泰州電廠二次再熱機組制粉系統設計

姚向昱，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設計院有限公司，上海 200063)

泰州電廠二次再熱機組制粉系統設計

姚向昱，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設計院有限公司，上海 200063)

介紹了國電泰州電廠二期2×1000 MW工程鍋爐制粉系統的設計。針對鍋爐燃燒煤種范圍寬泛的特點，結合百萬機組首次采用二次再熱鍋爐的現狀，對制粉系統的選型設計進行了研究。

制粉系統；磨煤機；二次再熱。

國電泰州電廠二期1000 MW工程，采用二次再熱技術，鍋爐選用上海鍋爐廠生產的二次再熱塔式鍋爐。設計過程中，電廠提出了既要燃用煤質情況較好的煙煤，同時又要燃用價格較為低廉的經濟煤種的要求。根據鍋爐燃燒煤種的范圍變得寬泛的特點，結合鍋爐百萬機組的鍋爐首次采用二次再熱技術的現狀，本文對泰州工程制粉系統的選型設計進行研究。

1 機組條件

1.1 二次再熱鍋爐

鍋爐為超超臨界參數變壓運行螺旋管圈水冷壁直流爐，單爐膛、二次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、塔式、露天布置燃煤鍋爐。

每臺磨煤機引出4根煤粉管道到爐膛四角，爐外安裝煤粉分配裝置，每根管道分配成兩根管道分別同兩個一次風噴嘴相連，共計48只直流式燃燒器分12層布置于爐膛下部四角(每兩個煤粉噴嘴為一層)，在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。

1.2 煤質資料

泰州二期工程以神華煙煤作為設計煤種；滿世混煤為校核煤種1；東北煤為校核煤種2。煤質分析資料見表1。

1.3 燃煤量

鍋爐BMCR工況(日按20 h計、年按5500 h計)下燃煤耗量見表2。

表1 煤質分析

表2 燃煤消耗量

1.4 煤質的判斷

本工程煤種屬于中等可磨制、易爆炸易著火穩燃、易燃燼的煤種，因此在爐型和制粉系統選擇上都要采取必要措施。

但對比三種煤質的水分及發熱量，偏差較大，見表3。

表3 煤質偏差

水分偏差為67%，發熱量偏差為30%。特別是校核煤種2的全水分達到26%，接近于褐煤的水分，這就需要磨煤機提供極大的干燥出力，對磨煤機及制粉系統的選型提出新的挑戰。

2 制粉系統選型

2.1 初步判定

制粉系統和磨煤機的選擇中的首要依據是煤質特性及其變化范圍，其中煤的揮發份和磨損指數又是主要因素，不同的煤種特性要求配備不同的制粉系統。制粉系統型式，還要考慮和鍋爐燃燒器、爐膛型式相匹配。只有這樣，才能保證鍋爐性能穩定。由于泰州工程的二次再熱鍋爐的燃燒方式與一次再熱鍋爐相同，因此二次再熱機組的制粉系統選擇可借鑒常規一次再熱機組的制粉系統。

磨煤機和制粉系統型式應根據煤種的煤質特性、可能的煤種變化范圍、負荷性質、磨煤機的適用條件，并結合鍋爐燃燒方式、爐膛結構和燃燒器結構形式，按有利于安全運行、提高燃燒效率、降低NOx排放的原則，經過技術經濟比較后確定。對于大容量機組，在煤種適宜時，宜選用中速磨煤機；燃用高水分、磨損性不強的褐煤時，宜選用風扇式磨煤機；燃用低揮發分貧煤、無煙煤或磨損性很強的煤種時，宜選用鋼球式磨煤機或雙進雙出鋼球式磨煤機。

