用于工业煤气锅炉的安全启炉方法及其燃烧器系统与流程

本发明涉及一种安全启炉方法，尤其是涉及一种用于工业煤气锅炉的安全启炉方法，属于工业锅炉启炉操作工艺技术领域。本发明还涉及一种适用于所述安全启炉方法的燃烧器系统。

背景技术：

火力发电厂的锅炉的生产工艺流程，是燃烧燃料放出热量，热量传递给水使其转变为具有一定压力、温度的蒸汽介质。锅炉的炉膛在点停炉的过程中极易发生燃爆事故，即在炉膛、烟道中堆积的可燃物燃料浓度到达一定范围内，在有足够的点火能量时引起燃烧爆炸，从而对锅炉及人身造成极大危害。

燃爆的条件是一定浓度的可燃物、助燃物和足够的点火能量。在锅炉正常运行工况下，虽然有足够的点火能量，但进入炉膛的燃料立即被点燃，燃烧后生成的烟气也随即排出，炉膛和烟道内没有可燃物积存，不会造成燃爆。而锅炉在停运时，燃料被有效阻断在燃料输送管道中，不能进入炉膛。炉膛和烟道基本保持与空气流通，有大量氧气积存。当锅炉点炉时，在炉膛内存在一定的残余氧气，当燃料进入炉膛并逐渐积存到一定浓度时，点炉时点火器的第一个火焰就极易造成锅炉燃爆。因此，锅炉的安全点炉，就是对燃料浓度和点火能量的安全控制过程。

煤气锅炉的燃料以煤气为主，煤气种类包括来自炼铁高炉的高炉煤气、来自炼焦炉的焦炉煤气、来自炼钢转炉的转炉煤气。煤气锅炉燃烧器所使用的各种燃料煤气分别通过煤气总管输送到锅炉本体附近，再通过支管分布输送至炉体四周，锅炉本体四角分别设置一个燃烧器，煤气支管直接连接到燃烧器火咀。

在每种煤气总管管道上安装两个总管电动阀、一个液动快关阀，用于实现在停炉或事故状态时对该种煤气介质的有效、快速切断。燃料输送到靠近燃烧器火嘴前的支管管道后，在支管上安装了一个气动快关阀、一个电动调节阀，气动快关阀的作用是实现火咀处煤气介质在停炉或事故状态时的有效、快速切断，电动调节阀的作用是调整进入燃烧器燃烧的该种燃料的流量。燃烧器每层每个火咀配置一个火焰检测器简称火检，用于监控对应火咀火焰强度信号。

如何保证火电锅炉在停炉或事故修复后的起炉安全，便成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能有效解决火电锅炉起炉前炉膛以及煤气通道内氧含量超标问题，进而保证安全起炉的用于工业煤气锅炉的安全启炉方法。本发明还提供一种适用于所述安全启炉方法的燃烧器系统。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于工业煤气锅炉的安全启炉方法，所述的安全启炉方法包括火检监测无有火信号、汽包水位处于正常范围内条件下的炉膛内空气吹扫，煤气支管内空气的氮气化置换，火咀处取样煤爆试验以及通入煤气至少点燃最下面两组火咀几个步骤，

其中，在各种煤气输送总管阀门关闭后，通过放散阀和氮气置换系统置换排空各个火咀至相应煤气输送总管之间的煤气支管内空气，

与此同时，通过引排风系统形成的负压状态吹扫炉膛和烟道并检测试爆合格后，再在自动控制系统的配合下通过下部的点火装置从炉膛底部点燃中下部的至少两组火咀完成所述的安全启炉工作。

进一步的是，引排风系统吹扫炉膛排出点炉前残留炉膛内部的煤气或其它可燃性气体的吹扫条件为，煤气总管和火咀的快关阀、调节阀全部关闭，送风机运行1台且翻板调节阀开度≥30％，引风机运行1台，来自火检的有火信号均处于无的状态，汽包水位在-50mm≤水位三取中值≤50mm的正常范围，所有助燃热风调节阀的开度均≥30％，锅炉没有引起主燃料跳闸的条件存在。

