燃用高揮發(fā)分低熔點(diǎn)印尼煤的安全技術(shù)措施

陳文，吳立新，孫海峰

(1． 湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南 長沙410007;2． 湖南華電長沙發(fā)電有限公司，湖南 長沙410203)

受國內(nèi)電煤供應(yīng)市場的變化、運(yùn)輸壓力和運(yùn)輸成本等多方面因素的影響，湖南省內(nèi)各火電廠不斷拓寬煤源供應(yīng)渠道，陸續(xù)購進(jìn)一批印尼煤等高揮發(fā)分的煤種。該煤種參數(shù)與湖南省電站鍋爐設(shè)計(jì)煤種參數(shù)差別很大，且屬于高水分、高揮發(fā)分、易燃易爆的煤種。湖南省內(nèi)多家火電廠均摻燒不同比例的高揮發(fā)分印尼煤，由于缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在燃用過程中曾發(fā)生制粉系統(tǒng)著火、爆炸事故。煤種與制粉系統(tǒng)不匹配、入爐煤與設(shè)計(jì)煤種之間煤質(zhì)特性相差大必然會(huì)給生產(chǎn)運(yùn)行帶來安全隱患。本文立足于某600 MW 機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，從燃運(yùn)管理和運(yùn)行調(diào)整控制出發(fā)，探討燃用高揮發(fā)分低熔點(diǎn)印尼煤存在的問題及控制技術(shù)措施。

1 設(shè)備概況及摻燒方式

某電廠2×600 MW 超臨界機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的國產(chǎn)超臨界參數(shù)、變壓、直流、本生型鍋爐，鍋爐型號DG1900/25.4－Ⅱ1 型，單爐膛，一次中間再熱，尾部雙煙道，并帶有脫硝裝置，采用平行擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置，為內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式，鍋爐設(shè)計(jì)燃用山西省潞安貧煤與晉城無煙煤的混煤。燃燒設(shè)備采用HT-NR3旋流燃燒器，前后墻布置、對沖燃燒。

受煤炭市場影響，入廠煤結(jié)構(gòu)、形勢發(fā)生了很大變化，煤場中高揮發(fā)分煙煤/褐煤的比重逐漸增大，一段時(shí)間印尼煤、蒙煤、神華煙煤摻燒比例等曾達(dá)到80%，改變了以往以無煙煤、貧煤為主的煤炭庫存結(jié)構(gòu)，給燃運(yùn)管理、煤場安全、上煤方式、機(jī)組運(yùn)行帶來了一系列新的問題。入爐煤摻燒方式隨煤場儲(chǔ)存情況而改變，前期在高揮發(fā)分煤量不多時(shí)采取與其它劣質(zhì)煙煤、貧煤摻混的方式，在印尼煤儲(chǔ)量逐漸增大的情況下采取印尼煤單獨(dú)入磨方式。

2 印尼煤的煤質(zhì)特性

根據(jù)文獻(xiàn)〔1－2〕，印尼煤在地質(zhì)年代分布上主要集中在中新世，從其典型特征來說屬于高揮發(fā)分、高水分、中高熱值、低灰分、低硫分、難磨、極易著火和燃盡、易結(jié)渣、易自燃的煤。廣東、浙江等沿海地區(qū)電廠燃用較多，2011年底某廠開始試燒印尼煤，設(shè)計(jì)煤質(zhì)與印尼煤質(zhì)特性數(shù)據(jù)見表1(由于印尼煤來煤變化較大，表中數(shù)據(jù)為來煤化驗(yàn)典型數(shù)據(jù))。

表1 設(shè)計(jì)煤種與印尼煤對比參考數(shù)據(jù)

表1 中數(shù)據(jù)顯示，印尼煤與設(shè)計(jì)煤種之間煤質(zhì)特性差異較大，國內(nèi)燃用印尼煤主要是在中速磨上使用，且都是采取摻混方式，摻混比例一般為33%，最多為50%，在雙進(jìn)雙出鋼球磨上的燃用報(bào)道甚少〔3－4〕。

