600 MW機(jī)組雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤的應(yīng)用研究

王守陽(yáng)

(湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司，長(zhǎng)沙 410203)

1 問(wèn)題的提出

湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)沙發(fā)電公司)2臺(tái)600 MW超臨界機(jī)組鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)燃用煤種為貧瘦煤和劣質(zhì)煙煤，迫于煤炭市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和價(jià)格壓力，為提高電廠的贏利能力，拓寬煤炭采購(gòu)渠道，提高電廠對(duì)煤炭的適應(yīng)能力，長(zhǎng)沙發(fā)電公司嘗試燃用一定比例的印尼褐煤，采取“分磨研制，爐內(nèi)摻燒”的方式進(jìn)行了摻燒工作。在保證人身、設(shè)備的安全的前提下，以控制不發(fā)生制粉系統(tǒng)著火爆炸、不發(fā)生鍋爐大面積結(jié)焦和燃燒器燒損事故為目標(biāo)，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)效益提升及電網(wǎng)負(fù)荷曲線的要求。

此項(xiàng)工作的開展對(duì)制粉系統(tǒng)和鍋爐的運(yùn)行維護(hù)提出了更高的要求。在保證機(jī)組正常運(yùn)行的前提下，采取經(jīng)濟(jì)摻燒的方式燃用褐煤并采取相關(guān)安全、技術(shù)措施，是本文研究的主要問(wèn)題。

2 雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤的可行性

2.1 燃用褐煤的危害和原因

褐煤總體來(lái)說(shuō)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、易燃盡、易結(jié)渣、易自燃、低流動(dòng)性的煤。國(guó)內(nèi)燃用的褐煤主要在中速磨煤機(jī)上磨制。燃用褐煤的危害之處則體現(xiàn)為制粉系統(tǒng)爆炸、燃燒器燒壞和爐膛結(jié)焦等問(wèn)題，主要原因是磨煤機(jī)出口溫度高、制粉系統(tǒng)啟/停和斷煤、一次/二次風(fēng)配比等因素。制粉系統(tǒng)爆炸主要發(fā)生在啟動(dòng)(建立料位)初期和停止吹掃料位以及磨煤機(jī)低料位運(yùn)行期間。

2.2 燃用褐煤的可行性分析

煤粉的爆炸需要滿足可燃物的存在、合適的氧濃度和足夠的點(diǎn)火能量3個(gè)基本條件。當(dāng)采取手段控制了其中的1個(gè)或2個(gè)條件時(shí)，完全可以杜絕制粉系統(tǒng)爆炸、燒損設(shè)備并能抑制爐膛結(jié)焦的情況發(fā)生。以下4個(gè)方面的原因容易造成制粉系統(tǒng)著火。

(1)漏風(fēng)粉、控制溫度偏高、系統(tǒng)管路殘存積粉。

(2)一次風(fēng)速偏低造成粉管積粉和煤粉在燃燒器根部提前著火燒損燃燒器。

(3)一次風(fēng)、二次風(fēng)配比不合理，燃燒器燃燒火焰偏斜，爐膛溫度控制過(guò)高，火焰中心區(qū)域氧量低，從而導(dǎo)致鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行造成鍋爐結(jié)焦。

(4)上煤的溫度較高或煤粉自燃，沿線積存高揮發(fā)分煤粉導(dǎo)致輸煤沿線著火。

防止制粉系統(tǒng)爆炸的主要措施一般是從控制磨煤機(jī)出口溫度、控制煤粉細(xì)度、防止煤粉沉積自燃、控制氧濃度、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，精細(xì)控制相關(guān)參數(shù)，可以嘗試用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤，若能夠做到精心策劃、精細(xì)論證、精準(zhǔn)控制，就完全可以實(shí)現(xiàn)燃用褐煤。

2.3 燃用褐煤的安全原則

雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤時(shí)主要風(fēng)險(xiǎn)在于制粉系統(tǒng)容易發(fā)生爆炸，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸的原因主要有以下4個(gè)方面。

(1)制粉系統(tǒng)存在積粉死角。

(2)在啟、停磨煤機(jī)過(guò)程中，在給煤機(jī)斷煤或低料位情況下制粉系統(tǒng)內(nèi)煤粉濃度及可燃?xì)怏w濃度易達(dá)到爆炸極限。

(3)磨球從高位拋落與下方的鋼球或襯板發(fā)生碰撞可能會(huì)產(chǎn)生火花點(diǎn)燃煤粉。

(4)現(xiàn)有熱風(fēng)制粉系統(tǒng)在提供足夠的氧量的同時(shí)也能提供大量的能量。

在上述因素綜合作用下，使得制粉系統(tǒng)存在較大的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這也是部分雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)在發(fā)電廠試用中、高揮發(fā)分煤種后頻繁發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸的原因所在。