上述方案的优选方式是，吹扫需要满足的设备条件通过计算机控制系统监控、判断，满足各个设备的条件后方可开启炉膛内吹扫过程，否则煤气管道上的煤气总管上插板阀、蝶阀、液动快关阀以及煤气火咀上的调节阀、快关阀设备在计算机控制系统中均为禁开操作。

进一步的是，在计算机控制系统的监控和判断下通过引吹风系统吹扫炉膛和烟道以及通过放散阀和氮气置换系统置换排空煤气支管内的空气时，是按下述步骤进行的，

以炉膛负压参数为调整对象，自动调整引风机翻板调节阀开度，使炉膛负压保持在-10～-50pa之间稳定，保证炉膛、烟道通过送风机、引风机引导自然风流动自动吹扫、置换炉膛内的空气；与此同时，开启煤气总管至锅炉两侧火咀前的煤气支管段上的煤气放散阀、氮气支管上的充氮阀，使氮气置换系统的氮气通过的氮气输送充满煤气管道，将煤气支管内的空气驱赶至煤气放散阀排出管道，使煤气管道内的空气逐步被氮气置换，

上述的吹扫时间保持5分钟，并在计算机控制系统的监控、判断下完成吹扫过程，其后再在计算机控制系统的控制下使煤气管道上的相关煤气插板阀、蝶阀处于可操作状态。

上述方案的优选方式是，吹扫置换完成后，打开煤气总管上电动蝶阀、插板阀、液动快关阀，使煤气进入煤气支管段，调整送风机、引风机翻板调节阀开度，调整4个燃烧器助燃热风层调节阀开度，使炉膛负压保持在-10～-20pa之间并保持稳定，减小炉膛内风量，关闭氮气置换系统的充氮阀结束氮气置换。

进一步的是，在吹扫完成，通入煤气点火之前，需要在煤气支管段靠近火咀处取样做人工煤气爆破试验，测试煤气支管段内煤气浓度合格后，方可进入自动点火过程。

上述方案的优选方式是，从炉膛吹扫、煤气支管氮气置换完成后20分钟内，自动点火过程需完成2个燃烧器焦炉煤气火咀的点火，则锅炉点火过程完成；否则，计算机控制系统判断锅炉点火失败，安全启炉进入炉膛、烟道吹扫和煤气支管内煤气的氮气化置换过程中。

进一步的是，所述的安全启炉方法还包括全炉膛熄火保护、火咀无火自动关闭保护、炉膛火检无火判断以及煤气压力低压保护几个备用制度，确保进入煤气支管以及炉膛的煤气浓度始终处在安全范围内。

一种用于所述安全启炉方法的燃烧器系统，所述的燃烧器系统包括煤气总管、煤气支管、炉膛、火咀、烟道、闸阀组件、引排风系统、氮气置换系统和含有检测感应器的计算机智能控制系统，布置在炉膛内的火咀通过煤气支管与煤气总管连通，炉膛通过引排风系统吹入空气和排出燃烧废气，氮气置换系统的气体输出端与煤气支管连通，闸阀组件布置在相应的气体输送管道上，各组检测感应器布置在炉膛内的相应位置处，闸阀组件、引排气系统以及氮气置换系统的控制线均与计算机智能控制系统连接。

本发明的有益效果是：本申请通过在现有燃烧器系统的基础上增加引排风系统和氮气置换系统构成新的燃烧器系统，并将氮气置换系统的气体输出端与煤气支管连通，然后使炉膛通过引排风系统吹入空气和排出燃烧废气。这样，在点火起炉前，便可以在各种煤气输送总管阀门关闭后，通过放散阀和氮气置换系统置换排空各个火咀至相应煤气输送总管之间的煤气支管内空气，与此同时，通过引排风系统形成的负压状态吹扫炉膛和烟道并检测试爆合格后，再在自动控制系统的配合下通过下部的点火装置从炉膛底部点燃中下部的至少两组火咀完成所述的安全启炉工作。由于在本申请提供的新的燃烧器系统的配合下，在起炉前可以通过引排风系统抽尽炉膛内的点炉前残留的煤气或其它可燃性气体，通过氮气置换系统排尽煤气支管内的氧，进而保证在点炉供煤气后，炉膛以及煤气支管内的煤气与空气混合物浓度均在规定的安全范围，达到有效解决火电炉锅起炉前炉膛以及煤气通道内燃料浓度超标问题，进而保证安全起炉。具体来说就是，为防止锅炉发生燃爆事故，当锅炉运行主要参数超出安全运行的允许范围时，工业控制系统会发出燃料跳闸切断指令，紧急切断煤气燃料。当煤气总管和支管上快速切断阀均快速关闭后，锅炉炉膛内未完全燃烧煤气经过风机吹扫后，通过烟道排空，煤气总管至支管段管道中煤气通过充氮阀充入氮气置换后，将这部分煤气经放散阀排空，减少炉膛内煤气含量，从而杜绝锅炉出现燃爆事故的可能性。

