黃書芳，陳一平

(貴州黔東電力有限公司，貴州 凱里 557702)

1 設(shè)備概要

某廠機(jī)組容量2×600 MW，鍋爐系東方鍋爐廠引進(jìn)福斯特·惠勒公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的，型號(hào)為DG2028/17.45-Ⅱ3型，亞臨界壓力，中間一次再熱的自然循環(huán)鍋爐，該鍋爐采用“W”形火焰燃燒方式，適用于無煙煤的燃燒，配6套正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐采用分級(jí)配風(fēng)。每只燃燒器均有獨(dú)立的配風(fēng)單元，每個(gè)單元分成A，B，C，D，E，F(xiàn) 6個(gè)風(fēng)室，風(fēng)室入口設(shè)有獨(dú)立的風(fēng)門擋板。其中A，B，D，E擋板為手動(dòng);F擋板、C擋板為電動(dòng)，全爐共72只風(fēng)門執(zhí)行器。燃燒器乏氣調(diào)節(jié)蝶閥為電動(dòng)，消旋裝置為手動(dòng)控制。

爐前燃油系統(tǒng)采用#0輕柴油，回油調(diào)壓方式，兩級(jí)點(diǎn)火。每只煤粉燃燒器配置1只簡單機(jī)械霧化油槍，前、后爐拱上各18只，總出力30%B-MCR，單只油槍出力1 250 kg/h。

2 燃煤情況

從2011年初，因購煤環(huán)境發(fā)生變化，開始大量采購煙煤及褐煤，最高揮發(fā)分達(dá)46%以上，嚴(yán)重偏離鍋爐設(shè)計(jì)煤種9.92%的要求，從五六月份入廠煤煤質(zhì)情況看，貧瘦煤只占總煤量的34%，煙煤及褐煤占了總煤量的66%，電廠設(shè)計(jì)煤質(zhì)與實(shí)際入廠煤質(zhì)情況如表1，2。

表1 電廠設(shè)計(jì)煤種

表2 電廠實(shí)際采購部分煤種相關(guān)指標(biāo)

3 無煙煤鍋爐燃用煙煤存在問題

3.1 燃用煙煤容易造成制粉系統(tǒng)爆炸，煤粉爆炸的條件主要有煤粉濃度、溫度及點(diǎn)火源，煤粉容易爆炸的濃度范圍在1.2～2.0 kg/m3，在制粉系統(tǒng)運(yùn)行中，煤粉濃度一般大于2.0 kg/m3，不會(huì)發(fā)生爆炸，但當(dāng)制粉系統(tǒng)啟停過程中，就不可避免會(huì)達(dá)到該濃度范圍，如果此時(shí)再有積粉自燃或雷管等點(diǎn)火源存在，將會(huì)產(chǎn)生爆炸，而該廠制粉系統(tǒng)因無防爆門，爆炸將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備或造成人身傷害事故。

3.2 采用主要為無煙煤燃燒設(shè)計(jì)的雙旋風(fēng)濃縮型旋流燃燒器，進(jìn)行煙煤的燃燒時(shí)，因煙煤的著火溫度比較低，會(huì)使煤粉氣流著火提前，導(dǎo)致燃燒器噴口結(jié)焦堵塞，最終燒毀燃燒器。

3.3 W型火焰鍋爐設(shè)計(jì)的主要目的是延長煤粉在爐內(nèi)的燃燒行程及燃燒時(shí)間，火焰中心在燃燒器以下2 m左右，如果完全燃用煙煤，鍋爐火焰中心將大大提高且燃燒行程縮短，將會(huì)出現(xiàn)鍋爐主汽溫嚴(yán)重超溫及鍋爐爐膛嚴(yán)重結(jié)焦的情況。

3.4 由于大屏 (分隔屏)過熱器呈L型布置在爐膛上部，且受熱面積偏多，鍋爐煤種的改變，使鍋爐輻射吸熱量大大增加，造成鍋爐過熱汽溫高、過熱器減溫水量增大，而再熱汽溫又偏低。

3.5 鍋爐燃用高揮發(fā)分煤時(shí)，為了保證制粉系統(tǒng)運(yùn)行安全，磨煤機(jī)出口溫度必須嚴(yán)格限制 (小于75℃)，需要大量使用冷風(fēng)，但冷風(fēng)量不夠用，被迫降低磨煤出力，機(jī)組無法帶高負(fù)荷。

4 燃用高揮發(fā)分煤的措施

4.1 煤場管理

1)煤場存煤嚴(yán)格分類進(jìn)行堆放，在入廠煤揮發(fā)分超標(biāo)的情況下，優(yōu)先考慮按揮發(fā)分高低 (V1，V2，V3)進(jìn)行堆放，即V1為Vdaf≤15%的無煙煤、V2為15%≤Vdaf≤30%的煙煤、V3為Vdaf≥30%的煙煤及褐煤。

2)V1煤種與V3煤種分開的煤場，分別配置斗輪機(jī)，以便2臺(tái)斗輪機(jī)同時(shí)取料混合上倉 (作為V2煤實(shí)用)，減輕安全風(fēng)險(xiǎn)。

