王守陽

(湖南華電長沙發(fā)電有限公司，長沙 410203)

1 問題的提出

湖南華電長沙發(fā)電有限公司(以下簡稱長沙發(fā)電公司)2臺600 MW超臨界機組鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計燃用煤種為貧瘦煤和劣質(zhì)煙煤，迫于煤炭市場結(jié)構(gòu)和價格壓力，為提高電廠的贏利能力，拓寬煤炭采購渠道，提高電廠對煤炭的適應(yīng)能力，長沙發(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，同時滿足經(jīng)濟效益提升及電網(wǎng)負荷曲線的要求。

此項工作的開展對制粉系統(tǒng)和鍋爐的運行維護提出了更高的要求。在保證機組正常運行的前提下，采取經(jīng)濟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題。

2 雙進雙出鋼球磨煤機磨制褐煤的可行性

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、易燃盡、易結(jié)渣、易自燃、低流動性的煤。國內(nèi)燃用的褐煤主要在中速磨煤機上磨制。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)焦等問題，主要原因是磨煤機出口溫度高、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(建立料位)初期和停止吹掃料位以及磨煤機低料位運行期間。

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火能量3個基本條件。當采取手段控制了其中的1個或2個條件時，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，爐膛溫度控制過高，火焰中心區(qū)域氧量低，從而導(dǎo)致鍋爐超負荷運行造成鍋爐結(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出口溫度、控制煤粉細度、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)生大量可燃氣體等方面入手，精細控制相關(guān)參數(shù)，可以嘗試用雙進雙出鋼球磨煤機磨制褐煤，若能夠做到精心策劃、精細論證、精準控制，就完全可以實現(xiàn)燃用褐煤。

2.3 燃用褐煤的安全原則

雙進雙出鋼球磨煤機磨制褐煤時主要風(fēng)險在于制粉系統(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個方面。

(1)制粉系統(tǒng)存在積粉死角。

(2)在啟、停磨煤機過程中，在給煤機斷煤或低料位情況下制粉系統(tǒng)內(nèi)煤粉濃度及可燃氣體濃度易達到爆炸極限。

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

(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，這也是部分雙進雙出磨煤機在發(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。

褐煤不適合單獨磨制和燃用，它和易流動、不易爆炸的煙煤混配可增強入爐煤的流動性，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、灰熔點溫度低的特點，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，在無特殊情況下，原則上避免停運對應(yīng)制粉系統(tǒng)，在制粉系統(tǒng)計劃停運前，應(yīng)置換上煤品種，不允許高揮發(fā)分褐煤在煤倉內(nèi)儲存。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。若入倉煤的溫度較高或出現(xiàn)自燃，應(yīng)在上煤前實施噴淋。煤溫超過50 ℃ 時，不得進入煤倉。要定期清理積煤，重點檢查倒料槽、落煤筒、碎煤機、除塵器、拉緊裝置室、采樣裝置室和煤倉等部位，以防止積粉自燃。

3 燃用褐煤制粉系統(tǒng)的優(yōu)化改造

對于雙進雙出鋼球磨煤機來說，燃用褐煤必須確保設(shè)備系統(tǒng)安全，對于投資較小易于實施的改造項目，有必要進行優(yōu)化改造，現(xiàn)將一些改造項目予以歸納。

3.1 裝設(shè)防爆門和防爆片

對于正壓直吹式雙進雙出鋼球磨煤機，在原設(shè)計上燃用劣質(zhì)煙煤和貧瘦煤，磨煤機沒有安裝防爆門，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，對人員和設(shè)備殺傷力巨大。在磨煤機驅(qū)動端、非驅(qū)動端和入口混合風(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 加裝熱工測量裝置

在分離器回粉管上加裝溫度測量裝置，對回粉管溫度實時監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)溫度升高，應(yīng)及時清理積粉雜物，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量裝置

在分離器出口加裝O2或CO測點，并將其納入分散控制系統(tǒng)(DCS)聲光報警。當氧量或CO含量上升時，聯(lián)鎖投入惰化蒸汽(氣體)，以降低可燃氣體濃度，減少爆炸幾率。

3.4 制定熱工測點的定期檢查制度

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

3.5 惰化蒸汽系統(tǒng)改造

針對目前惰化蒸汽系統(tǒng)頻繁堵塞的情況，對惰化蒸汽系統(tǒng)管路進行優(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會。

