周麗，唐暢，趙瑞娥

（1.湖北省電力勘測設計院，武漢 430040；2.中南電力設計院，武漢 430071）

高水分褐煤運煤系統(tǒng)的設計優(yōu)化

周麗1，唐暢1，趙瑞娥2

（1.湖北省電力勘測設計院，武漢 430040；2.中南電力設計院，武漢 430071）

針對火電廠燃用高水分褐煤時，堵煤故障頻發(fā)的問題，以印尼某電廠為例，分析運煤系統(tǒng)出現(xiàn)堵煤故障的原因，提出設計優(yōu)化方案。應用結果表明：采用齒輥破碎機替代一級篩碎設備，采用高幅篩+可逆錘破碎機替代二級篩碎設備，可逆錘破碎機的破碎板設電加熱裝置，同時修改落煤管的尺寸，可有效降低堵煤的故障率。

高水分；褐煤；運煤系統(tǒng)；設計優(yōu)化

印尼某2×330 MW循環(huán)流化床鍋爐（CFB）燃煤電站以高水分褐煤作為燃料，投產(chǎn)后運煤系統(tǒng)堵煤問題頻發(fā)，嚴重影響電站的穩(wěn)定運行。應業(yè)主要求，對運煤系統(tǒng)進行改造，以解決堵煤問題。本文主要研究該運煤系統(tǒng)的設計優(yōu)化，為今后燃用高水分褐煤火電站運煤系統(tǒng)的設計提供參考和指導依據(jù)。

1 運行現(xiàn)狀及需要解決的問題

1.1 運煤系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

印尼某燃煤電站建設容量為2×330 MW的發(fā)電機組，采用1105 t/h亞臨界循環(huán)流化床鍋爐。本工程設計煤種和校核煤種均采用印尼本地產(chǎn)高水分褐煤。褐煤有熱值較低［1］、水分較高、黏性大［2-8］等特點。設計煤種的煤質分析見表1。

表1 煤質分析

由表1可知，設計煤種的收到基全水份高達49.5%，高于正常標準（20%～35%），屬于高水分褐煤，黏性很大。鍋爐耗煤量見表2、表3。耗煤量按鍋爐額定蒸發(fā)量時的耗量計算，其中日耗量按日運行小時24 h計算，年耗量按年利用小時數(shù)7 450 h計算。

表2 鍋爐設計煤種耗煤量

表3 鍋爐校核煤種耗煤量

由表2和表3可知，電站最大耗煤量為628 t/h，運煤系統(tǒng)考慮135%的系數(shù)，最大出力為850 t/h。綜合表1、表2和表3的數(shù)據(jù)，正是由于褐煤水分較高，造成鍋爐耗煤量較大，從而導致運煤系統(tǒng)出力較大。

電廠投運后，運煤系統(tǒng)堵煤故障頻發(fā)，且主要發(fā)生在碎煤機室內(nèi)。碎煤機室內(nèi)布置有兩級破碎設備，一級破碎采用一級振動篩+環(huán)錘破碎機，二級破碎采用二級振動篩+可逆錘破碎機。經(jīng)現(xiàn)場調研，一級篩碎設備共出現(xiàn)7次故障，除1次是因為破碎機更換錘頭外，其余6次均為振動篩進出口或篩內(nèi)發(fā)生堵煤；二級篩碎設備共出現(xiàn)5次故障，其中1次因為破碎板堵煤造成停機，另1次因為破碎機下部的篦板堵煤造成停機，其余3次均為振動篩堵煤造成停機；落煤管發(fā)生過3次堵煤故障，其中2次發(fā)生在帶式輸送機至一級破碎機進料口的落煤管，另1次發(fā)生在二級破碎機出料口至帶式輸送機的落煤管。目前現(xiàn)場采用人工疏通方式，不僅增加了運行人員的工作強度，而且降低了運煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 設計優(yōu)化需解決的問題

針對以上堵煤故障的多發(fā)位置，本次改造對燃煤破碎系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，需解決三個重點部位的堵煤問題：