附图说明

图1为本发明用于工业煤气锅炉的安全启炉方法及其燃烧器系统涉及到的燃烧器系统的结构示意图；

图2为本发明用于工业煤气锅炉的安全启炉方法及其燃烧器系统的各煤气支管的布置示图。

图中标记为：煤气总管1、煤气支管2、炉膛3、火咀4、闸阀组件5、氮气置换系统6、检测感应器7。

具体实施方式

如图1、图2所示是本发明提供的一种能有效解决火电炉锅起炉前炉膛以及煤气通道内燃料浓度超标问题，进而保证安全起炉的用于工业煤气锅炉的安全启炉方法及其燃烧器系统。所述的燃烧器系统包括煤气总管1、煤气支管2、炉膛3、火咀4、烟道、闸阀组件5、引排风系统、氮气置换系统6和含有检测感应器7的计算机智能控制系统，布置在炉膛3内的火咀4通过煤气支管2与煤气总管1连通，炉膛3通过引排风系统吹入空气和排出燃烧废气，氮气置换系统6的气体输出端与煤气支管2连通，闸阀组件5布置在相应的气体输送管道上，各组检测感应器7布置在炉膛3内的相应位置处，闸阀组件5、引排气系统以及氮气置换系统6的控制线均与计算机智能控制系统连接。所述的安全启炉方法包括火检监测无有火信号、汽包水位处于正常范围内条件下的炉膛内空气吹扫，煤气支管内煤气的氮气化置换，火咀处取样煤爆试验以及通入煤气至少点燃最下面两组火咀几个步骤，

其中，在各种煤气输送总管阀门关闭后，通过放散阀和氮气置换系统置换排空各个火咀至相应煤气输送总管之间的煤气支管内空气，

与此同时，通过引排风系统形成的负压状态吹扫炉膛和烟道并检测试爆合格后，再在自动控制系统的配合下通过下部的点火装置从炉膛底部点燃中下部的至少两组火咀完成所述的安全启炉工作。本申请通过在现有燃烧器系统的基础上增加引排风系统和氮气置换系统构成新的燃烧器系统，并将氮气置换系统的气体输出端与煤气支管连通，然后使炉膛通过引排风系统吹入空气和排出燃烧废气。这样，在点火起炉前，便可以在各种煤气输送总管阀门关闭后，通过放散阀和氮气置换系统置换排空各个火咀至相应煤气输送总管之间的煤气支管内空气，与此同时，通过引排风系统形成的负压状态吹扫炉膛和烟道并检测试爆合格后，再在自动控制系统的配合下通过下部的点火装置从炉膛底部点燃中下部的至少两组火咀完成所述的安全启炉工作。由于在本申请提供的新的燃烧器系统的配合下，在起炉前可以通过引排风系统抽尽炉膛内的点炉前残留的煤气或其它可燃性气体，通过氮气置换系统排尽煤气支管内的氧，进而保证在点炉供煤气前，炉膛以及煤气支管内的煤气与空气混合物浓度均在规定的安全范围，达到有效解决火电炉锅起炉前炉膛以及煤气通道内燃料浓度超标问题，进而保证安全起炉。具体来说就是，为防止锅炉发生燃爆事故，当锅炉运行主要参数超出安全运行的允许范围时，工业控制系统会发出燃料跳闸切断指令，紧急切断煤气燃料。当煤气总管和支管上快速切断阀均快速关闭后，锅炉炉膛内未完全燃烧煤气经过风机吹扫后，通过烟道排空，煤气总管至支管段管道中煤气通过充氮阀充入氮气置换后，将这部分煤气经放散阀排空，减少炉膛内煤气含量，从而杜绝锅炉出现燃爆事故的可能性。

