中儲式制粉系統(tǒng)摻燒褐煤的試驗研究

韓志華,宋 浩,李東海

（1.東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006;2.撫順熱電有限責(zé)任公司,遼寧 撫順 113006; 3.撫順發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 撫順 113000）

近年來電煤供應(yīng)日趨緊張,各發(fā)電廠用煤的穩(wěn)定供應(yīng)受到不同程度的沖擊。為了解決燃料供應(yīng)緊張的問題,降低發(fā)電成本,保證用煤穩(wěn)定性,某電廠從2004年8月開始摻燒霍林河褐煤,在冷爐煙系統(tǒng)條件下,褐煤比例由最初的10%已達(dá)到現(xiàn)今的50%。為了保證進一步提高摻燒褐煤比例后鍋爐的安全性和經(jīng)濟性,進行了中溫爐煙改造,改造于2009年11月完成。為了實現(xiàn)安全可靠地大比例摻燒褐煤,并為今后運行提供指導(dǎo),對1號鍋爐進行了中溫爐煙改造后的相關(guān)試驗。

1 設(shè)備簡介

1號鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HG-670/13.7-YM9型超高壓參數(shù)、帶一次中間再熱系統(tǒng)的單汽包、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉鍋爐,設(shè)計燃用煙煤。采用低速鋼球磨煤機中間儲倉式制粉系統(tǒng),送粉方式為乏氣送粉,干燥介質(zhì)采用熱風(fēng)+溫風(fēng)+冷風(fēng)+冷爐煙。設(shè)計熱風(fēng)溫度為329℃,溫風(fēng)溫度為147℃,冷風(fēng)溫度為30℃,排煙溫度為140℃,鍋爐熱效率為90.9%。1號鍋爐采用四角布置直流式煤粉燃燒器,為雙切圓布置,假想切圓直徑分別為Φ600 mm和Φ1 200 mm。一、二次風(fēng)口相間布置。每組燃燒器有4個一次風(fēng)噴口、13個二次風(fēng)噴口,一次風(fēng)量均勻分配。

2 摻燒褐煤情況

2.1 中溫爐煙改造情況

在中儲式鋼球磨煤機乏氣送粉系統(tǒng)、煙煤鍋爐上摻燒褐煤,屬于煤種的重大變革,將會帶來一系列技術(shù)問題。

a.干燥出力不足。由于褐煤的高水分特性,使得煙煤鍋爐摻燒褐煤后都出現(xiàn)了不同程度的制粉系統(tǒng)出力不足的情況,磨煤機出口溫度無法保持;而由于褐煤的發(fā)熱量一般都低于設(shè)計煤質(zhì)的發(fā)熱量,造成同樣負(fù)荷下燃料量增加;上述兩個問題相互疊加,使得鍋爐摻燒褐煤后高負(fù)荷時粉倉粉位難以保持,滿足不了鍋爐帶大負(fù)荷的要求。

b.制粉系統(tǒng)爆炸。由于褐煤的易爆炸特性,煙煤鍋爐制粉系統(tǒng)無法滿足褐煤的防爆要求,加上褐煤高水分及中儲式制粉系統(tǒng)研磨褐煤時終端介質(zhì)露點溫度較低,制粉系統(tǒng)管線長,設(shè)備復(fù)雜,容易造成原煤在磨煤機入口堆積及煤粉在磨煤機出口至粉倉之間的設(shè)備上粘結(jié),使煙煤鍋爐摻燒褐煤后極易發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸,嚴(yán)重影響機組鍋爐的安全運行。

c.送粉系統(tǒng)爆炸。對于設(shè)計燃用劣質(zhì)煙煤的鍋爐,其燃燒系統(tǒng)設(shè)計目的主要是為強化燃燒,其乏氣送粉系統(tǒng)和雙通道煤粉燃燒器對于摻燒褐煤都不利,容易出現(xiàn)燃燒器噴口燒損、噴口附近結(jié)焦等問題,對鍋爐的安全運行也構(gòu)成了威脅。

d.磨損。由于褐煤水分高、發(fā)熱量低,因此煙煤鍋爐摻燒褐煤后同樣負(fù)荷下燃料量和煙氣量一般是上升的,各級受熱面的煙氣流速也有所增加,再加上褐煤灰分較高,因此受熱面磨損,特別是尾部受熱面磨損有所加劇。

為保證1號鍋爐大比例摻燒褐煤時制粉系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)的安全運行及機組的帶負(fù)荷能力,根據(jù)磨制褐煤的制粉系統(tǒng)設(shè)計要點,并借鑒已改造摻燒霍林河褐煤的鋼球磨中儲式制粉系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗,針對1號鍋爐的具體情況,提出了1號鍋爐摻燒霍林河褐煤的抽中溫爐煙系統(tǒng)改造方案,采用轉(zhuǎn)向室的中溫爐煙+熱風(fēng)作為1號鍋爐制粉系統(tǒng)的干燥介質(zhì)。

