NG-410/9.8-M 6型鍋爐更換煤種的可行性分析

孔德臣

（中國石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300271）

NG-410/9.8-M 6型鍋爐更換煤種的可行性分析

孔德臣

（中國石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300271）

通過對原燃用貧瘦煤的鍋爐進行改造，使其具備燃用煙煤的能力，運行鍋爐符合《大氣污染防治行動計劃》及政府相關政策規定要求。

燃煤鍋爐；煤種更換；大氣污染防治

2013年9 月10日，國務院頒發了國發[2013]37號文《關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》，按照《大氣污染防治行動計劃》中要求“加快調整能源結構，增加清潔能源供應”。某發電廠座落于大氣污染最為嚴重的京津冀地區，此發電廠積極響應國家政策導向，以降低主要空氣污染物排放、改善空氣質量為目標，以完善和提高現有系統安全運行為理念，通過一系列技術改造，使原燃燒貧瘦煤的鍋爐具備燃燒煙煤的能力，從源頭控制了環境污染的可能性。

1 改造前背景

該發電廠配備6臺NG-410/9.8-M6型燃煤鍋爐，均為高溫高壓自然循環固態除渣鍋爐、單爐體負壓爐膛、Π型布置，四角切圓燃燒、固態排渣、平衡通風。鍋爐原設計煤種為貧瘦煤，2013年按照所在地政府部門相關規定，燃煤鍋爐燃用煤炭質量必須達到全硫(St,d）≤0.80%、灰分(Ad）＜20.00%的要求。發電廠經過煤炭市場調研，在綜合考慮燃料質量及煤量供需能力等因素后，確定采用某煤礦的煙煤作為替代煤種。鍋爐改燃前后的煤質關鍵指標如下：

表1 燃料特性

煤種發生改變后，原設計鍋爐是否能夠滿足新煤種燃燒條件，需要對鍋爐進行安全性評估，并在評估基礎上確定相應技術改造方案。

2 安全性評估

2.1 熱力校核計算

結合該發電廠鍋爐原設計和前期運行經驗，在不改變目前制粉系統和輸送粉系統參數的前提下，確定燃用煙煤后一次風溫度為240℃，一次風率定為30%，在此基礎上對新煤種進行熱力計算。主要分析鍋爐受熱面是否需要改動、煙氣量和空氣量變化情況、各部件的煙氣溫度及換熱情況、熱風溫度及脫硝區域煙氣溫度是否滿足要求、排煙溫度是否合適等等。

熱力計算結果顯示，現有鍋爐在不改造的情況下燃燒煙煤，排煙溫度會增加到172℃，二次風溫度會增加到385℃，脫硝區域煙氣溫度會增加到415℃，以上參數顯然無法滿足脫硝和鍋爐運行要求。為了保證鍋爐燃燒煙煤后能正常運行，同時滿足脫硝系統要求，需要對原鍋爐受熱面進行改造。

2.2 制粉系統安全性分析

煤粉為可燃物質，粉塵具有燃爆性。煤粉在運輸過程中，經外界的干擾如設備運轉的振動、碰撞或懸浮到空氣形成粉塵，當粉塵在空氣中達到一定濃度，在外界高溫、碰撞、摩擦、振動、電火花的作用下會引起爆炸，爆炸后產生的氣浪會使沉積的粉塵飛揚，造成二次爆炸事故。煤粉爆炸后不僅產生沖擊波傷人和破壞建筑物，同時產生大量的一氧化碳，使人中毒死亡。

該發電廠原貧瘦煤揮發份低，其自燃性、爆炸性相對較小；而煙煤揮發份高、灰分低，大大增加了制粉系統爆炸的可能性，依據《電站磨煤機及制粉系統選型導則》DL/T466-2004中8.1條，須對現有制粉及輸送粉系統進行改造，以達到抗爆防爆的目的。

2.3 燃燒器安全性分析

煙煤可燃基揮發分高、灰分少，與原煤種貧煤比，更易燃燒，燃燒火焰發生明顯變化，燃燒器區域更易結焦，燃燒器容易燒壞。現場需要可通過調節燃燒器一次風量、一次風溫度、煤粉細度等方式，防止或減少結焦，保護燃燒器。若通過調節無法避免結焦情況，則需要對燃燒器進行相應的改造。