3)煙煤入廠后燃料采購部門及時(shí)將煤質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告提供到值長處和燃料運(yùn)行部門，以便于原煤的分堆存放與上倉。

4)運(yùn)行值班員在接班前了解煤場存煤及鍋爐原煤倉內(nèi)煤質(zhì)情況，提前做好燒煙煤的安全預(yù)防及燃燒調(diào)整工作。

5)進(jìn)行原煤倉加倉工作時(shí)，值班員提前確認(rèn)所上煤質(zhì)的揮發(fā)分情況，若煤質(zhì)情況不清楚，應(yīng)嚴(yán)禁給原煤倉上煤?？上冗M(jìn)行煤場堆放，通知化驗(yàn)班取樣化驗(yàn)確認(rèn)后再進(jìn)行上倉工作。

4.2 上倉、摻燒方式

1)揮發(fā)分低的V1和揮發(fā)分較高的V2煤采用“分磨磨制，爐內(nèi)混燒”的方式單獨(dú)上倉進(jìn)磨煤機(jī)，通過改變對(duì)應(yīng)制粉系統(tǒng)及配風(fēng)單元運(yùn)行參數(shù)后，進(jìn)行爐內(nèi)混燒。

2)鍋爐選擇A，E，F(xiàn)磨煤機(jī)作為高揮發(fā)分煤(V2)摻燒磨，基它磨為V1煤種，若需改變上倉方式，發(fā)電部門應(yīng)先組織對(duì)制粉系統(tǒng)及燃燒配風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

4.3 運(yùn)行調(diào)整措施

1)磨煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)V2煤的磨煤機(jī)出口溫度控制低于75℃，同時(shí)開啟旁路風(fēng)及容量風(fēng)檔板至少20%以上，保證出口粉管風(fēng)速任何時(shí)候均高于18 m/s運(yùn)行。

2)當(dāng)磨煤機(jī)2臺(tái)給煤機(jī)均斷煤后，全開冷風(fēng)，全關(guān)熱風(fēng)，控制磨煤機(jī)出口溫度低于90℃運(yùn)行，若10 min不來煤，則停止該磨煤機(jī)運(yùn)行。

3)煙煤對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)出口溫度及燃燒器乏氣檔板開度維持在合理水平，具體參考如表4。

表4 磨出口溫度及乏氣檔板開度參考值〔1〕

4)煙煤制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)粗粉分離器檔板全開，以最終控制煤粉細(xì)度在15%左右。

5)煙煤對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)容量風(fēng)門開度不小于40%運(yùn)行，以最終保證煤粉管風(fēng)速在20 m/s以上運(yùn)行，風(fēng)速過低可通過開大旁路風(fēng)檔板進(jìn)行調(diào)整，任何時(shí)候磨煤機(jī)運(yùn)行中風(fēng)速均不低于18 m/s。

6)摻燒煙煤磨煤機(jī)運(yùn)行中，正常料位控制在400～600 Pa，任何時(shí)候不高于800 Pa運(yùn)行，以防止磨煤機(jī)高料位密封圈積粉自燃〔2〕。

7)磨煤機(jī)停運(yùn)，需將磨煤機(jī)及旁路風(fēng)管內(nèi)煤粉全部抽盡，并在停運(yùn)后將出口粉管吹掃干凈，以防止積粉自燃現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)磨機(jī)停運(yùn)備用時(shí)間不得超過6 h。

8)煙煤對(duì)應(yīng)制粉系統(tǒng)燃燒器各風(fēng)門開度控制參考如表5。

表5 風(fēng)門開度參考值 %

9)運(yùn)行人員定期觀察爐內(nèi)燃燒情況 (每班不少于3次)，當(dāng)下爐膛溫度較高有流稀焦現(xiàn)象時(shí)，可減少煙煤的燃用量，防止鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦。

10)為了在機(jī)組運(yùn)行中快速處理制粉系統(tǒng)自燃事故，運(yùn)行中要加強(qiáng)對(duì)制粉系統(tǒng)惰化蒸汽系統(tǒng)的檢查，保證其處于熱備用狀態(tài)。

11)值班員每小時(shí)對(duì)磨煤機(jī)區(qū)域、給煤機(jī)區(qū)域、煤粉管、爐拱平臺(tái)等地方進(jìn)行巡視檢查。每2 h對(duì)爐拱燃燒器、磨煤機(jī)回粉管進(jìn)行測溫工作。如果出現(xiàn)溫度不正常升高或燒紅現(xiàn)象，立即停止磨煤機(jī)運(yùn)行，開啟惰化蒸汽進(jìn)行滅火。

12)煙煤磨煤機(jī)運(yùn)行期間，旁路風(fēng)檔板開度控制在5%～10%運(yùn)行或間斷開啟，以防止旁路風(fēng)管積粉自燃。

13)為了防止運(yùn)行中燒粉管事件的發(fā)生，磨煤機(jī)正常運(yùn)行期間應(yīng)盡量不停運(yùn)燃燒器，若確有火嘴需停運(yùn)，應(yīng)在停運(yùn)后開啟吹掃風(fēng)吹掃干凈，并每2 h切換1次，防止粉管積粉自燃。

