褐煤鍋爐制粉系統(tǒng)選型研究

周宏寶

（廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 江門529228）

0 引言

褐煤約占我國動力煤儲量的18%，主要分布于內(nèi)蒙古、云南、黑龍江等地，其中以蒙東居多。褐煤是原煤中最年輕的煤種，其特點是水分含量高，全水分一般都在30%以上；揮發(fā)分高，一般在40%～50%以上；發(fā)熱量低，一般在7 000～16 200kJ／kg；灰熔點低，一般在1 200℃左右。目前上述地區(qū)現(xiàn)已投運褐煤機組的有元寶山電廠、伊敏電廠、霍林河電廠、上都電廠、呼貝電廠等，按照國家火電能源發(fā)展規(guī)劃，這些電廠未來將堅持集約開發(fā)，集中布局大型坑口電廠，煤電一體化建設(shè)運營。因此在內(nèi)蒙地區(qū)加快建設(shè)大型褐煤坑口電廠，不但充分利用了褐煤資源，避免了褐煤長途運輸帶來的安全問題，大大降低了發(fā)電成本，而且也促進了內(nèi)蒙地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，生產(chǎn)的電力可以源源不斷地輸往急需用電的京津唐和華北、東北等地區(qū)。

1 褐煤鍋爐制粉系統(tǒng)選型分析

1．1 制粉系統(tǒng)選型基礎(chǔ)

由于褐煤水分高、發(fā)熱量低，同等級容量的褐煤鍋爐與煙煤鍋爐比外形尺寸要大很多。國內(nèi)大型褐煤鍋爐通常為亞臨界及以上參數(shù)，單機容量主要是600MW，可采用四角或八角切圓燃燒方式。鍋爐的布置方式主要有塔式、π型。對于同一煤種采用塔式布置和π型布置，其鍋爐燃燒和熱力性能并無很大差別，制粉系統(tǒng)的選取也可相同。但對于燃用高水分褐煤、采用抽熱爐煙的風扇磨制粉系統(tǒng)的褐煤鍋爐而言，一般采用塔式布置，主要原因是：塔式爐底層較為寬敞，便于磨煤機和鍋爐本體檢修；熱爐煙可以從爐膛上部鍋爐四墻引出；熱爐煙管道與風扇磨的匹配較合理；啟動能力優(yōu)，受熱面積灰少、磨損小。其缺點是鍋爐造價較高。

電廠用磨煤機形式按照磨煤部件的轉(zhuǎn)速可分為低速磨煤機、中速磨煤機和高速磨煤機。進行磨煤機和制粉系統(tǒng)選型及參數(shù)設(shè)計所必需的煤質(zhì)數(shù)據(jù)主要有煤的工業(yè)分析、元素分析、可磨指數(shù)、沖刷磨損指數(shù)、燃盡／著火溫度等。按照《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)選型導則》規(guī)定，褐煤可選用中速磨和風扇磨。國內(nèi)中速磨主要有從美國CE公司和德國BABCOCK公司引進技術(shù)改進的RP／HP碗式中速磨煤機、MPS型滾輪式中速磨煤機、ZGM型滾輪式中速磨煤機、MPS－HP－Ⅱ型滾輪式中速磨煤機，風扇磨主要有引進德國EVT技術(shù)的S型風扇磨、從俄羅斯引進技術(shù)的MB型風扇磨。

1．2 煤質(zhì)特性對制粉系統(tǒng)選型的影響

由于各個電廠燃用褐煤煤種存在一定的差異，這個差異很大程度上決定了制粉系統(tǒng)的選型，故弄清楚電廠煤質(zhì)具體情況對制粉系統(tǒng)乃至鍋爐的選型至關(guān)重要。表1為蒙東地區(qū)幾個電廠的主要煤質(zhì)資料。

表1 各電廠設(shè)計煤質(zhì)資料

1．2．1 原煤水分對制粉系統(tǒng)選型的影響

早期磨煤機制粉系統(tǒng)技術(shù)從德國引進較多，受德國燃用褐煤特性經(jīng)驗技術(shù)等因素限制，褐煤鍋爐一般都建議配置風扇磨制粉系統(tǒng)。后期隨著多種技術(shù)的引進、試驗項目開展及國內(nèi)外相關(guān)機組運行，高水分褐煤對中速磨制粉系統(tǒng)的應用也逐漸增加。元寶山二期、呼貝電廠、上都電廠等一批600MW等級機組均采用了中速磨制粉系統(tǒng)，實際運行情況良好。在美國，褐煤鍋爐設(shè)計原則常采用中速磨煤機，對煤質(zhì)水分的適應性美國CE推薦最大水分達39%。美國的馬丁湖電站（750MW機組）燃用TEXAS褐煤，配10臺RP－1003型中速磨；羚羊谷電站（435MW機組）燃用北DAKOTA州褐煤，煤種水分38%～39%，配9臺RP－1003型中速磨。

GB50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》第8．2．1條1款第2）項：燃用高水分、磨損性不強的褐煤時，宜選用風扇磨煤機；當制粉系統(tǒng)的干燥能力滿足要求并經(jīng)論證合理時，也可采用中速磨煤機。DL／T5145—2002《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》修訂版中的表4．3．2將中速磨煤機對原煤水分的限制由外水19%改為全水分35%，并說明全水分的限制值要根據(jù)熱平衡計算最后確定。從以上2個與制粉系統(tǒng)相關(guān)的行業(yè)標準可以看出，國內(nèi)在對制粉系統(tǒng)設(shè)計選型時推薦意見逐步放開了中速磨對水分要求的限制。