3 燃用印尼煤帶來的主要問題

湖南省電站鍋爐的設(shè)計(jì)煤種以貧煤和無煙煤為主，制粉系統(tǒng)也是根據(jù)此設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行選型，采用雙進(jìn)雙出鋼球磨。根據(jù)規(guī)程規(guī)范的要求，高揮發(fā)分煤種應(yīng)采用中、高速磨煤機(jī)，一次風(fēng)溫、風(fēng)速、燃燒器選取原則也不同，對褐煤等特高揮發(fā)分煤種干燥介質(zhì)宜采用煙氣。電廠考慮到經(jīng)濟(jì)利益，燃用嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值且不適用現(xiàn)有制粉及燃燒系統(tǒng)的煤種，勢必帶來一系列問題。

1)鍋爐出力下降

在鍋爐設(shè)備正常情況下，鍋爐的出力主要取決于制粉系統(tǒng)的出力。影響制粉系統(tǒng)出力的主要因素是:印尼煤水分大，磨煤機(jī)干燥出力不足;印尼煤哈氏可磨性指數(shù)為45，相對較難磨，磨煤機(jī)出力降低。

2)制粉系統(tǒng)著火和爆炸

印尼煤的高揮發(fā)分、易爆特性使印尼煤在燃用過程中極易出現(xiàn)著火和爆炸，制粉系統(tǒng)的著火和爆炸主要是落煤不暢、積粉自燃引起的，運(yùn)行中常見于制粉系統(tǒng)啟停階段。

3)結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)增大

印尼煤的揮發(fā)分高，比設(shè)計(jì)值高3 倍多，著火點(diǎn)溫度低，容易在燃燒器噴口處著火，使燃燒器噴嘴結(jié)焦。由表1 的數(shù)據(jù)可知，印尼煤灰熔點(diǎn)低，灰的變形溫度、軟化溫度、熔化溫度各值之間相差≤30 ℃，且各值均低于設(shè)計(jì)煤種，易使鍋爐受熱面結(jié)焦。

4)排煙溫度升高

為控制磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度，制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量比設(shè)計(jì)值增大，參與空預(yù)器換熱的冷風(fēng)量減少，導(dǎo)致排煙溫度升高;印尼煤水分大，燃燒后產(chǎn)生的煙氣量大于設(shè)計(jì)煤種，排煙溫度呈升高趨勢。

5)煤場管理難度增大

印尼煤的揮發(fā)分較高，堆放時(shí)間稍長，煤場易出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，也易造成熱值損失。

6)其它

由于印尼煤水分高，使煙氣流速增大，飛灰對鍋爐尾部受熱面的沖刷磨損加劇，增加了爐管減薄泄漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4 安全技術(shù)措施

印尼煤與設(shè)計(jì)煤種之間煤質(zhì)特性差異太大，制粉系統(tǒng)選型與入磨煤不匹配，在實(shí)際燃用過程中應(yīng)遵循“替代原則”、 “最小化原則”和“緩和原則”。

4.1 防止制粉系統(tǒng)著火和爆炸技術(shù)措施

煤粉爆炸需要3 個(gè)基本條件，即可燃物的存在、合適的氧濃度和足夠的點(diǎn)火能量。煤粉爆炸的過程是懸浮在空氣中的煤粉的強(qiáng)烈燃燒過程，影響煤粉爆炸的因素主要有煤質(zhì)特性、煤粉混合物溫度、煤粉細(xì)度和煤粉濃度等。防止制粉系統(tǒng)爆炸的主要措施一般都是從控制磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度、控制煤粉細(xì)度、防止煤粉沉積、控制氧濃度和控制煤粉干燥條件、防止煤粉熱解產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w等方面入手。