褐煤不適合單獨(dú)磨制和燃用，它和易流動(dòng)、不易爆炸的煙煤混配可增強(qiáng)入爐煤的流動(dòng)性，減少、降低斷煤并控制入磨煤的揮發(fā)分。根據(jù)印尼褐煤水分大、灰熔點(diǎn)溫度低的特點(diǎn)，若控制斷煤和結(jié)焦，要選擇狀況良好的磨制印尼褐煤的備選磨煤機(jī)，在無(wú)特殊情況下，原則上避免停運(yùn)對(duì)應(yīng)制粉系統(tǒng)，在制粉系統(tǒng)計(jì)劃停運(yùn)前，應(yīng)置換上煤品種，不允許高揮發(fā)分褐煤在煤倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存。根據(jù)煤斗掛壁情況，每隔5～7 d要降煤位敲打原煤斗處理掛壁煤1次。若入倉(cāng)煤的溫度較高或出現(xiàn)自燃，應(yīng)在上煤前實(shí)施噴淋。煤溫超過(guò)50 ℃ 時(shí)，不得進(jìn)入煤倉(cāng)。要定期清理積煤，重點(diǎn)檢查倒料槽、落煤筒、碎煤機(jī)、除塵器、拉緊裝置室、采樣裝置室和煤倉(cāng)等部位，以防止積粉自燃。

3 燃用褐煤制粉系統(tǒng)的優(yōu)化改造

對(duì)于雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)來(lái)說(shuō)，燃用褐煤必須確保設(shè)備系統(tǒng)安全，對(duì)于投資較小易于實(shí)施的改造項(xiàng)目，有必要進(jìn)行優(yōu)化改造，現(xiàn)將一些改造項(xiàng)目予以歸納。

3.1 裝設(shè)防爆門和防爆片

對(duì)于正壓直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，在原設(shè)計(jì)上燃用劣質(zhì)煙煤和貧瘦煤，磨煤機(jī)沒(méi)有安裝防爆門，一旦發(fā)生爆炸，危害巨大，風(fēng)粉管路上的鑄造管段(燃燒器，彎頭等)爆炸后容易產(chǎn)生金屬碎片，對(duì)人員和設(shè)備殺傷力巨大。在磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端和入口混合風(fēng)管道上加裝防爆門，在粉管加裝防爆片，可釋放爆炸壓力沖擊，減少制粉系統(tǒng)爆炸產(chǎn)生的危害。

3.2 加裝熱工測(cè)量裝置

在分離器回粉管上加裝溫度測(cè)量裝置，對(duì)回粉管溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)溫度升高，應(yīng)及時(shí)清理積粉雜物，避免因回粉管積粉堵塞而造成煤粉自燃，防止制粉系統(tǒng)爆炸提供明火源。

3.3 加裝還原性氣體濃度的測(cè)量裝置

在分離器出口加裝O2或CO測(cè)點(diǎn)，并將其納入分散控制系統(tǒng)(DCS)聲光報(bào)警。當(dāng)氧量或CO含量上升時(shí)，聯(lián)鎖投入惰化蒸汽(氣體)，以降低可燃?xì)怏w濃度，減少爆炸幾率。

3.4 制定熱工測(cè)點(diǎn)的定期檢查制度

加強(qiáng)制粉系統(tǒng)熱工測(cè)點(diǎn)(料位、風(fēng)壓、溫度、速度等)的檢查和校驗(yàn)，以確保褐煤磨煤機(jī)不發(fā)生堵粉管和堵磨。

3.5 惰化蒸汽系統(tǒng)改造

針對(duì)目前惰化蒸汽系統(tǒng)頻繁堵塞的情況，對(duì)惰化蒸汽系統(tǒng)管路進(jìn)行優(yōu)化改造。將由下部供汽彎管供惰化蒸汽改造成由上部供汽彎管直接供惰化蒸汽，以減少風(fēng)粉混合物和積灰堵塞管路的機(jī)會(huì)。

4 雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤試驗(yàn)

4.1 加快運(yùn)行調(diào)整以控制制粉系統(tǒng)爆炸

4.1.1 磨煤機(jī)進(jìn)、出口溫度控制

在燃用印尼褐煤時(shí)，控制磨煤機(jī)入口溫度不超過(guò)265 ℃，控制分離器出口溫度在60～65 ℃。對(duì)磨煤機(jī)部分邏輯值進(jìn)行更改并增加聲光報(bào)警。任一分離器出口溫度達(dá)到65 ℃時(shí)，聯(lián)鎖全開對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)的冷風(fēng)門，全關(guān)熱風(fēng)門，聯(lián)鎖投入惰化蒸汽；分離器出口溫度達(dá)到65 ℃報(bào)警，80 ℃跳閘。在暖磨過(guò)程中，控制溫度不超過(guò)50 ℃；在給煤機(jī)斷煤時(shí)，尤其要注意分離器出口溫度不超過(guò) 70℃。