改造方案示意圖如圖1所示。抽取的是轉(zhuǎn)向室處高溫、低氧的爐煙,利用磨煤機入口與抽取點之間的壓差將爐煙抽吸到磨煤機入口,來滿足大比例摻燒霍林河褐煤時制粉系統(tǒng)干燥出力和防爆要求。該方案具有以下優(yōu)點：抽取點處的煙氣溫度較高、煙氣含氧量較低,容易同時滿足制粉系統(tǒng)的干燥出力和防爆要求;轉(zhuǎn)向室抽取煙氣點的負(fù)壓較小,需要克服的阻力小;通過現(xiàn)場實際勘察,抽爐煙管道布置不受主要設(shè)備的影響,不需要額外增加動力設(shè)備,管道安裝方便,投資和運行成本較低。

圖1 抽取中溫爐煙改造系統(tǒng)示意圖

2.2 煤質(zhì)情況

試驗期間,1號鍋爐煤質(zhì)變化較大,收到基低位發(fā)熱量最低為14 000 kJ/kg,最高達(dá)19 000 k J/kg,收到基全水分平均值為20.26%,比設(shè)計值13.94%高約6%,最高達(dá)29.5%。1號鍋爐實際煤質(zhì)與設(shè)計煤質(zhì)相比,灰分和揮發(fā)分比較接近,水分偏高,發(fā)熱量偏低。

3 中溫爐煙投運及調(diào)整試驗結(jié)果

3.1 制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗

制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗在摻燒60%褐煤比例,1、2號制粉系統(tǒng)上分別進行。試驗期間,1號鍋爐帶580 t/h蒸汽量穩(wěn)定運行,運行氧量為2.6%～3.2%,中溫爐煙溫度1號為565.8℃, 2號為523.1℃。1、2號給煤機轉(zhuǎn)速分別為260 r/min和50 r/min,排粉風(fēng)機入口4號門、中溫爐煙一次門和二次門均保持全開,溫風(fēng)門、冷風(fēng)門、冷爐煙門保持全關(guān),分別調(diào)整1、2號磨煤機入口的熱風(fēng)門至不同開度,待調(diào)整工況運行穩(wěn)定后進行中溫爐煙量、通風(fēng)量、制粉系統(tǒng)末端氧量等參數(shù)的測量。

根據(jù)試驗結(jié)果,可以繪制磨煤機入口負(fù)壓對中溫爐煙煙氣量、制粉系統(tǒng)末端含氧量及制粉系統(tǒng)通風(fēng)量的影響特性曲線,見圖2、圖3、圖4。

由圖2、圖3可見,磨煤機入口負(fù)壓的變化對中溫爐煙煙氣量和制粉系統(tǒng)末端氧量有明顯的影響。1號制粉系統(tǒng)第1次調(diào)整時,磨煤機入口負(fù)壓由900 Pa增至1 550 Pa時,中溫爐煙煙氣量從46 862.3m3/h升高到90 867.9 m3/h,而制粉系統(tǒng)末端氧量則從18.3%下降到16%;此時磨煤機出口溫度可以提高到60℃。2號磨煤機入口負(fù)壓由900 Pa增至1 250 Pa時,中溫爐煙煙氣量從100 127.6m3/h升高到119 054.5m3/h,而制粉系統(tǒng)末端氧量則從17.0%下降到15.3%;此時磨煤機出口溫度可以提高到65℃以上。通過兩側(cè)制粉系統(tǒng)調(diào)整結(jié)果發(fā)現(xiàn),1號制粉系統(tǒng)投中溫爐煙效果明顯不如2號制粉系統(tǒng)。為找出1號制粉系統(tǒng)中溫爐煙煙氣量較小的原因,進行了甲、乙兩側(cè)中溫爐煙管道阻力分布對比試驗,試驗中認(rèn)為中溫爐煙管道內(nèi)煙氣勻速流動,靜壓差值代表管內(nèi)阻力,試驗在磨煤機入口負(fù)壓分別保持在1 300 Pa和1 100 Pa2種工況下進行。

由1號制粉系統(tǒng)中溫爐煙管道阻力理論計算可知,二次門至磨煤機入口段阻力占總阻力的33%,而實際阻力分布可見在2種工況下,1號制粉系統(tǒng)中溫爐煙管道二次門至磨煤機入口段阻力占總阻力的50%以上。而2號制粉系統(tǒng)只占30%左右,略高于理論計算值（2號制粉系統(tǒng)二次門至磨煤機入口段阻力占總阻力20%）。由試驗結(jié)果和理論分析可知,1號制粉系統(tǒng)中溫爐煙煙氣量較小的原因可能是二次門開度開不到位。第2次測量前將二次門由遠(yuǎn)控調(diào)為就地,并手動將二次門開度開到最大。1號制粉系統(tǒng)第2次調(diào)整工況與第1次相同,磨煤機入口負(fù)壓由900 Pa升至1 550 Pa時,中溫爐煙煙氣量與第1次相比平均提高13 000m3/h,制粉系統(tǒng)末端氧量平均下降0.75%;此時磨煤機出口溫度可以提高約3℃,計算與測量結(jié)果見圖5、圖6。