1)磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度控制

①燃用印尼煤時(shí)，磨煤機(jī)入口溫度最高不超過270 ℃，將分離器出口溫度控制在60～65 ℃，不得低于55 ℃，防止煤粉結(jié)露而沉積。

②暖磨過程中控制溫度不超過60 ℃。

③將燃用印尼煤的磨煤機(jī)部分邏輯值進(jìn)行更改并增加聲光報(bào)警:如任意一側(cè)分離器出口溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，應(yīng)聯(lián)鎖全開對應(yīng)磨煤機(jī)的冷風(fēng)門，全關(guān)熱風(fēng)門(熱工連鎖投入惰化蒸汽);把分離器出口溫度高跳閘值改為＞80 ℃跳閘。

④啟停制粉系統(tǒng)和給煤機(jī)斷煤時(shí)，尤其要注意分離器出口溫度不超過70 ℃，當(dāng)溫度異常時(shí)及時(shí)投入惰化蒸汽。

2)煤粉細(xì)度控制

磨制印尼煤的磨煤機(jī)其分離器折向擋板應(yīng)開大，煤粉顆?？蛇m當(dāng)變粗，煤粉細(xì)度可維持在25%～35%左右。

3)磨煤機(jī)出力控制

①磨制印尼煤的制粉系統(tǒng)維持高出力運(yùn)行，容量風(fēng)門開度控制在50%以上，運(yùn)行中盡量少做調(diào)整，加減負(fù)荷時(shí)調(diào)整其它磨的出力。

②磨制印尼煤的制粉系統(tǒng)不能采取單進(jìn)雙出運(yùn)行方式，當(dāng)發(fā)生單側(cè)給煤機(jī)斷煤，超過10 min 處理不好時(shí)應(yīng)按照要求及時(shí)停運(yùn)對應(yīng)磨煤機(jī)，處理過程中嚴(yán)格控制分離器出口溫度不超限，處理好后再投入磨煤機(jī)運(yùn)行。

4)磨煤機(jī)料位控制

燃用印尼煤時(shí)，為防止斷煤后磨煤機(jī)內(nèi)煤粉濃度很快達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)，應(yīng)控制磨煤機(jī)料位在500～700 Pa 的稍高料位運(yùn)行。

5)磨煤機(jī)粉管風(fēng)速控制

提高一次風(fēng)速至28～35 m/s，任何時(shí)候風(fēng)速不得低于22 m/s，增強(qiáng)一次風(fēng)攜帶煤粉的能力，防止發(fā)生積粉和燃燒器燒壞事故。

6)磨煤機(jī)惰化蒸汽的投入

發(fā)生下列情況時(shí)，須立即投入惰化蒸汽系統(tǒng)，確認(rèn)料位恢復(fù)正常后再停止惰化蒸汽:給煤機(jī)發(fā)生斷煤;給煤機(jī)發(fā)生故障跳閘;分離器出口溫度超過70 ℃;磨煤機(jī)筒體料位(均值)低于300 Pa。

4.2 防止鍋爐結(jié)焦技術(shù)措施

鍋爐受熱面結(jié)焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上，影響結(jié)焦的因素很多，受熱面結(jié)焦的機(jī)理也很復(fù)雜，但防止結(jié)焦的基本原則是改善產(chǎn)生結(jié)焦的基本條件，阻止受熱面結(jié)焦。

1)鍋爐運(yùn)行中適當(dāng)增大二次風(fēng)量，控制省煤器出口氧量＞3.0%，保持爐內(nèi)氧化性氣氛，防止?fàn)t內(nèi)因缺氧導(dǎo)致結(jié)焦加劇。

2)保證爐膛出口煙溫不超過設(shè)計(jì)值。鍋爐BMCR 負(fù)荷下設(shè)計(jì)出口煙溫為1 013 ℃，保證爐膛出口煙溫不超過印尼煤熔點(diǎn)，防止過熱器、再熱器及水平煙道的結(jié)焦。