为了尽管可能的将炉膛和煤气支管内的氧含量降到最安全范围，以达到尽可以有减小那怕是较小的气破形象对设备造成的伤害，本申请确定的引排风系统吹扫炉膛排出其中的氧气的吹扫条件为，煤气总管和火咀的快关阀、调节阀全部关闭，送风机运行1台且翻板调节阀开度≥30％，引风机运行1台，来自火检的有火信号均处于无的状态，汽包水位在-50mm≤水位三取中值≤50mm的正常范围，所有助燃热风调节阀的开度均≥30％，锅炉没有引起主燃料跳闸的条件存在。相应的吹扫需要满足的设备条件通过计算机控制系统监控、判断，满足各个设备的条件后方可开启炉膛内吹扫过程，否则煤气管道上的煤气总管上插板阀、蝶阀、液动快关阀以及煤气火咀上的调节阀、快关阀设备在计算机控制系统中均为禁开操作。具体来说，在计算机控制系统的监控和判断下通过引吹风系统吹扫炉膛和烟道以及通过放散阀和氮气置换系统置换排空煤气支管内的空气时，是按下述步骤进行的，

以炉膛负压参数为调整对象，自动调整引风机翻板调节阀开度，使炉膛负压保持在-10～-50pa之间稳定，保证炉膛、烟道通过送风机、引风机引导自然风流动自动吹扫、置换炉膛内的空气；与此同时，开启煤气总管至锅炉两侧火咀前的煤气支管段上的煤气放散阀、氮气支管上的充氮阀，使氮气置换系统的氮气通过的氮气输送充满煤气管道，将煤气支管内的空气驱赶至煤气放散阀排出管道，使煤气管道内的空气逐步被氮气置换，上述的吹扫时间保持5分钟，并在计算机控制系统的监控、判断下完成吹扫过程，其后在计算机控制系统的控制下使煤气管道上的相关煤气插板阀、蝶阀处于可操作状态。

结束吹扫置换的条件以及起炉点火前操作如下，在吹扫置换完成后，打开煤气总管上电动蝶阀、插板阀、液动快关阀，使煤气进入煤气支管段，调整送风机、引风机翻板调节阀开度，调整4个燃烧器助燃热风层调节阀开度，使炉膛负压保持在-10～-20pa之间并保持稳定，减小炉膛内风量，关闭氮气置换系统的充氮阀结束氮气置换。在吹扫完成，通入煤气点火之前，需要在煤气支管段靠近火咀处取样做人工煤气爆破试验，测试煤气支管段内煤气浓度合格后，方可进入自动点火过程。从炉膛吹扫、煤气支管氮气置换完成后20分钟内，自动点火过程需完成2个燃烧器焦炉煤气火咀的点火，则锅炉点火过程完成；否则，计算机控制系统判断锅炉点火失败，安全启炉进入炉膛、烟道吹扫和煤气支管内煤气的氮气化置换过程中。

当然，本申请所述的安全启炉方法还包括全炉膛熄火保护、火咀无火自动关闭保护、炉膛火检无火判断以及煤气压力低压保护几个备用制度，确保进入煤气支管以及炉膛的煤气浓度始终处在安全范围内，以保证起炉点火的绝对安全。

当然，为了防止锅炉发生燃爆事故，还需要在锅炉运行时进行参数设定并入计算机，当锅炉运行主要参数超出安全运行的允许范围时，工业控制系统会发出燃料跳闸切断指令，紧急切断煤气燃料。当煤气总管和支管上快速切断阀均快速关闭后，锅炉炉膛内未完全燃烧煤气经过风机吹扫后，通过烟道排空，煤气总管至支管段管道中煤气通过充氮阀充入氮气置换后，将这部分煤气经放散阀排空，减少炉膛内煤气含量，从而杜绝锅炉出现燃爆事故的可能性。

实施例一

如图1所示，先分别在锅炉两侧煤气支管分别设置一根氮气管道，通过充氮阀及管路连接到煤气支管上火咀快关阀、调节阀之前，当锅炉需要切断燃料而关闭煤气支管上火咀快关阀、调节阀时，通过计算机控制功能远程自动打开氮气充氮阀，对煤气支管中的煤气进行吹扫置换。

