＝4800KWH。

点火成本：

一次点火成本为：(9600+4800)×0.3＝4320元。

(2)220t/h循环流化床锅炉床下油枪点火：

A、锅炉燃料为褐煤时的床下油枪点火试验：

点火条件：

床料初始温度22℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料褐煤(干燥无灰基V^r＝62％)，点火油枪额定工作进油压力2.0-2.5MPa，每支油枪额定耗油量600kg/h，燃用0号柴油，配置4支油枪。

点火过程与试验例1基本相同，点火全过程需6小时。

点火成本：

一次点火耗油量8吨左右，点火成本为3.2万元。

B、锅炉燃料为烟煤时的床下油枪点火试验：

点火条件：

床料初始温度22℃，点火空气初始温度25℃，锅炉燃料烟煤(干燥无灰基V^r=36.5％)，点火油枪额定工作进油压力2.0-2.5MPa，每支油枪额定耗油量600kg/h，燃用0号柴油，配置4支油枪。

点火过程与试验例1基本相同，点火全过程需8小时。

点火成本：

一次点火耗油量20吨左右，点火成本为8万元。

试验结果见下页“试验例l、2循环流化床锅炉点火性能对比试验结果对照表”。

结论：经试验例l、2循环流化床锅炉点火性能对比试验表明，相同容量的循环流化床锅炉床下高温空气点火比油点火有十分明显的优越性，尤其是一次点火成本高温空气点火最多仅为油点火的10％左右，经济效益显著。和油点火相比，高温空气点火没有复杂的油罐、输油管路等设备，安全性能大大提高。由于不用油，既节约了大量的油资源，也克服了油燃烧所带来的污染和因点火时煤油混烧不能投入电除尘器造成的环保问题。同时高温空气点火不存在油的雾化、油枪烧坏和燃烧器内局部高温等问题，因此，具有点火成功率高、调控方便、操作简单等特点。实施后必将产生显著的社会效益、环境效益和经济效益。

试验例1、2循环流化床锅炉点火性能对比试验结果对照表

         参数         比较                   试验例1(75t/h)                    试验例2(220t/h)  高温空气  点火  (褐煤)  油枪  点火  (褐煤)  高温空  气点火  (烟煤)    油枪    点火    (烟煤)   高温空   气点火   (褐煤)    油枪    点火    (褐煤)    高温空    气点火    (烟煤)    油枪    点火    (烟煤)  一次点火耗电(KWH)  867  1117   10800    14400  一次点火耗油(吨)  2    3    8    20  一次点火成本(元)  260  8000  335    12000   3240    32000    4320    80000  高温空气点火成本占  油枪点火成本的百分比  3.25  2.79   10.13    5.4  一次点火时间(小时)  2  2  2.5    2.5   6    6    8    8  点火成功率(％)  100  90  95    85   100    90    95    85  点火环保性能  无  有污染  无    有污染   无    有污染    无    有污染  点火安全性(％)  98  85  98    85   98    85    98    85