3)鍋爐受熱面定期吹灰，防止受熱面積灰后影響傳熱;發(fā)現(xiàn)受熱面結(jié)焦及時(shí)清除，防止繼續(xù)惡化。特別是高負(fù)荷時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對爐膛受熱面的吹灰工作。

4)加強(qiáng)就地看火孔、爐底排渣和撈渣機(jī)工作的巡視檢查，觀察DCS 煙道壓力、減溫水量和煙溫等的變化，綜合判斷鍋爐結(jié)焦?fàn)顩r。根據(jù)結(jié)焦和垮焦情況及時(shí)投入吹灰器運(yùn)行，并視結(jié)焦程度可適當(dāng)增加吹灰次數(shù)。

5)當(dāng)爐膛結(jié)焦情況發(fā)展趨勢明顯，且鍋爐增加吹灰頻率難以控制時(shí)，機(jī)組可采取快速降負(fù)荷方式，以降低爐內(nèi)溫度水平。

6)調(diào)整二次風(fēng)及燃盡風(fēng)配比，使燃燒中心下移，控制爐膛出口煙溫，防止過熱器結(jié)焦;盡量使燃燒器配風(fēng)均勻，防止火焰中心偏斜和貼邊，防止灰渣附在爐壁而形成結(jié)渣。

7)調(diào)整每臺(tái)磨煤機(jī)的煤量，確保前、后墻熱負(fù)荷均勻，和同層燃燒器的煤粉量均勻。

4.3 其它技術(shù)措施

1)煤場及輸煤安全措施

①煤場和煤斗應(yīng)加強(qiáng)巡視和測溫工作，尤其是夏季環(huán)境溫度高期間，防止自燃。

②當(dāng)煤的溫度較高或有自燃現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在上煤前實(shí)施噴淋。煤溫超過50 ℃時(shí)，不得進(jìn)入煤倉。

③輸煤沿線的積粉、積煤及時(shí)清理。

2)制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

①增大冷風(fēng)管直徑。因?yàn)楹鲜〈蟛糠只痣姀S燃燒及制粉系統(tǒng)是按照燃用貧瘦煤或無煙煤設(shè)計(jì)，冷風(fēng)管路設(shè)計(jì)流量較小。

②裝設(shè)防爆門。在制粉系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端兩側(cè)加裝防爆門，降低制粉系統(tǒng)爆炸產(chǎn)生的危害。

③加裝熱工測點(diǎn)。在回粉管上加裝溫度測點(diǎn)，對回粉管溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免回粉管堵塞積粉造成煤粉自燃。在分離器出口加裝O2和CO 測點(diǎn)，并將其納入DCS 聲光報(bào)警，當(dāng)氧量下降、CO 含量上升時(shí)聯(lián)鎖投入惰化蒸汽。在運(yùn)行平臺(tái)加裝專用霧化水槍，用于制粉系統(tǒng)著火時(shí)使用。針對惰化蒸汽系統(tǒng)時(shí)有堵塞的情況，對惰化蒸汽系統(tǒng)管路進(jìn)行優(yōu)化改造。

5 結(jié)束語

鑒于印尼煤的特性，燃煤鍋爐在摻燒印尼煤時(shí)要制定好制粉系統(tǒng)運(yùn)行措施和事故異常處理措施，防止制粉系統(tǒng)發(fā)生自燃或著火爆炸事故。

從目前燃用印尼煤的情況看，在制訂好燃用印尼煤的安全技術(shù)措施、解決制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行問題后，印尼煤的價(jià)格優(yōu)勢不失為電廠扭虧增盈的一種選擇。

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〔4〕溫志華，陳小雄． 350 MW 超臨界機(jī)組燃用印尼煤鍋爐燃燒調(diào)整措施〔J〕． 熱能動(dòng)力工程，2010，25(B06):47-49，55.