4 雙進雙出鋼球磨煤機磨制褐煤試驗

4.1 加快運行調(diào)整以控制制粉系統(tǒng)爆炸

4.1.1 磨煤機進、出口溫度控制

在燃用印尼褐煤時，控制磨煤機入口溫度不超過265 ℃，控制分離器出口溫度在60～65 ℃。對磨煤機部分邏輯值進行更改并增加聲光報警。任一分離器出口溫度達到65 ℃時，聯(lián)鎖全開對應(yīng)磨煤機的冷風(fēng)門，全關(guān)熱風(fēng)門，聯(lián)鎖投入惰化蒸汽；分離器出口溫度達到65 ℃報警，80 ℃跳閘。在暖磨過程中，控制溫度不超過50 ℃；在給煤機斷煤時，尤其要注意分離器出口溫度不超過 70℃。

4.1.2 煤粉細度控制

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

4.1.3 磨煤機料位控制

為防止斷煤后磨煤機內(nèi)煤粉濃度很快達到爆炸極限，磨煤機料位差壓控制在500～700 Pa運行為宜。

4.1.4 磨煤機粉管風(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，任何時候風(fēng)速都不得低于22 m/s，增強一次風(fēng)攜帶煤粉的能力。

4.1.5 磨煤機惰化消防蒸汽的投入

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

(2)每次啟動磨煤機前，投入惰化蒸汽5 min，料位差壓大于300 Pa后退出惰化蒸汽，當磨煤機停運時，提前5 min投入惰化蒸汽后(走空皮帶)停止給煤機運行，吹空料位，磨煤機停運后，再用冷風(fēng)吹掃30 min。

(3)磨煤機事故跳閘或緊急停運后，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，以防止爐內(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)整每臺磨煤機的煤量，盡量使前、后墻熱負荷均勻，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)焦情況并考慮適當增加吹灰次數(shù)。

當爐膛結(jié)焦有明顯發(fā)展趨勢時，應(yīng)采取鍋爐快減負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)濟性對比

對單磨、摻磨和摻磨比例進行對比試驗，在前、后墻對沖分層布置燃燒器鍋爐中摻燒了褐煤，在煤場沒有筒倉無法確保均勻摻混條件時，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所在層以及前、后墻位置對燃盡度、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比見表1。

表1 摻燒褐煤量、布置層變化及鍋爐燃燒狀況對比

對表1中數(shù)據(jù)進行對比分析可見，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)濟性和安全性，若2臺磨煤機摻燒褐煤宜放在中層，這樣既能減少褐煤磨煤機啟、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，長沙發(fā)電公司采用雙進雙出鋼球磨煤機磨制褐煤已經(jīng)能夠保證人員和設(shè)備的安全，按每年安全摻燒50萬t褐煤計算，年直接效益在3 000萬元以上。對長沙發(fā)電公司煤場存煤結(jié)構(gòu)進行改造，降低了該公司的燃料運行成本，拓寬了燃料供應(yīng)渠道，提高了企業(yè)應(yīng)對風(fēng)險和贏利的能力，成為600 MW超臨界機組鍋爐正壓直吹式制粉系統(tǒng)采用雙進雙出鋼球磨煤機磨制褐煤的先例。

參考文獻：

[1]葉江明.電廠鍋爐原理及設(shè)備[M].3 版.北京：中國電力出版社，2010.

[2]DL/T 5203—2005 火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

[3]章勁淞.雙進雙出鋼球磨煤機燃用褐煤防爆技術(shù)分析[J].華電技術(shù),2013，35(11):67-69.

[4]劉彥鵬，馬斌，董玉芳.配雙進雙出磨煤機鍋爐的節(jié)能優(yōu)化[J].華電技術(shù),2012,34(5):67-70.

[5]尹君,李建星,顏艷華，等.雙進雙出磨煤機分離器堵塞原因分析[J].華電技術(shù),2011, 33(8):49-52.

[6]呂行，胡昌林.660 MW超臨界機組燃料自動控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].華電技術(shù),2011,33(11):6-8.

[7]黃偉，陽劍平，李文軍，等.雙進雙出磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)異常分析[J].華電技術(shù), 2009,31(6):59-61.

[8]馬波,李潤平,胡曉輝.雙進雙出磨煤機分離器改造及運行特性分析[J].華電技術(shù), 2008,30(3):37-39.

[9]時書貞.萊城電廠雙進雙出磨煤機控制系統(tǒng)的研究與改造[D].保定：華北電力大學(xué)，2008.

[10]姚樹建.雙進雙出鋼球磨煤機優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用[D].吉林：吉林大學(xué)，2006.

[11]胡芳芳，張宇博，賈鴻祥.鋼球磨煤機磨煤出力的統(tǒng)一計算方法[J].熱力發(fā)電，2011(1)：27-30.