3 改造實施方案

3.1 省煤器改造

考慮到熱風溫度、脫硝空間和對煙氣溫度的要求，SCR的布置需要由原來的省煤器和空預器之間改為布置在兩級省煤器之間，將下級省煤器放在SCR后。

根據熱力計算數據可知，為保證出口煙氣溫度滿足脫硝要求，需要調整省煤器面積，上級省煤器需由20排增加到48排，下級省煤器由16排減為12排。但是原SCR煙道空間無法滿足省煤器面積的增加，因此考慮將原光管省煤器改為螺旋鰭片管省煤器。經初步計算，改為螺旋鰭片管后，上級省煤器布置20排即可滿足換熱要求，與原有省煤器面積相同；下級省煤器布置8排即可滿足換熱要求。改造后的熱力計算主要參數見下。

表2 省煤器改造后熱力計算數據

3.2 制粉系統及輸送粉系統改造

制粉系統及輸送粉系統的改造主要分六大部分。

3.2.1 磨煤機出口溫度控制

磨煤機出口風粉混合物溫度必須保證風粉混合物在進入爐膛前的管道中不發生結露現象，僅用熱空氣做干燥劑時，必須控

制磨煤機出口風粉混合物溫度不宜過高。另外為防止煤粉在煤粉倉內結塊，磨煤機出口風粉混合物溫度應高于露點10℃。綜合考慮制粉系統出力及安全性問題，對于鋼球磨煤機貯倉式制粉系統，磨煤機出口最高溫度控制在70℃。

主要改造措施為（1）在磨煤機前的熱風管道上增加帶壓冷風管道，作為調溫風。（2）磨煤機出口處增設熱電偶測點，聯鎖冷風管道上的電動風門，對磨煤機出口溫度進行調節，保證磨煤機出口溫度在60℃～70℃。（3）增加一次風冷風管道、帶壓冷風管道。

3.2.2 煤粉倉、給粉機防爆處理

煤粉自燃是產生爆炸的火源，煤粉長時間在粉倉中沉積會引起煤粉的自燃，煤粉溫度越高，自燃越快。因此，為防止煤粉的爆炸，在非計劃長時間停爐時需將煤粉倉的煤粉放盡。放粉系統采用通過輸粉機將煤粉倉的煤粉放至鄰爐的形式。主要利用鄰爐制粉負壓軸吸系統與氮氣吹掃相結合，放粉至鄰爐磨煤機出口；非計劃停爐時間較長時使用本放粉設施，煤粉自燃時不得使用；放粉時先拆去給粉機下部短管接入本系統，先開氮氣門再開給粉機，適當控制氮氣及粉量，以免管道堵塞；停止時先停給粉機，將系統管道吹掃干凈后再關氮氣門，并用轉換堵板關斷。

3.2.3 防堵煤、防積粉處理

原煤倉下煤斗物料愈向下流動、面積愈小，側壁對物料逐漸增加擠壓使其磨煤阻力增大，這樣往往造成堵塞。為防止原煤倉下煤斗堵塞，需在每臺爐下煤斗處各增加2臺疏通機，進行有效疏松。

磨損的管道容易造成積粉導致煤粉自燃甚至發生爆炸。因此，（1）需要對磨損嚴重的制粉系統管道進行光滑性處理。（2）對磨煤機出入口、排粉機調整門前后、木塊分離器前后、粗粉分離器出口等關鍵部位內部添加龜甲網，以提高這些部位的光滑度和耐磨性。

3.2.4 通風設計

煤粉在運輸過程中，經外界的干擾如設備運轉的振動、碰撞或懸浮到空氣形成粉塵，當粉塵在空氣中達到一定濃度，在外界高溫、碰撞、摩擦、振動、電火花的作用下會引起爆炸，爆炸后產生的氣浪會使沉積的粉塵飛揚，造成二次爆炸事故。煤粉爆炸后不僅產生沖擊波傷人和破壞建筑物，同時產生大量的一氧化碳，使人中毒死亡。給煤間是產生粉塵比較大的空間，具有一定的危險性，需增設防爆軸流通風風機。