調(diào)整后1號制粉系統(tǒng)中溫爐煙管道在磨煤機入口負(fù)壓分別為1 350 Pa、1 100 Pa2種工況下,二次門至磨煤機入口段阻力占總阻力比例分別為33.3%和32.6%,與理論計算值33%大致相同。可見調(diào)整后1號制粉系統(tǒng)中溫爐煙管道各段阻力仍大于理論計算值。可以判斷1號中溫爐煙管道阻力偏大的原因應(yīng)該是管道內(nèi)存在積灰,一、二次門未達(dá)到全開狀態(tài)等。

綜合試驗結(jié)果,在摻燒60%比例褐煤下1、2號制粉系統(tǒng)投運中溫爐煙后制粉系統(tǒng)末端氧量可以控制在16%,磨煤機出口溫度能夠達(dá)到60℃以上,在大比例摻燒褐煤時,滿足了制粉系統(tǒng)防爆和提高干燥出力的設(shè)計要求,制粉系統(tǒng)通風(fēng)量也能滿足機組運行的要求。與投運冷爐煙系統(tǒng)相比,制粉系統(tǒng)末端氧量下降2%,出口溫度提高10℃以上。

3.2 鍋爐70%負(fù)荷制粉系統(tǒng)試驗結(jié)果

由于抽取熱煙氣品質(zhì)的高低（主要是含氧量大小和溫度高低）直接影響著摻燒不同比例褐煤時制粉系統(tǒng)的干燥和防爆能力,因此,除了進行機組高負(fù)荷時制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗,還進行了低負(fù)荷下的制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗。

制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗在1、2號制粉系統(tǒng)上分別進行。試驗期間,1號鍋爐在470 t/h出力下穩(wěn)定運行,運行氧量為3.5%～4.0%,中溫爐煙溫度1號制粉系統(tǒng)為558.4℃,2號為514.7℃。1、2號給煤機轉(zhuǎn)速分別為230 r/min和35 r/min,排粉風(fēng)機入口4號門、中溫爐煙一次門和二次門均保持全開,冷風(fēng)門、冷爐煙門保持全關(guān),分別調(diào)整1、2號磨煤機入口的熱風(fēng)門至不同開度,待調(diào)整工況運行穩(wěn)定后進行中溫爐煙煙氣量、制粉系統(tǒng)末端氧量、制粉系統(tǒng)通風(fēng)量等參數(shù)的測量。根據(jù)測試數(shù)據(jù),可以繪制磨煤機入口負(fù)壓對中溫爐煙煙氣量、制粉系統(tǒng)末端含氧量及制粉系統(tǒng)通風(fēng)量的影響特性曲線,見圖7、圖8、圖9。

由試驗結(jié)果可見,1號鍋爐70%負(fù)荷下1、2號制粉系統(tǒng)投運中溫爐煙后制粉系統(tǒng)末端氧量可以控制在16%左右,磨煤機出口溫度能夠達(dá)到60℃以上,在大比例摻燒褐煤時,滿足制粉系統(tǒng)防爆和提高干燥出力的設(shè)計要求,制粉系統(tǒng)通風(fēng)量也能滿足機組運行的要求。運行人員在鍋爐低負(fù)荷下投運中溫爐煙時,建議1、2號制粉系統(tǒng)磨煤機入口負(fù)壓控制范圍與高負(fù)荷時相同,1號控制在-1 200～-1 300 Pa,2號控制在-1 100～-1 200 Pa。

3.3 制粉系統(tǒng)最大出力試驗

在1號鍋爐600 t/h蒸汽量下、摻燒60%比例褐煤、2套中溫爐煙系統(tǒng)投運條件下,進行了1、2號制粉系統(tǒng)最大出力試驗。

1號鍋爐在摻燒60%比例褐煤、投運1、2號中溫爐煙系統(tǒng)、煤粉細(xì)度R90平均為35.7%的試驗條件下,測得1、2號磨煤機的最大出力分別為63 t/h和68 t/h。1號鍋爐在摻燒60%比例褐煤進行磨煤機最大出力試驗時,試驗混煤低位發(fā)熱量為17 081 kJ/kg。燃用當(dāng)前煤質(zhì)要達(dá)到鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量,混煤的計算燃料消耗量應(yīng)為119.4 t/h左右。實際測得單臺磨煤機的最大出力平均為65.5 t/h,若按照此出力水平,2臺磨煤機總的最大出力應(yīng)為131 t/h,是燃用試驗混煤時計算燃料消耗量的1.1倍。可見,在燃用當(dāng)前煤質(zhì)條件下,磨煤機的裕度系數(shù)仍能高于1,磨煤機總出力能夠達(dá)到規(guī)定的裕度要求。

