中儲式制粉系統(tǒng)鍋爐煤種適應(yīng)性研究與應(yīng)用

張 銳 潘 博 成偉山

(1.吉林省電力科學(xué)研究院有限公司,長春 130000；2.東北電力大學(xué)自動化工程學(xué)院,吉林 吉林 132012)

吉林省范圍內(nèi)設(shè)計煤種為煙煤的鍋爐較多，煤炭熱值利用率低于20%，部分煤炭被浪費[1]，加之國內(nèi)煤炭市場變化，近年來較難采購到符合設(shè)計要求的煙煤，故用更經(jīng)濟、更易于開采、儲量大的褐煤代替，由于褐煤與設(shè)計煙煤煤質(zhì)特性差距很大，直接燃用褐煤的煙煤鍋爐會導(dǎo)致制粉系統(tǒng)干燥出力不足及爐膛結(jié)焦等一系列問題，同時對環(huán)境也會造成嚴(yán)重污染。為此，需對擬燃用褐煤的原煙煤中儲式制粉系統(tǒng)進行適應(yīng)性改造，以達到安全燃用非設(shè)計煤種褐煤的目的。目前，以煙煤為燃料的鍋爐全燒褐煤的研究在全國僅處于起步階段，國內(nèi)有相關(guān)科研單位進行了煙煤鍋爐摻燒30%褐煤的技術(shù)研究[2～4]，但煙煤鍋爐100%全燒高水份褐煤且達到額定參數(shù)的研究項目，目前沒有先例，也沒有相關(guān)的項目應(yīng)用。因而如何對現(xiàn)有中儲式制粉系統(tǒng)煙煤鍋爐進行適應(yīng)性改造對電力事業(yè)和國家經(jīng)濟的發(fā)展都有非常重要的現(xiàn)實意義。

筆者通過研發(fā)新型混煤干燥裝置和冷、熱爐煙系統(tǒng)，解決了中儲式制粉系統(tǒng)在安全前提下磨制褐煤的問題，并有效控制制粉系統(tǒng)溫度和煙氣成分，達到了爐內(nèi)安全燃燒的目的，從而使褐煤在煙煤鍋爐中能夠穩(wěn)定燃燒，該試驗成果在鍋爐改造領(lǐng)域內(nèi)具有領(lǐng)先水平和重要的現(xiàn)實意義。

1 設(shè)備概況①

某廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計生產(chǎn)的HG-670/13.7-YM9型超高壓、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣煤粉鍋爐。該鍋爐配有兩臺鋼球磨煤機中間儲倉式制粉系統(tǒng)，燃料干燥方式為熱風(fēng)干燥。燃燒器為雙通道式褐煤型燃燒器，采用制粉乏氣送粉, 原設(shè)計煤種為煙煤，現(xiàn)改燒褐煤。設(shè)計煤種與改造后擬燃用煤種特性對比見表1。

表1 煤種特性對比

主要輔機設(shè)備有：

a. 鋼球磨煤機，MTZ380/830型，銘牌磨煤出力55t/h，全燒褐煤計算出力80t/h；

b. 原排粉機，M5-36-11No25.5D型，設(shè)計通風(fēng)量198 200m3/h，風(fēng)壓11MPa；

c. 粗粉分離器，HG-CBφ4700型；

d. 細(xì)粉分離器，HW-GXB-φ4250型；

e. 給煤機，RMSD63埋刮板式。

2 設(shè)備技術(shù)改造方案

2.1 全燒褐煤技術(shù)改造概況

為了全燒褐煤，必須解決制粉系統(tǒng)干燥出力不足、制粉系統(tǒng)防爆與鍋爐水冷壁結(jié)渣問題。解決制粉系統(tǒng)干燥出力的措施為引入熱爐煙方式，引入熱爐煙后可以滿足制粉系統(tǒng)干燥介質(zhì)所需初溫度的需要，同時保證制粉系統(tǒng)的安全。引入冷爐煙和熱風(fēng)作為溫度、系統(tǒng)氧量的輔助調(diào)節(jié)。采用水平濃淡燃燒技術(shù)，引入的冷、熱爐煙和褐煤的高水分會使?fàn)t膛燃燒溫度降低，起到防止鍋爐結(jié)渣的作用。但由于爐膛輻射吸熱量減少，對鍋爐省煤器和過熱器系統(tǒng)進行了必要的改造。燃燒器改為雙通道式褐煤型燃燒器。由于該爐配中儲式鋼球磨煤機系統(tǒng)，無論從磨煤機大瓦允許溫度與通風(fēng)量均對入磨干燥介質(zhì)溫度有所限制。為了滿足這一要求，將給煤機抬高至標(biāo)高16m，并增設(shè)預(yù)干燥風(fēng)、煤混合設(shè)施，通過干燥介質(zhì)與煤的充分接觸，使干燥介質(zhì)進入磨煤機前的溫度達到要求并通過降低干燥介質(zhì)溫度使其體積流量減小，降低系統(tǒng)阻力，使制粉通風(fēng)量滿足要求。

2.2 具體改造方案

2.2.1增設(shè)冷煙系統(tǒng)