煤气锅炉安全点火过程为：

⑴满足以下条件时锅炉允许吹扫炉膛：煤气总管和火咀的阀门全关包括快关阀、调节阀，送风机运行1台且翻板调节阀开度≥30％，引风机运行1台，来自火检的有火信号均无，汽包水位在正常范围即-50mm≤水位三取中值≤50mm范围，所有助燃热风调节阀的开度均≥30％，锅炉没有引起主燃料跳闸mft的条件存在，即汽包水位、汽压、炉膛负压等参数正常、送引风机等重要辅机运行正常。

设备条件由计算机控制系统监控、判断是否满足，满足条件后方可开启炉膛内吹扫过程，否则煤气管道上相关煤气总管上插板阀、蝶阀、液动快关阀以及煤气火咀上调节阀、快关阀设备均为禁开操作。

⑵以炉膛负压参数为调整对象，自动调整引风机翻板调节阀开度，使炉膛负压保持在-10～-50pa之间稳定，保证炉膛、烟道通过送、引风机电机引导自然风流动自动吹扫、置换。同时开启煤气总管到锅炉两侧火咀前的支管段上煤气放散阀、充氮阀，使氮气充满支管段的煤气管道，将管道内空气驱赶至放散阀排出管道，使煤气管道内空气逐步被氮气置换。

这段吹扫时间保持5分钟，由计算机控制系统监控、判断吹扫过程完成，其后煤气管道上相关煤气插板阀、蝶阀可操作。

⑶吹扫完成后，打开煤气总管上电动蝶阀、插板阀、液动快关阀，使煤气进入支管段。调整送风机、引风机翻板调节阀开度，调整4个燃烧器助燃热风层调节阀开度，使炉膛负压保持在-10～-20pa之间稳定，减小炉膛内风量，关闭充氮阀结束氮气置换。

⑷在煤气支管段靠近火咀处取样，人工做煤气爆破试验，测试支管段煤气浓度合格后，进入自动点火过程。

⑸煤气锅炉以燃烧器底层火咀的焦炉煤气作为点火用，该煤气管道φ219，比其它煤气燃料管道小，以便控制点炉阶段进入炉膛的煤气量。

点火前炉膛内火检信号均无，煤气火咀快关阀和调节阀均处于关位。自动点火时，每次只能一个燃烧器点火装置在点火过程中，以防止点火时开启煤气阀门过多，导致进入炉膛的煤气浓度达到危险值。

点火流程为：点火装置的点火枪推进到燃烧器口以后，煤气火咀快关阀自动打开，火咀调节阀缓慢开到预定小开度，点火装置的点火器发出打火指令约20秒，20秒期间如火检检测到火焰强度信号则该火咀点火成功，否则，立即关阀、退点火枪。当在规定时间内第一支枪点火失败，为防止进入炉膛的煤气浓度达到危险值，锅炉结束点火过程，自动进入吹扫初始阶段，即步骤⑴。

以上流程由计算机控制系统监控、判断、执行完成。

⑹从吹扫完成后20分钟内，自动点火过程完成2个燃烧器焦炉煤气火咀的点火，则锅炉点火过程完成。否则，计算机控制系统判断锅炉点火失败，自动控制煤气总管和火咀的阀门全关包括快关阀、调节阀，放散阀打开、充氮阀打开，运行的送风机翻板调节阀开度强制开30％、助燃热风调节阀开度强制开30％，与运行的引风机形成自然风流动，自动吹扫、置换炉膛内煤气。

⑺点火过程中的保护还包括全炉膛熄火保护、火咀无火自动关保护、炉膛火检无火判断、煤气压力低压保护等措施，确保进入煤气支管及炉膛的煤气浓度在安全范围内。

为防止锅炉发生燃爆事故，当锅炉运行主要参数超出安全运行的允许范围时，工业控制系统会发出燃料跳闸切断指令，紧急切断煤气燃料。当煤气总管和支管上快速切断阀均快速关闭后，锅炉炉膛内未完全燃烧煤气经过风机吹扫后，通过烟道排空，煤气总管至支管段管道中煤气通过充氮阀充入氮气置换后，将这部分煤气经放散阀排空，减少炉膛内煤气含量，从而杜绝锅炉出现燃爆事故的可能性。