14)當(dāng)制粉系統(tǒng)內(nèi)部 (包括燃燒器、粉管、分離器、給煤機(jī)等)著火時(shí)，要及時(shí)投入消防蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行滅火，同時(shí)用消防水進(jìn)行外部人工冷卻。

4.4 燃用高揮發(fā)分煤種安全措施

1)磨制煙煤的給煤機(jī)及磨煤機(jī)區(qū)域，進(jìn)行安全警示隔離，除必要的檢修工作及捅煤、巡檢工作外，無關(guān)人員嚴(yán)禁入內(nèi)，以防止制粉系統(tǒng)爆炸傷人，特別是磨煤機(jī)入口風(fēng)管膨脹節(jié)處，運(yùn)行中嚴(yán)禁任何人員靠近。

2)磨制煙煤的制粉系統(tǒng)必須在運(yùn)行中進(jìn)行檢修工作時(shí)，應(yīng)全面做好防火防爆的安全措施，同時(shí)消防人員現(xiàn)場監(jiān)護(hù)。

3)將燃用煙煤的燃燒器噴口處部分保溫拆除，以便于運(yùn)行人員對(duì)此處外壁進(jìn)行手動(dòng)測溫。

4)機(jī)組摻燒煙煤期間，經(jīng)常檢查鍋爐各區(qū)域滅火器及消防水處于良好備用狀態(tài)，同時(shí)，在鍋爐給煤機(jī)平臺(tái)、燃燒器平臺(tái)及磨煤機(jī)區(qū)域，設(shè)置專職消防員現(xiàn)場值班。

5 鍋爐經(jīng)濟(jì)性及安全性比較

大量燃用高揮發(fā)分煤后，發(fā)生了如下變化:

1)鍋爐的燃燒穩(wěn)定性大大提高，鍋爐不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可降低至280 MW左右。

2)鍋爐飛灰、大渣含碳量大幅下降，平均飛灰含碳量從原來單獨(dú)燃用無煙煤的5%降至1.2%，大渣含碳量由4.2%降至1.5%，煤粉燃盡性明顯提高，扣除因結(jié)焦引起的排煙溫度上升因素，鍋爐效率有明顯提高。

3)機(jī)組啟動(dòng)油耗大大降低，與前期單純?nèi)加脽o煙煤相比，啟動(dòng)油耗從原來的150 t下降到50 t。

4)在鍋爐燃用高揮發(fā)分煤的情況下，入爐煤煤質(zhì)水分較低時(shí)，鍋爐帶負(fù)荷能力下降，統(tǒng)計(jì)表明，當(dāng)原煤水分在8%以下，原煤水分每下降1%，影響機(jī)組負(fù)荷約25 MW。

5)煤粉外漏自燃風(fēng)險(xiǎn)明顯增加，機(jī)組運(yùn)行期間，曾發(fā)生3起煤粉外漏自燃事件，均是由于煤制粉系統(tǒng)外漏煤粉富氧引起。事件發(fā)生后，嚴(yán)格了定期巡檢與測溫工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理火災(zāi)隱患，不擴(kuò)大事故，同時(shí)，運(yùn)行中加強(qiáng)了煤粉外漏的預(yù)防與檢查工作，杜絕了自燃事件的再次發(fā)生。

總之，無煙煤鍋爐在大量燃用煙煤后，其著火、燃燒、燃盡特性明顯增強(qiáng)，鍋爐效率得到較大提高，但安全風(fēng)險(xiǎn)大增。

6 結(jié)束語

設(shè)計(jì)燃用無煙煤的“W”火焰鍋爐改為燃用由貧瘦煤和高揮發(fā)分煙煤、褐煤組成的混煤后，在不進(jìn)行設(shè)備改造的情況下，通過改變煤場管理方式、改變?cè)荷蟼}方式、調(diào)整煤粉細(xì)度、調(diào)整風(fēng)門檔板以及控制運(yùn)行參數(shù)等一系列技術(shù)措施，基本達(dá)到了無煙煤鍋爐燃用高揮發(fā)分煤的要求，拓寬了原煤采購渠道，鍋爐燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性提高。同時(shí)“W”火焰鍋爐燃用高揮發(fā)分煙煤、褐煤后也存在爆炸、火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)!必須從原煤場管理、原煤儲(chǔ)運(yùn)、制粉系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)運(yùn)行控制、消防等全方位采取切實(shí)可行的安全措施，方可避免事故發(fā)生。

〔1〕DL435—1991.火電廠煤粉鍋爐燃燒室防爆規(guī)程〔S〕.北京:中國電力出版社，1991.

〔2〕黃偉.600 MW超臨界復(fù)合循環(huán)鍋爐制粉系統(tǒng)爆炸原因分析〔J〕.湖南電力，2006(3).

〔3〕雷霖.直吹式制粉系統(tǒng)“W火焰”鍋爐混煤摻燒試驗(yàn)究〔C〕.湖南電機(jī)工程學(xué)會(huì)鍋爐專委會(huì).2008年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.長沙:湖南省電機(jī)工程學(xué)會(huì).2008:55-60.