（1）一級篩碎設備。主要是一級篩分設備的進出料口和設備內(nèi)部，同時注意一級破碎機因煤粉粘黏導致的堵煤問題。

（2）二級篩碎設備。重點關注二級篩分設備及破碎機本體，同時注意二級破碎機下部篦板的堵煤問題。

（3）落煤管。主要關注一級破碎機進料口和二級破碎機出料口的落煤管，同時注意落煤管的布置及尺寸導致的堵煤問題。

2 設計優(yōu)化方案

2.1 一級篩碎設備

本工程來煤最大粒徑為300 mm。一級篩碎設備額定出力850 t/h，入料粒度≤300 mm，出料粒度≤50 mm?？紤]到振動篩進口容易堵煤與其自身的機械結構相關［9-11］，很難通過設計優(yōu)化避免，故更換一級篩碎設備，取消破碎機進口的振動篩，將環(huán)錘破碎機改為雙齒輥破碎機。

雙齒輥破碎機和環(huán)錘破碎機均為文獻［12］推薦采用的破碎設備。雙齒輥破碎機的煤種適應性不如環(huán)錘破碎機，但具有破碎兼篩分的功能［13］，粒徑50 mm以下的物料直接從齒間隙漏下，不會受到二次破碎［14］，因而在一級破碎之前可不設置篩分設備。齒輥破碎機可對抗壓強度≤160 MPa［15］的原煤進行破碎，出料粒度均勻，過粉率低［16］，滿足生產(chǎn)要求。由于齒輥式破碎機采用螺旋齒板結構，低速相對咬合，動擾力不大［17］，基礎荷載小于環(huán)錘破碎機，因此無需對現(xiàn)有碎煤機室的結構進行加固，只需對破碎機基礎進行局部改造即可。

2.2 二級篩碎設備

本工程鍋爐對燃煤的粒度要求為dmax＜20 mm，d50=1.5～2.8 mm。二級篩碎設備額定出力850 t/h，入料粒度≤50 mm，出料粒度≤20 mm。根據(jù)現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐的運行經(jīng)驗，可逆錘破碎機使用壽命長，能獲得理想的破碎顆粒匹配曲線要求[18]，滿足生產(chǎn)要求，故保留可逆錘破碎機，僅對設備做局部改造。取消破碎機進口的振動篩，改為高幅概率組合篩。來煤中含有的石塊很少，在裝車前可人工清除，而且鍋爐廠允許入爐煤中含有不多于10%的石塊，為簡化系統(tǒng)及節(jié)省工程投資，在可逆錘破碎機出口不設篩分設備。

與振動篩相比，高幅概率組合篩的特點是篩機整體不振動，僅篩網(wǎng)振動，篩分過程中保持較大的振幅、篩分面積、篩網(wǎng)開孔率、篩面利用率，獲得較高的篩分效率［19-20］。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，高幅概率組合篩的防堵效果較好，適合本次改造。其額定出力860 t/h，篩分效率不小于85%［21］（振動篩篩分效率一般為70%），篩上物通過落煤管進入細碎機，篩下物粒度≤20 mm，直接進入帶式輸送機。

為防止煤粉粘結在破碎板的凹槽中形成堆積，影響破碎效果，引起破碎機內(nèi)腔堵塞，對破碎板進行改造，采用電加熱裝置對破碎板進行加熱，加熱溫度約150℃左右。加熱元件敷設在破碎板與殼體之間，加熱功率為30 kW。同時，根據(jù)工程運行經(jīng)驗，可逆錘破碎機下部的篦板也是堵煤多發(fā)點，故拆除篦板。

2.3 落煤管

現(xiàn)有落煤管為常規(guī)典型設計，角度為60°，截面尺寸為900 mm×900 mm，無疏通設備。根據(jù)現(xiàn)場布置條件文獻［22］，對落煤管進行改造：角度改為65°，截面尺寸上調一級，改為1000 mm×1000 mm。同時，在落煤管上設電動振打器作為疏通設備。

3 效果評價

電站2016年4月正式并網(wǎng)發(fā)電，同年10月進行運煤系統(tǒng)設計優(yōu)化及技改。由于土建工程量較小，歷時2個月的技改后，電站于2016年12月底重新投運。至本年7月設計回訪時，電站已平穩(wěn)運行近7個月。運煤系統(tǒng)設計優(yōu)化的效果如下。

3.1 一級篩碎設備

設計優(yōu)化后，一級篩碎設備投運至今，沒有出現(xiàn)因堵煤導致的停機事故。一級篩碎設備改為雙齒輥破碎機后，經(jīng)過7個月運行檢驗，根據(jù)運煤監(jiān)測系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，設備最大出力可達857 t/h，處理量達到設計要求。168 h調試期結束后，電站對破碎機出料粒度進行粒度檢測：dmax＜50mm，d50=26～42 mm，出料粒度滿足設計和生產(chǎn)要求。

