锅炉甲醇点火系统的设计应用

孙国才，许亮明

锅炉甲醇点火系统的设计应用

孙国才，许亮明

（河北正元化工工程设计有限公司，河北石家庄 050061）

近年来锅炉点火系统有所改进，打破了以前只采用柴油来实施锅炉点火，转而应用甲醇来替代柴油点火。

甲醇压缩雾化；甲醇喷枪；点火控制系统

1　项目背景

石家庄柏坡正元化肥有限公司现有2台150t和1台75t锅炉均用0#柴油点火，考虑锅炉点火原料用公司自产甲醇（粗醇）价格较低可节约成本，且燃烧产生二氧化碳和水可减少大气污染排放，因此计划改2台150t和1台75t锅炉0#柴油点火为甲醇点火，同时沧州正元及正元化肥锅炉点火系统同样做了改造。

2　0#柴油与甲醇特性对比

1）0#柴油：0#柴油一般作为柴油机的燃料使用，产品安定性能好，不易变质。具有蒸发性能好，着火迅速，有良好的燃烧性，燃烧完全，不易产生积炭。缺点是燃烧会产生大量黑烟，锅炉起动阶段如果不走旁路，柴油的燃烧会对尾部除尘等设备造成伤害。其火灾危险性属于丙类。密度：0.84～0.86g/ cm3；粘度：3.0～8.0；燃点：370℃；热值：9 600kJ/kg；闪点：55℃；凝点：0℃；水溶性：难溶；价格：5 000元/t。

2）甲醇：甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体，易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。其火灾危险性属于甲类，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧分解为一氧化碳、二氧化碳。缺点是有毒，热值较低，闪点低，有腐蚀性，所以使用甲醇会带来甲醇的存贮，雾化压力调整，热值较柴油低，处理增加，喷嘴及管路腐蚀等问题。密度：0.79g/ cm3；粘度：0.4～0.8；燃点：385℃；热值：4 500kJ/kg；闪点：12℃；凝点：-97.8℃；价格：1 560元/t；

3　甲醇点火系统工艺设计

3.1工艺流程

柴油点火工艺流程：

柴油罐——柴油点火泵——柴油点火枪

当锅炉点火时，柴油由柴油点火泵从柴油罐中抽入直接输送至柴油点火枪，点火枪引燃锅炉内的燃料。

甲醇点火工艺流程：

甲醇缓冲罐——甲醇外送泵——空气雾化甲醇枪+自动点火

当锅炉点火时，屏蔽泵将粗甲醇由甲醇缓冲罐抽出送至甲醇点火枪，同时压缩空气送入甲醇点火枪对甲醇进行压缩雾化，点火器点火引燃雾化的甲醇，引燃后的甲醇配一次风送入风室——风帽进入燃烧室引燃燃料。

两者不同的是甲醇需要配套压缩空气将液体甲醇雾化为甲醇小颗粒，然后点火，而柴油直接为液体点火。

3.2工艺设备及管道的选用

甲醇加压系统：新上20m3的甲醇缓冲罐，在甲醇罐出口设置2台甲醇屏蔽泵（一用一备），同时为了调节管道压力，设置甲醇回路压力调节阀，以保证甲醇枪压力在0.4～0.6MPa。

甲醇管道输送系统：由于醇热值低，为满足锅炉正常点火启动的需要，需增大其出力。由于醇不宜凝结，环境温度对其粘度影响小，故采用主管路单独母管至锅炉房，不设计循环回路，母管压力在泵出口设调压回路，考虑2 台炉同时使用，母管采用DN50 的碳钢管道，对于分管路采用DN40和 DN25的不锈钢管道，母管压力设定在0.5～1.0MPa 可调。支路设气动调节阀、手动控制阀控制甲醇输送量；管路前端设过滤器防止堵塞管路；支管路设流量计、压力表；在燃烧入口前加装止逆阀防回火；设置甲醇雾化阀；甲醇枪喷口处配套稳燃器，后端配吹扫助燃风（一次风）。所有受控阀门采用气动快关球阀，带反馈信号，接入气源和控制线就可以动作，安装简单方便。