1．2．2 煤的沖刷磨損指數(shù)對制粉系統(tǒng)選型的影響

對于已知煤種，磨煤機耐磨件的使用壽命主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計和耐磨件材質(zhì)決定。MPS（ZGM，MPS－HP－Ⅱ）磨采用大直徑、碾磨面窄的磨輥，磨輥材料采用高鉻鐵，其使用壽命可達12 000h。HP磨采用成熟的磨輥堆焊工藝和大直徑錐形磨輥，磨輥材料采用CE合金，磨輥的預期設(shè)計壽命也在12 000h以上，制造廠家對HP磨磨輥的實際使用壽命保證在10 000h以上。風扇磨的最大問題就是磨損比較嚴重，其在運行中沖擊板磨損大、壽命短，如大型S型風扇磨的沖擊板壽命只有2 000h左右。

內(nèi)蒙地區(qū)主要褐煤為中生界侏羅紀褐煤，少量新生代褐煤；老年褐煤主要以元寶山、平莊等多數(shù)內(nèi)蒙煤礦產(chǎn)區(qū)為代表；伊敏礦區(qū)褐煤成型較晚，為年輕褐煤。不同地區(qū)煤質(zhì)軟硬程度、煤灰中石英SiO2的含量不同，煤質(zhì)沖刷磨損指數(shù)有較大差距?！峨娬灸ッ簷C及制粉系統(tǒng)選型導則》規(guī)定：風扇磨選型要求磨制褐煤的沖刷磨損指數(shù)Ke≤3．5。通過表1對比可以看出，從伊敏到元寶山電廠，煤的沖刷磨損指數(shù)變化很大，這就為后期2個電廠的磨煤機維護帶來明顯差異，如伊敏電廠風扇磨打擊板壽命3 000～4 000h，元寶山電廠1 200～1 700h，通遼電廠磨的沖擊板壽命為2 000h左右。早期朝陽電廠燃用平莊褐煤，其Ke指數(shù)為7，沖擊板磨損非常嚴重，運行周期不足500h。

2 2種制粉系統(tǒng)對比

表2為2種制粉系統(tǒng)的工藝特點對比。

表2 風扇磨制粉系統(tǒng)與中速磨制粉系統(tǒng)分析對比

2．1 技術(shù)性分析

中速磨制粉系統(tǒng)在磨制高水分褐煤時，受磨煤機干燥出力及鍋爐一次風率的影響，磨煤機干燥出力需進行計算，根據(jù)計算確認合理的入口風溫度，保證磨煤機干燥出力。中速磨磨制高揮發(fā)性褐煤時需安裝防爆系統(tǒng)。風扇磨系統(tǒng)因其高速旋轉(zhuǎn)存在磨煤機沖擊板壽命短、檢修頻繁、制粉系統(tǒng)漏風量大、磨煤機提升壓頭可能不足等問題，同時高溫抽爐煙管道的安裝和布置對鍋爐總體有一定影響。

2．2 運行檢修經(jīng)驗分析

國內(nèi)600MW以上機組既有采用配中速磨制粉系統(tǒng)褐煤鍋爐的，也有采用配風扇磨制粉系統(tǒng)褐煤鍋爐的，這2種磨煤機在制造方面已沒有難度。中速磨與風扇磨均為直吹式送粉系統(tǒng)，運行差距不大。檢修方面，由于風扇磨屬高速旋轉(zhuǎn)打擊制粉，其打擊件的磨損情況需特別重視，特別是煤質(zhì)不穩(wěn)定摻燒石子煤較多的高灰分劣質(zhì)煤，會使風扇磨的運行周期大幅度下降，檢修維護成本上升。元寶山2號爐為德國EVT公司風扇磨，但由于煤質(zhì)沖刷磨損較強，經(jīng)常性更換打擊板，檢修人力、物力投入較多；3號爐設(shè)計采用中速磨后，情況大有改善。

2．3 其他注意事項

磨煤機選型計算時要充分考慮各方面參數(shù)修正影響，使其相互間匹配。中速直吹式制粉系統(tǒng)計算時要注意選擇好冷熱風比率，防止出現(xiàn)熱風量配比不足，冷風無調(diào)節(jié)裕量的問題。風扇磨制粉系統(tǒng)因干燥劑為煙氣，干燥劑的初溫選擇是否合適對抽爐煙位置、鍋爐受熱面的布置影響較大。風扇磨煤機的通風量直接影響其出力，運行證明，風扇磨煤機的研磨出力富余量較大，主要取決于其通風出力。另外，要注意廠址海拔對設(shè)計的影響，海拔升高，煙風系統(tǒng)阻力增加，高海拔地區(qū)風扇磨煤機的提升壓頭將下降，在磨煤機的尺寸相同時，由于通風量的減低，磨煤機出力將下降。

3 結(jié)語

各種類型的磨煤機均有各自的優(yōu)缺點和對煤種的適應范圍。電廠設(shè)計中燃煤鍋爐磨煤機的選型是一個重要環(huán)節(jié)。煤質(zhì)水分和沖刷磨損指數(shù)是制粉系統(tǒng)選型關(guān)鍵，在滿足干燥出力的同時需注意燃料其他參數(shù)對制粉系統(tǒng)選型的影響。選用風扇磨時要重點關(guān)注燃料灰分，沖刷磨損指數(shù)Ke的上升將導致風扇磨維護量的快速上升。

［1］張安國，梁輝．電站鍋爐煤粉制備與計算［M］．中國電力出版社，2010

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［4］張昀，李衛(wèi)東，許傳凱，等．褐煤鍋爐磨煤機選型和煤粉水分選取的探討［J］．中國電力，2011（8）