根據近年來我國火電廠的運行實踐經驗，對煙煤(Vdaf= 20%～37%)磨煤機按以下原則選擇：

(1) 當煤的磨損性在較強以下(Ke≤ 5.0)時，宜選用中速磨煤機直吹式系統。

(2) 當煤的磨損性在較強以上(Ke＞5)時，宜選用雙進雙出鋼球磨煤機直吹式系統。

磨煤機的選型和制粉系統的選擇是息息相關和不可分割的，表4為對各型磨煤機性能進行綜合比選。

正壓直吹式制粉系統具有系統簡單，煤粉在制粉系統中停留時間短，有利于減少煤粉爆炸和煤粉自燃的事故發生，冷一次風機輸送的是空氣，工作條件好，沒有葉片磨損問題。許多科研設計單位針對正壓冷一次風機直吹式制粉系統己做了大量的專題和技術經濟比較，得出了比較一致的結論：在煤種適宜時，選用正壓冷一次風機直吹式制粉系統是最理想和最經濟的。因此國內燃用煙煤的大型機組大部分采用冷一次風機正壓直吹式制粉系統。

通過對泰州二期工程設計煤種和校核煤種的分析，初步判定采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統。

表4 各型磨煤機性能綜合比較

2.2 經濟煤種下中速磨煤機問題分析

燃用設計煤種及校核煤種1時，制粉系統適合采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統。校核煤種2(經濟煤種)由于其全水分及揮發分較高，已類似于褐煤的煤質性質，需研究中速磨煤機的適應性。

針對三種煤質情況，對中速磨煤機進行初步選型。選型數據見表5。

根據表5選型，磨煤機的研磨出力能夠達到要求。但是為滿足干燥出力的要求，對于校核煤種2要求的進口熱一次風溫為375℃。然而，鍋爐空預器所能提供的熱一次風溫度為342℃，無法滿足要求。

分析原因是由于校核煤種2屬于類似于褐煤的高水分煤種，在磨煤機研磨過程中需要很大的高燥出力以達到燃燒的要求。因此在磨煤機選型時需要采取措施提高磨煤機的干燥能力，同時需研究可否降低磨煤機出口一次風溫以降低進口風溫。

經研究，提高磨煤機干燥能力的方法主要有以下兩種途徑：

(1)方案一：增加磨煤機的通風量，提高干燥能力。

(2)方案二：在同一通風量的條件下，降低磨煤機的研磨煤量，滿足干燥能力的要求?？梢钥紤]增加一臺磨煤機。

表5 磨煤機性能數據

3 制粉系統及設備選型

3.1 磨煤機出口一次風溫

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》的要求，經計算，校核煤種2的磨煤機出口一次風溫度需達到74℃以上。

經調研，在燃用類似煤種的情況下，目前華東沿海部分電廠將磨煤機出口一次風溫度控制在60℃左右。以泰州電廠一期的#2機組為例，其中速磨煤機燃用不同煤種時的煤質見表6。燃燒不同煤種下，磨煤機的運行數據見表7。

表6 電廠實際煤質資料

表7 電廠一期磨煤機運行數據

續表7

通過表7可以看出，電廠的C磨及F磨在燃燒類似經濟煤種過程中將磨煤機的出口一次風溫度控制在55℃以下，均能滿足鍋爐運行的要求。基于以上調研，考慮適當的溫度余量，校核煤種2的磨煤機出口一次風溫度確定為60℃。

3.2 磨煤機出口一次風溫對進口風溫的影響

針對校核煤種2，將磨煤機出口一次風溫度降低為60℃后，經計算， 磨煤機進口的一次風溫度從原來的375℃降低到339℃。

進口一次風溫度的降低使制粉系統中速磨煤機方案的可行性增加。但仍需考慮以下問題：空預器出口的熱一次風溫度為342℃，但系統設計時應當考慮系統的散熱損失、鍋爐空預器性能的老化等因素引起的熱一次風溫度的下降。

考慮以上因素后，磨煤機進口的最高熱一次風溫應按330℃考慮，磨煤機的干燥出力能力仍然不足，需進一步研究增加干燥出力。

3.3 提高磨煤機干燥能力的選型研究

3.3.1 方案一：增加磨煤機通風量

為增加磨煤機的干燥出力，理論上可以考慮將磨煤機的進口熱一次風量增加以提高磨煤機的干燥能力。但是收到磨煤機本體結構的影響，通風量的增加需要控制在適當范圍內。

結合磨煤機廠的配合、調研情況及表7的數據分析，對于初步選型的ZGM133G磨煤機應將BMCR下通風量控制在150 t/h以下。綜合以上研究，考慮將磨煤機的最大通風量上調5%，磨煤機選型計算見表8。