4 存在問題

a.煤質(zhì)復(fù)雜且配煤手段有限

對于摻燒褐煤,煤源穩(wěn)定和配煤工作應(yīng)放在首位。當(dāng)前,1號鍋爐燃用煤種中,與褐煤混配的煤質(zhì)煤源極不穩(wěn)定,煤質(zhì)波動很大,這也是當(dāng)前摻燒褐煤工作面臨的最大問題,混煤收到基低位發(fā)熱量最低只有14 000 kJ/kg,最高達(dá)19 000 k J/kg,試驗期間曾發(fā)生過由于煤質(zhì)過差造成鍋爐滅火事故。在當(dāng)前煤質(zhì)和配煤條件下,很難保證配煤的均勻性,不僅會增加運行人員操作難度,還會影響機組的穩(wěn)定燃燒,特別不利于機組低負(fù)荷時的穩(wěn)定燃燒。建議電廠加大對燃煤混配的管理力度,定期對入爐煤樣、煤場煤樣化驗分析,褐煤與混配煤分地存儲。

b.中溫爐煙系統(tǒng)電動門故障

1號鍋爐中溫爐煙系統(tǒng)投運期間1、2號中溫爐煙管道一、二次門均出現(xiàn)過故障,建議運行中一次門采取全關(guān)或全開狀態(tài),如需調(diào)整可調(diào)節(jié)二次門,并利用大修期間對一、二次門開度重新定位,特別是二次門開度應(yīng)保證能達(dá)到全開狀態(tài),各門全關(guān)時應(yīng)保證實際關(guān)門位置留有一定裕量,防止發(fā)生門卡死故障。另外,在鍋爐檢修后,應(yīng)在冷態(tài)條件下將一、二次門全開,進行充分吹掃,保證中溫爐煙管道內(nèi)不積留可燃物,防止管內(nèi)發(fā)生燃燒。

c.制粉系統(tǒng)運行方式不合理

試驗期間,運行人員并未習(xí)慣投運中溫爐煙的方式,仍按原有冷爐煙運行方式控制參數(shù),磨煤機入口負(fù)壓控制偏低,造成磨煤機出口溫度低,制粉系統(tǒng)末端氧量升高,嚴(yán)重影響制粉系統(tǒng)干燥出力和防爆能力。建議運行人員在投運中溫爐煙時,1號制粉系統(tǒng)磨煤機入口壓力控制在-1 200～-1 300 Pa,2號制粉系統(tǒng)磨煤機入口壓力控制在-1 100～-1 200 Pa。中溫爐煙一、二次門全開,利用熱風(fēng)和溫風(fēng)控制磨煤機出口溫度在60～70℃。

d.給煤量偏低

試驗期間發(fā)現(xiàn),運行人員不能準(zhǔn)確控制實際給煤量,尤其是1號制粉系統(tǒng),給煤機轉(zhuǎn)速經(jīng)常在180 r/min以下。此種運行方式使磨煤機長期在低出力下運行,造成制粉系統(tǒng)單耗升高。建議運行人員根據(jù)制粉系統(tǒng)特性曲線,將實際給煤量控制在可控的最大出力下運行,根據(jù)磨煤機壓差、電流等參數(shù)合理控制,粉位高后可停運制粉系統(tǒng)。

5 結(jié)論

a.在摻燒60%褐煤并投入中溫爐煙系統(tǒng)時,磨煤機入口壓力保持在-1 100 Pa以上,磨煤機出口溫度均能維持在60～70℃,制粉系統(tǒng)末端含氧量均低于16%,能夠滿足摻燒大比例褐煤時制粉系統(tǒng)防爆和干燥出力要求。

b.1號鍋爐在摻燒60%比例褐煤、投運1、2號中溫爐煙系統(tǒng)、煤粉細(xì)度R90平均為35.7%的試驗上,測得1、2號磨煤機的最大出力分別為63 t/h和68 t/h。在摻燒60%比例褐煤條件下,磨煤機總出力能夠達(dá)到規(guī)定裕度要求。

[1] 馬金鳳,吳景興,鄒天舒,等.中儲式制粉系統(tǒng)摻燒褐煤技術(shù)的研究[J].動力工程,2008,28（1）：14-18.

[2] 王文生,尚海軍,祝志福,等.煙煤鍋爐摻燒褐煤產(chǎn)生的問題及其改造[J].熱力發(fā)電,2009,38（9）：60-62.