甲醇喷枪：将原油枪喷枪更换为采用压缩空气雾化方式的甲醇喷枪，一方面压缩空气雾化方式雾化效果好，燃烧充分，可以减少燃料的消耗。另外该雾化方式调节范围大且方便，雾化角为70°～110°，雾化颗粒小于等于80μm，喷头不宜堵塞，可以大大减少甲醇枪的维护，避免泄漏挥发。150t锅炉甲醇喷枪（单枪）能力设计为1 200kg/h。如图1所示：

图1　甲醇喷枪

推进装置：该机构可以在锅炉安全保护系统的指令下进行工作，以一定速度将点火枪送入炉膛或退出炉膛，可保证点火枪不被烧坏，该结构具有性能优越，结构合理紧凑，运动灵活、工作平稳可靠，易于实现自控操作等优点。如图2所示：

图2　推进装置

高能点火装置（点火器）：包括高能点火器控制箱、高压点火电缆、高能点火枪组成。高能点火装置具有火花能量大、使用寿命长、高能电嘴的自净能力强，抗污染、抗结焦、抗水等，点火可靠性高。如图3所示：

图3　点火器

火焰检测系统：

火焰检测系统采用新一代智能火检，由光导管型火检探头、智能火检处理箱和冷却风管等组成，结构简单、操作方便，性能可靠，可长期连续检测各种燃气、燃油，是锅炉安全监控系统不可缺少的检测设备。

点火控制系统：更换就地点火控制柜并增加DCS远程控制点，如增加点火枪控制指令、甲醇阀控制指令、雾化阀控制指令、吹扫阀控制指令、点火器控制指令等。

3.3安全注意事项

甲醇支管进甲醇喷枪前设置止逆阀，防止甲醇回火。

考虑点火完成后，甲醇储罐和甲醇外送管道的安全性，可用压缩空气吹尽管道内残留甲醇（至锅炉燃烧），再拆除甲醇管道两端法兰连接处加盲板隔断锅炉与甲醇储罐的连接。

4　改造前后运行情况比较

改造前150t锅炉一次点火需消耗柴油4.5t，点火时长8h。点火时黑烟冒出，且当时油价较高，一次点火费用居高不下，严重浪费资源。

改造后甲醇点火运行情况：

柏坡正元于2015年11月5日150t锅炉一次点火成功，下午16：30先西侧点火枪一次点燃成功，下午17：00东侧点火枪一次点燃成功。晚上9：00炉床温度升至550℃后，锅炉开始投煤，甲醇点火系统关闭。本次甲醇点火共使用甲醇12m3（按甲醇密度0.8t/m3计算消耗甲醇9.6t）。停用后用脱盐水置换甲醇管路，保证了停用后点火系统的安全。

通过甲醇点火和柴油点火的对比（见表1），发现本次甲醇点火用90%粗甲醇9.6t，成本约1 560元/t，费用约1.497 6万元，以往采用柴油点火用0#柴油4.5t，均价5 000元/t，费用约2.25万元，一次点火节约成本7 524元左右。同时点火时锅炉无黑烟冒出，降低了燃料燃烧排放的烟气对布袋的污染。

表1　成本比较（按照1台150t锅炉一次点火成本）

从表1可以看出，甲醇较柴油节省22 500-14 976=7 524元。

5　结论

本项目共投资23.4万元，投资不高，此项目适合于化肥企业联产甲醇项目，可利用自身产的甲醇，成本更低，且此系统的安全和消防可依托原有安全和消防系统，不必增加额外投资。

依据此甲醇点火装置运行结果表明此装置安全可靠环保，使用经济，为改造锅炉点火系统的化工厂提供了技术保障。

Design and Application of Methanol Ignition System for Boiler

Sun Guo-cai，Xu Liang-ming

In recent years，the boiler ignition system has been improved，breaking the previous use of diesel oil to the implementation of the boiler ignition，instead of using methanol to replace diesel ignition.

methanol compression atomization；methanol spray gun；ignition control system

TM611

A

1003-6490（2016）06-0009-02