4.1.2 煤粉細(xì)度控制

磨制褐煤的磨煤機(jī)分離器折向擋板應(yīng)開大，煤粉顆粒適當(dāng)調(diào)粗，煤粉細(xì)度維持在25%～30%。

4.1.3 磨煤機(jī)料位控制

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，磨煤機(jī)料位差壓控制在500～700 Pa運(yùn)行為宜。

4.1.4 磨煤機(jī)粉管風(fēng)速控制

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

4.1.5 磨煤機(jī)惰化消防蒸汽的投入

(1)發(fā)生磨煤機(jī)半側(cè)運(yùn)行或分離器出口溫度超過(guò)65 ℃或料位差壓低于300 Pa時(shí)，須立即投入惰化蒸汽，確認(rèn)料位差壓恢復(fù)正常后再停止惰化蒸汽。

(2)每次啟動(dòng)磨煤機(jī)前，投入惰化蒸汽5 min，料位差壓大于300 Pa后退出惰化蒸汽，當(dāng)磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)，提前5 min投入惰化蒸汽后(走空皮帶)停止給煤機(jī)運(yùn)行，吹空料位，磨煤機(jī)停運(yùn)后，再用冷風(fēng)吹掃30 min。

(3)磨煤機(jī)事故跳閘或緊急停運(yùn)后，應(yīng)投入惰化蒸汽10～15 min且每隔8 h定期投入1次，以盤車方式將磨煤機(jī)內(nèi)存煤粉吹空。

4.2 控制褐煤結(jié)焦的方法

控制一次風(fēng)速在28～35 m/s，可提高一次風(fēng)的穿透力，以延遲煤粉著火，減少煙氣回流。增大二次風(fēng)量，保持省煤器出口氧量在3.5%左右，以防止?fàn)t內(nèi)因缺氧而導(dǎo)致結(jié)焦加劇。調(diào)整二次風(fēng)及燃盡風(fēng)配比，使燃燒中心下移，控制爐膛出口煙溫不超過(guò)1 200 ℃。

盡量使燃燒器配風(fēng)均勻，防止火焰中心偏斜和貼邊，還可以防止灰渣附在爐壁而形成結(jié)渣。調(diào)整每臺(tái)磨煤機(jī)的煤量，盡量使前、后墻熱負(fù)荷均勻，盡可能使同層燃燒器的煤粉量均勻。

每班檢查2次各側(cè)墻看火孔的結(jié)焦，發(fā)現(xiàn)輕微結(jié)焦及時(shí)清理。根據(jù)煙道壓力、減溫水量和煙溫變化判斷爐內(nèi)的結(jié)焦情況并考慮適當(dāng)增加吹灰次數(shù)。

當(dāng)爐膛結(jié)焦有明顯發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)采取鍋爐快減負(fù)荷措施以改變水冷壁膨脹情況，使大焦塊迅速冷卻脫離受熱面，盡快除焦。

5 燃用褐煤的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

對(duì)單磨、摻磨和摻磨比例進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在前、后墻對(duì)沖分層布置燃燒器鍋爐中摻燒了褐煤，在煤場(chǎng)沒(méi)有筒倉(cāng)無(wú)法確保均勻摻混條件時(shí)，采取“分磨摻燒，爐內(nèi)摻混”方式是比較可行的。但褐煤入爐總比例及褐煤磨煤機(jī)所在層以及前、后墻位置對(duì)燃盡度、排煙溫度、結(jié)焦等均有影響。摻燒褐煤量、布置層變化及鍋爐燃燒狀況對(duì)比見表1。

表1 摻燒褐煤量、布置層變化及鍋爐燃燒狀況對(duì)比

對(duì)表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析可見，隨著摻燒褐煤比例的增加，排煙溫度升高比較明顯，減溫水量也在增加，爐膛結(jié)焦加劇。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性，若2臺(tái)磨煤機(jī)摻燒褐煤宜放在中層，這樣既能減少褐煤磨煤機(jī)啟、停，又能保證排煙溫度和飛灰可燃物控制在較好的范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

目前，長(zhǎng)沙發(fā)電公司采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤已經(jīng)能夠保證人員和設(shè)備的安全，按每年安全摻燒50萬(wàn)t褐煤計(jì)算，年直接效益在3 000萬(wàn)元以上。對(duì)長(zhǎng)沙發(fā)電公司煤場(chǎng)存煤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，降低了該公司的燃料運(yùn)行成本，拓寬了燃料供應(yīng)渠道，提高了企業(yè)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和贏利的能力，成為600 MW超臨界機(jī)組鍋爐正壓直吹式制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制褐煤的先例。

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