改造前一級篩碎設備的總電負荷為315 kW，改造后設備的總電負荷為200 kW。按廠用電成本為0.36元/kW（按印尼當?shù)爻杀倦妰r乘以匯率）計算，每年可節(jié)省運行電費：0.36×(315-200)×7450=308 430元。

3.2 二級篩碎設備

設計優(yōu)化后，二級篩碎設備投運至今，沒有出現(xiàn)因堵煤導致的停機事故。二級篩碎設備將振動篩改為高幅篩后，根據(jù)運煤監(jiān)測系統(tǒng)的記錄數(shù)據(jù)，設備最大出力可達857 t/h（由帶式輸送機上的電子皮帶秤測得），處理量達到設計要求。168 h調試期結束后，電站對破碎機出料粒度進行粒度檢測：dmax＜20mm，d50=1.6～2.8mm，出料粒度滿足設計和生產(chǎn)要求。

根據(jù)監(jiān)控室提供的“耗煤量-鍋爐負荷曲線”，優(yōu)化前鍋爐的平均實際耗煤量和效率分別為281.3 t/h和86%，優(yōu)化后鍋爐的平均實際耗煤量和效率變?yōu)?79.6 t/h和87.3%。這是因為煤粉的破碎粒度分布適應鍋爐的穩(wěn)燃，減少了機械未完全燃燒損失，在降低耗煤量的同時，提高了鍋爐效率。

3.3 落煤管

設計優(yōu)化后，落煤管運行至今，沒有出現(xiàn)因堵煤導致的停機事故。由于現(xiàn)場雨季降水量大，入廠煤附加水分較多，需經(jīng)干煤棚干燥幾天后方能使用?，F(xiàn)場運行人員反映，落煤管在雨季偶爾出現(xiàn)粘黏現(xiàn)象，導致系統(tǒng)運力下降，啟動電動振打器后即可疏通。

4 結論

（1）針對高水分褐煤為燃料的CFB電站，設計優(yōu)化方案僅采用齒輥破碎機作為篩分和破碎設備，取消一級篩碎設備，如此布置既節(jié)約空間，降低皮帶機的爬升高度和碎煤機室的層高，又節(jié)省了設備投資和運行成本。

（2）設計優(yōu)化方案采用高幅篩+可逆錘破碎機配置替代普通振動篩作為二級篩碎設備?？赡驽N破碎機的破碎板設電加熱裝置，同時拆除下部的篦板。該設置既能將出現(xiàn)堵煤故障的風險降至最低，又可滿足鍋爐的穩(wěn)燃要求，提高鍋爐的效率。

（3）設計優(yōu)化方案對煤管的尺寸進行優(yōu)化，且將電動振打器作為疏通設備，雖然在一定程度上提高了落煤管的成本，但可以最大程度地降低堵煤故障的風險。與停機事故造成的損失相比，增加的這些成本是完全值得的。

（4）本次設計優(yōu)化方案雖然針對燃用褐煤的300 MW CFB機組，但基于運煤系統(tǒng)的通用性，對600 MW及以上容量機組的運煤系統(tǒng)設計優(yōu)化也可提供參考。燃用其它煤種的CFB電站，若煤質的黏性較大，也可參考本次設計優(yōu)化方案進行設計及方案優(yōu)化。

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Design optimization on coal handling system of high-moisture lignite

ZHOU Li1,TANG Chang1,ZHAO Rui’e2
(1.Hubei Electric Power Survey&Design Institute,Wuhan Hubei 430040,China;2.Central Southern China Electric Power Design Institue,Wuhan Hubei 430071,China）

For the fuel clogging often happened when the high-moisture lignite burned in the coalfired power plant,taking a power plant in Indonesia as an example,analyzes the causes of the fuel clogging faults appearing in the coal handling system,puts forward design and optimization schemes.The results show that the following methods:tooth roller crusher replaces the primary crushing equipment,high screen and reversible hammer crusher substitute the secondary crushing equipment,the crushing plates of reversible hammer crusher installs electric heating device,and modify the size of the coal falling pipe,can effectively decrease the failure rate of coal blockage.

high moisture;lignite;coal handling system;design optimization

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.012

2017-07-03

周麗，（1982），女，工程師，從事電廠設計及研究工作。

TK223.25

A

1672-3643（2017）05-0069-04

有效訪問地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.012