新增加兩套冷煙系統(tǒng)，一個與原溫風(fēng)管道連接，通過溫風(fēng)管道將冷爐煙分別送到磨入口與排粉機入口。送至排粉機入口主要作用是停磨期間溫風(fēng)送粉時加入煙氣抑制爐膛溫度，防止?fàn)t膛結(jié)渣；送至磨煤機入口主要目的是一旦燃燒揮發(fā)份較高且使用水分相對較低的煤種時，防止結(jié)渣與制粉系統(tǒng)爆炸。第二個出口引至熱爐煙入口，主要目的是降低熱爐煙管道的溫度。

2.2.2熱爐煙改造

新增兩套熱爐煙系統(tǒng)，從鍋爐燃燒器下部抽取900℃左右的煙氣，作為制粉系統(tǒng)的干燥介質(zhì)之一，同時加設(shè)保溫、熱爐煙調(diào)整門、密封、打焦孔、法蘭以及膨脹節(jié)等設(shè)施。

2.2.3抬高給煤機標(biāo)高并增設(shè)預(yù)混干燥裝置

由于鍋爐設(shè)計燃料為煙煤，給煤機設(shè)在10m平臺上。而以30%左右水分褐煤為設(shè)計燃料的鍋爐，給煤機均設(shè)在26m高處。如果不進行改造則干燥段太短，一是干燥時間不夠，影響磨煤破碎；二是干燥介質(zhì)體積流量太大，在磨煤機中流速太高阻力太大；三是使磨煤機入口大瓦超溫。所以采取了將磨煤機做最大限度抬升的措施，抬高到標(biāo)高16m。為了彌補干燥段仍不足的問題，在給煤機與磨入口之間增設(shè)了預(yù)混干燥裝置，實現(xiàn)了煤與高溫干燥介質(zhì)充分接觸并通過煙氣在垂直向上分量作用下逆向與煤接觸，加強了外掠式換熱強度，增加接觸時間。

2.2.4熱風(fēng)管道改造

原有的制粉系統(tǒng)熱風(fēng)道在標(biāo)高17m左右處分出內(nèi)徑為φ0.8m熱風(fēng)道去熱爐煙，而原有的熱風(fēng)道繼續(xù)下行，與原管路連接。磨煤機入口混合室及熱風(fēng)聯(lián)絡(luò)管等不變。

2.2.5制粉系統(tǒng)優(yōu)化

制粉系統(tǒng)優(yōu)化措施為保持制粉系統(tǒng)最大出力運行、防止制粉系統(tǒng)爆炸，排粉機入口風(fēng)門保持全開，控制制粉系統(tǒng)氧量在12%以下。

3 改造效果及分析

3.1 制粉系統(tǒng)

經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，給煤機出力增加，滿足設(shè)計要求，且制粉系統(tǒng)得到優(yōu)化，防爆性能增強。調(diào)整后給煤機參數(shù)見表2。

表2 調(diào)整前、后給煤機參數(shù)對比

3.2 鍋爐結(jié)焦

爐膛火焰檢測結(jié)果表明，在全燒褐煤過程中，爐溫22m部份區(qū)域溫度為1 239℃和1 262℃。一級減溫水開到100%，二級減溫水開到40%，略有余度。鍋爐帶負(fù)荷試驗期間沒有結(jié)焦現(xiàn)象，試驗結(jié)束當(dāng)天前夜小負(fù)荷時存在少量掉焦現(xiàn)象?；究梢员ＷC全燒褐煤，水冷壁不發(fā)生結(jié)焦。

3.3 鍋爐效率

改造前鍋爐燃料的特性接近煙煤與褐煤的混煤，燃盡度極差，在偏大氧量運行時，灰渣含碳量很高。改全燒褐煤后，氧量和灰渣含碳量可以同時控制在較低水平，鍋爐效率(絕對值)提高了1.37%。改造前、后鍋爐熱效率測試結(jié)果見表3。

表3 反平衡熱效率試驗的主要數(shù)據(jù)

3.4 減排

改造后鍋爐由于引入惰性氣體(冷、熱爐煙技術(shù))和褐煤的高水份會使鍋爐爐膛的溫度降低，經(jīng)測試爐膛溫度穩(wěn)定在1 100～1 340℃之間，低于改造前爐膛溫度，從而防止鍋爐結(jié)焦，也降低了NOx的排放量。改燒褐煤后鍋爐出口NOx的排放范圍在250～350mg/m3，大大小于改造前的700mg/m3。

4 結(jié)束語

原燃用煙煤的中儲式制粉系統(tǒng)鍋爐經(jīng)過適應(yīng)性改造后，機組滿負(fù)荷運行時可以實現(xiàn)全燒褐煤，并可同時兼顧鍋爐的經(jīng)濟性、環(huán)保性和安全性，鍋爐效率提高1.37%，NOx排放量由700mg/m3降低到350mg/m3，且有效防止了鍋爐水冷壁結(jié)渣及制粉系統(tǒng)干燥出力不足等問題。運行實踐表明，各項參數(shù)均達到預(yù)期值，改造后鍋爐運行性能優(yōu)越，該改造非常成功，其改造經(jīng)驗可為同類型鍋爐改造借鑒。