中儲式制粉系統(tǒng)摻燒褐煤的試驗(yàn)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(jìn)一步提高摻燒褐煤比例后鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性,進(jìn)行了中溫爐煙改造,改造于2009年11月完成。為了實(shí)現(xiàn)安全可靠地大比例摻燒褐煤,并為今后運(yùn)行提供指導(dǎo),對1號鍋爐進(jìn)行了中溫爐煙改造后的相關(guān)試驗(yàn)。

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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)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(jī)入口堆積及煤粉在磨煤機(jī)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(jī)組鍋爐的安全運(yùn)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(qiáng)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(yùn)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(yùn)行及機(jī)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(diǎn),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(yàn),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(jī)入口與抽取點(diǎn)之間的壓差將爐煙抽吸到磨煤機(jī)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(diǎn)：抽取點(diǎn)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(diǎn)的負(fù)壓較小,需要克服的阻力小;通過現(xiàn)場實(shí)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(yùn)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(yàn)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(shí)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(yùn)及調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

3.1 制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)在摻燒60%褐煤比例,1、2號制粉系統(tǒng)上分別進(jìn)行。試驗(yàn)期間,1號鍋爐帶580 t/h蒸汽量穩(wěn)定運(yùn)行,運(yùn)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(jī)轉(zhuǎn)速分別為260 r/min和50 r/min,排粉風(fēng)機(jī)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(jī)入口的熱風(fēng)門至不同開度,待調(diào)整工況運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)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(yàn)結(jié)果,可以繪制磨煤機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)出口溫度可以提高到60℃。2號磨煤機(jī)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(jī)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(jìn)行了甲、乙兩側(cè)中溫爐煙管道阻力分布對比試驗(yàn),試驗(yàn)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(yàn)在磨煤機(jī)入口負(fù)壓分別保持在1 300 Pa和1 100 Pa2種工況下進(jìn)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(jī)入口段阻力占總阻力的33%,而實(shí)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(jī)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(jī)入口段阻力占總阻力20%）。由試驗(yàn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(yàn)結(jié)果,在摻燒60%比例褐煤下1、2號制粉系統(tǒng)投運(yùn)中溫爐煙后制粉系統(tǒng)末端氧量可以控制在16%,磨煤機(jī)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(jī)組運(yùn)行的要求。與投運(yùn)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(yàn)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(jìn)行機(jī)組高負(fù)荷時制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn),還進(jìn)行了低負(fù)荷下的制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)。

制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)在1、2號制粉系統(tǒng)上分別進(jìn)行。試驗(yàn)期間,1號鍋爐在470 t/h出力下穩(wěn)定運(yùn)行,運(yùn)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(jī)轉(zhuǎn)速分別為230 r/min和35 r/min,排粉風(fēng)機(jī)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(jī)入口的熱風(fēng)門至不同開度,待調(diào)整工況運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)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(jī)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(yàn)結(jié)果可見,1號鍋爐70%負(fù)荷下1、2號制粉系統(tǒng)投運(yùn)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(jī)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(jī)組運(yùn)行的要求。運(yùn)行人員在鍋爐低負(fù)荷下投運(yùn)中溫爐煙時,建議1、2號制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)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(yàn)

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(yùn)條件下,進(jìn)行了1、2號制粉系統(tǒng)最大出力試驗(yàn)。

1號鍋爐在摻燒60%比例褐煤、投運(yùn)1、2號中溫爐煙系統(tǒng)、煤粉細(xì)度R90平均為35.7%的試驗(yàn)條件下,測得1、2號磨煤機(jī)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(jìn)行磨煤機(jī)最大出力試驗(yàn)時,試驗(yàn)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(shí)際測得單臺磨煤機(jī)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(jī)總的最大出力應(yīng)為131 t/h,是燃用試驗(yàn)混煤時計算燃料消耗量的1.1倍?？梢?在燃用當(dāng)前煤質(zhì)條件下,磨煤機(jī)的裕度系數(shù)仍能高于1,磨煤機(jī)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(yàn)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(yùn)行人員操作難度,還會影響機(jī)組的穩(wěn)定燃燒,特別不利于機(jī)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(yàn)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(yùn)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(yùn)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(shí)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(jìn)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(yùn)行方式不合理

試驗(yàn)期間,運(yùn)行人員并未習(xí)慣投運(yùn)中溫爐煙的方式,仍按原有冷爐煙運(yùn)行方式控制參數(shù),磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制偏低,造成磨煤機(jī)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(yùn)行人員在投運(yùn)中溫爐煙時,1號制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)入口壓力控制在-1 200～-1 300 Pa,2號制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)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(jī)出口溫度在60～70℃。

d.給煤量偏低

試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn),運(yùn)行人員不能準(zhǔn)確控制實(shí)際給煤量,尤其是1號制粉系統(tǒng),給煤機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)常在180 r/min以下。此種運(yùn)行方式使磨煤機(jī)長期在低出力下運(yùn)行,造成制粉系統(tǒng)單耗升高。建議運(yùn)行人員根據(jù)制粉系統(tǒng)特性曲線,將實(shí)際給煤量控制在可控的最大出力下運(yùn)行,根據(jù)磨煤機(jī)壓差、電流等參數(shù)合理控制,粉位高后可停運(yùn)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(jī)入口壓力保持在-1 100 Pa以上,磨煤機(jī)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(yùn)1、2號中溫爐煙系統(tǒng)、煤粉細(xì)度R90平均為35.7%的試驗(yàn)上,測得1、2號磨煤機(jī)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(jī)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.