中速磨煤機(jī)鍋爐燃用高水分褐煤燃燒調(diào)整
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付林，劉海山，伊喜來
（神華國(guó)華（北京）電力研究院有限公司，北京 100025）
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摘要：神華同華（印尼）南蘇發(fā)電有限公司針對(duì)高水分(60%—63%)、高揮發(fā)分、低熱值褐煤采用蒸汽干燥工藝，導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)發(fā)生粉塵難以控制、積粉自燃、蒸汽干燥機(jī)和制粉系統(tǒng)爆炸、原煤斗堵煤等一系列重大問題，通過逐步提高蒸汽干燥機(jī)出口原煤水分試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蒸汽干燥機(jī)出口原煤水分從40%提升至52%，55%時(shí)．上述問題得到徹底解決。但原煤水分提高也導(dǎo)致磨煤機(jī)出力不足和煤粉管道堵塞以及鍋爐燃燒不穩(wěn)等問題，通過磨煤機(jī)和燃燒優(yōu)化等試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)燃用高水分(52%~55%)褐煤。
關(guān)鍵詞：火力發(fā)電：高水分褐煤：中速磨煤機(jī)：燃燒優(yōu)化
0引言
印度尼西亞蘇門答臘南蘇地區(qū)有豐富的褐煤礦藏資源，目前該地區(qū)已探明水分60%左右的褐煤17.3億t．如何解決高水分褐煤發(fā)電是開發(fā)印尼電力市場(chǎng)的先決條件。以褐煤為主要燃料的電廠對(duì)燃燒鍋爐各設(shè)計(jì)參數(shù)及安全高效的運(yùn)行機(jī)制有許多特殊的要求。燃燒鍋爐的爐膛結(jié)構(gòu)、制粉系統(tǒng)、合理的燃燒設(shè)備等很多因素都影響著褐煤電廠的正常運(yùn)行。高水分褐煤燃用的最典型問題是預(yù)防空氣預(yù)熱器低溫腐蝕、受熱面液態(tài)復(fù)合硫酸鹽高溫腐蝕、尾部受熱面結(jié)露沾污和保證電除塵設(shè)備及系統(tǒng)安全運(yùn)行等。本文結(jié)合褐煤的特點(diǎn)，從制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備等方面，對(duì)褐煤燃燒鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)研究。
1 工程簡(jiǎn)要情況
神華國(guó)華（印尼）南蘇電廠一期工程為2x150 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐燃用就近坑口煤礦褐煤。鍋爐設(shè)計(jì)褐煤原煤水分52%．實(shí)際原煤水分達(dá)到60%～63%。鍋爐設(shè)計(jì)入爐煤通過蒸汽干燥機(jī)將水分由52%干燥至38%再送入鍋爐原煤斗．機(jī)組投產(chǎn)試運(yùn)后發(fā)現(xiàn)將原煤水分從60%～63%干燥至40%左右時(shí)．干燥機(jī)至原煤斗沿程輸煤皮帶粉塵無法控制，且粉塵沉積處會(huì)發(fā)生自燃；原煤干燥機(jī)后端粉塵較大，干燥機(jī)煙塵排放濃度達(dá)到1 000 mg/m3，干燥機(jī)除塵器排放的煤泥無法處置。通過鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整和制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，鍋爐成功實(shí)現(xiàn)燃用52%~ 54%高水分褐煤。
1.1 鍋爐主要設(shè)備規(guī)范
鍋爐為DGJ500/13.7-Ⅱ7型超高壓汽包鍋爐，爐膛寬度為11 360 mm，爐膛深度為11 360 mm．爐頂中心標(biāo)高為45 150 mm。采用四角切向燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的n型爐，鍋爐配備4臺(tái)ZGM -95N型中速磨煤機(jī)，空氣預(yù)熱器為管式空氣預(yù)熱器，具體參數(shù)如表1所示。
1.2 鍋爐燃燒器布置情況
鍋爐燃燒器為四角切圓直流燃燒器．每角燃燒器為4層一次風(fēng)噴口，在相鄰2層煤粉噴嘴之間布置1層輔助風(fēng)噴嘴．主風(fēng)箱上部設(shè)有1層分離燃盡風(fēng)SOFA,燃燒器同定位置不可調(diào)．最下層A層燃燒器采用微油點(diǎn)火裝置．燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示，采用的煤質(zhì)特性如表3所示。