表8 提高通風量下的磨煤機性能數據

分析表8可以看出，對于校核煤種2，增加磨煤機通風量5%后，磨煤機的干燥能力增加，入口一次風溫度下降到326℃，磨煤機通風量為149 t/h。能夠適應高水分煤的研磨及干燥要求。

3.3.2 方案二：增加磨煤機數量

為滿足校核煤種2的干燥出力，可以在保持磨煤機最大通風量及入口一次風溫度不變的情況下，減小磨煤機的出力?；谝陨峡紤]，可在機組原來6臺磨煤機的基礎上，增加1臺磨煤機。在燃燒設計煤種及校核煤種1時，磨煤機5臺運行；在燃燒校核煤種2時，磨煤機6臺運行。

根據以上方案，磨煤機選型計算見表9。

分析表9選型計算，在磨制校核煤種2時6臺磨煤機投入運行，整個參數匹配均十分合理，滿足制粉系統及鍋爐燃燒的要求。

3.3.3 方案比選

方案一中每臺鍋爐配置6臺中速磨煤機，BMCR下5臺運行、1臺備用。

方案二中每臺鍋爐配置7臺同型號的中速磨煤機，在燃燒設計煤種及校核煤種1時，磨煤機5臺運行；在燃燒校核煤種2時，磨煤機6臺運行。初投資比較見表10。制粉系統年耗電量比較見表11。

表9 增加磨煤機數量下的磨煤機性能數據

表10 初投資比較

表11 制粉系統電耗比較

通過比選可以發現，兩種方案技術上均為可行。但從投資及運行經濟性角度分析，方案一更具有優勢。

4 結論

針對泰州二期工程燃煤較為寬泛，特別是校核煤種2的水分較高等特點，本報告對制粉系統及其附屬設備進行了選型研究。

制粉系統和磨煤機的選擇中的首要依據是煤質特性及其變化范圍，其中煤的揮發份和磨損指數又是主要因素，不同的煤種特性要求配備不同的制粉系統。制粉系統型式，還要考慮和鍋爐燃燒器、爐膛型式相匹配。只有這樣，才能保證鍋爐性能穩定。由于泰州二期工程的二次再熱鍋爐的燃燒方式與一次再熱鍋爐相同，因此二次再熱機組的制粉系統選擇可借鑒常規一次再熱機組的制粉系統。

通過研究及方案的比選，確定制粉系統采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統。燃用設計及校核煤種時，每臺鍋爐設置6臺中速磨煤機，5臺運行1臺備用。

結合煤質的特點，通過調研及研究，確定燃燒設計煤種及校核煤種1時，磨煤機出口一次風溫度按78℃；燃燒校核煤種2時按60℃的煤粉溫度。磨煤機選型按基點通風量上增加5%的通風量，控制磨煤機的干燥一次熱風溫度不高于330℃，最大通風量不高于150 t/h。

[1] GB 50660－2011，大中型火力發電廠設計規范[S]．

[2] DL/T 5145－2002，火力發電廠制粉系統設計計算技術規定[S]．

[3] DL/T 466－2004，電站磨煤機及制粉系統選型導則[S]．

The Milling Coal System Design of Double Reheat Unit in Taizhou Power Plant

YAO Xiang-yu, ZHU Jia-qi, LI Lin, CHEN Ren-jie
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

The passage introduces the pulverized coal preparation system design of TaiZhou 2×1000 MW thermal power plant. Due to the wide range of the coal characteristic and the application of the 1000MW double reheat boiler for the first time, the pulverized coal preparation system is studied.

pulverized coal preparation system; mill; double reheat.

TM621

A

1671-9913(2016)06-0015-05

2016-02-17

姚向昱(1978- )，男，上海人，碩士，高級工程師，主要從事火力發電廠鍋爐專業的設計。