3.2.5 吹掃處理

本次改造項目吹灰系統依托原有設施。原制粉系統采用蒸汽消防，作為滅火介質，運行中發現導致系統內水分增多，容易造成管道堵塞。依據《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》DL/T5121-2000第9.1.2條，本設計采用氮氣作為消防介質。由于本制粉系統中消防、吹掃及惰化介質都采用氮氣，故共用一套系統。由于熱電部3#、4#爐改燒煙煤后，其揮發分在30%左右，容易自燃引發爆炸，為防止煤粉自燃，本設計對原煤倉、煤粉倉、磨煤機、粗粉分離器、細粉分離器等部位通入氮氣進行防護，防止煤粉自燃。

3.2.6 監測系統完善

為提高系統運行的安全性，需要加強現場監控。一是在一次風管風粉混合物、磨煤機出口、排粉機入口、細粉分離器下三通閥積粉點等處增加溫度測點；二是在給煤間及輸煤層增加含氧量檢測儀；三是在原煤斗加煤位測量裝置、給煤機加裝斷煤信號；四是所有現場安裝的電子式儀表采用隔爆型，防爆等級至少滿足Exd IIBT4；現場安裝的電子式儀表至少滿足IP65的防護等級。粉塵爆炸危險區域內電氣設備選型防護等級不低于IP65，防爆等級不低于DIPA20T4，其他電氣設備區域防護等級不低于IP65。

3.3 燃燒器改造必需性分析

該電廠在燃燒器改造方案確定前，積極開展鍋爐摻燒煙煤試驗，其中煙煤摻燒比例高達70%。

運行調整及監控措施：（1）調整粗分離轉速，煤粉細度甲側21.6%，乙側23.68%（2）初期降低一次風溫至200℃，根據著火距離提高一次風溫至300℃，最終控制在280℃。在一次風溫在300℃時，一次風煤粉氣流著火距離噴口400mm以上，風粉混合溫度，燃燒器壁溫均不超限，無異常，為了確保安全最終控制一次風溫在280℃。（3）觀察甲磨單運、乙磨單運和雙磨聯運三種方式，汽溫、煙溫、排煙溫度均能在正常范圍內，排煙溫度最高至143℃（相變換熱器已退出）。在雙磨運行穩定的情況下，進行了一次風溫調整實驗，將一次風溫由300℃降低至250℃，排煙溫度升高不到3℃。（4）雙磨運行、鍋爐負荷390t/h、一次風溫300℃工況下，爐膛溫度（主燃燒區）數據處于正常范圍內。

表3 爐膛溫度（主燃燒區）數據

試驗結論：（1）試驗中未出現制粉系統和燃燒器安全問題。在實驗期間，看火間隔不超過半小時一次。觀察燃燒器附近輕微結焦，水冷壁無結焦，爐膛吹灰器吹灰前后，各點汽溫及排煙溫度均無變化。（2）在煙煤煤質穩定的條件下，運行人員能通過調整穩定燃燒。燃燒器可不改造。

3.4 投資費用

項目總投資包括建設投資、流動資金。其中建設投資包括固定資產費用及預備費。初設階段項目投入總投資估算如表3所示。

表4 項目投入總資金匯總表（萬元）

4 改造后的效果評估

該電廠3臺鍋爐的改造完成后，分別于2014年4月、5月、6月投入運行，100%燃燒煙煤，汽溫、煙溫、排煙溫度均能在正常范圍內。從環保數據來看，粉塵濃度進一步降低，NOx稍有增加，但仍在合格范圍內。通過改造，3臺爐順利完成了煤種更換任務，也為后續3臺爐的改造提供了經驗。

該項目的實施極大地改善環境空氣質量，既實現了經濟效益、社會效益和環境效益的統一，又符合國家關于發展綠色經濟的倡導。

[1]NG-410/9.8-M6型燃煤鍋爐使用說明書.

[2]NG-410/9.8-M6型燃煤鍋爐熱力特性計算書.

[3]DLT5203-2005火力發電廠煤和制粉系統防爆設計技術規程.

[4]黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整,2003.

孔德臣（1969—），男，1991年畢業于中國紡織大學化學纖維專業，高級工程師職稱，現主要從事發展規劃和投資項目管理工作。