2制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整
2.1 變一次風(fēng)量?jī)?yōu)化調(diào)整
保證磨煤機(jī)合適風(fēng)煤比例，既能使4個(gè)角噴出的煤粉氣流同步著火，又能防止燃燒中心偏斜導(dǎo)致左右汽溫偏差和爐膛結(jié)焦問題。通常褐煤水分偏高．磨煤機(jī)在設(shè)計(jì)中必須充分考慮干燥出力對(duì)磨煤機(jī)出力的影響，而對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)一次風(fēng)比例占據(jù)較多時(shí)，鍋爐助燃二次風(fēng)比例過分降低會(huì)加劇燃燒惡化。低負(fù)荷時(shí)段因爐膛溫度較低，若一、二次風(fēng)比例嚴(yán)重失調(diào)勢(shì)必引起鍋爐燃燒不穩(wěn)，甚至出現(xiàn)滅火事故。通過試驗(yàn)將一次風(fēng)率從55%降低到45%．鍋爐燃燒溫度提高，在150 MW額定負(fù)荷下．水平煙道對(duì)流豎井入口煙溫從680—700℃提高至770～810℃，空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度從300℃提高至350℃，有效地解決了高水分褐煤磨煤機(jī)干燥出力偏低導(dǎo)致磨煤機(jī)出力降低的問題，試驗(yàn)獲取最佳曲線如圖1所示。
2.2 一次風(fēng)壓優(yōu)化調(diào)整
根據(jù)同類型磨煤機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)．ZGM磨煤機(jī)阻力較大時(shí)，噴嘴環(huán)風(fēng)速較高。由于印尼高水分褐煤具有水分高、比重小(0.65 t/m3)、易研磨等煤質(zhì)特殊性，為了降低磨煤機(jī)噴嘴環(huán)風(fēng)速，減小磨煤機(jī)噴嘴環(huán)磨損和一次風(fēng)機(jī)耗電率，在保證磨煤機(jī)安全穩(wěn)定前提下．通過不同煤量試驗(yàn)，最終獲得一次風(fēng)壓與鍋爐負(fù)荷最優(yōu)控制曲線如圖2所示。
2.3磨煤機(jī)加載力優(yōu)化調(diào)整
干燥后原煤水分降低至52%~55%．岡加載力過高導(dǎo)致磨煤機(jī)磨盤上出現(xiàn)壓實(shí)煤餅，出力無法提升。為了徹底解決磨煤機(jī)出力問題，通過不同給煤量進(jìn)行不同加載力試驗(yàn)，最終找出最佳加載力與給煤量關(guān)系曲線如圖3所示。
2.4磨煤機(jī)煤粉細(xì)度優(yōu)化試驗(yàn)
原煤水分達(dá)到52%~55%．煤粉較細(xì)時(shí)，分離器內(nèi)部經(jīng)常因粘結(jié)煤粉發(fā)生自燃爆炸等重大安全事故：煤粉較粗時(shí)，一次風(fēng)管會(huì)發(fā)生堵管問題，、為了從根本上解決原煤水分高帶來的一系列問題．必須找出最佳煤粉細(xì)度．在保證磨煤機(jī)出口溫度不低于56℃的前提下，通過試驗(yàn)找出分離器最佳折向擋板位置與煤粉細(xì)度關(guān)系數(shù)據(jù)如表4所示。
通過以上數(shù)據(jù)可以看出：在磨煤機(jī)出力45 t/h情況下，隨著磨煤機(jī)分離器折向擋板開度增加．磨煤機(jī)出口溫度呈上升趨勢(shì)，煤粉細(xì)度逐步變粗，煤粉水分從22.21c-/o升高至38.53%．通過試驗(yàn)可知在分離器出口擋板開度為500'隋況下．磨煤機(jī)運(yùn)行電流比40。降低3.2 A，比45。降低約2A。分離器擋板開度在500'隋況下，綜合評(píng)價(jià)最佳。
3燃燒優(yōu)化調(diào)整
3.1 變周界風(fēng)（燃料風(fēng)）風(fēng)量試驗(yàn)
印尼高水分褐煤揮發(fā)分達(dá)到53.8%時(shí)．易發(fā)生著火現(xiàn)象。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：如果周界風(fēng)量過高，煤粉氣流著火點(diǎn)推前，燃燒器噴口回火較嚴(yán)重，噴口易發(fā)生鈍體燒壞或脫落風(fēng)險(xiǎn)。為找出不同煤量與周界風(fēng)最佳開度關(guān)系，解決噴口回火問題，試驗(yàn)所獲取的最佳控制曲線如圖4所示．
3.2 變輔助風(fēng)擋板試驗(yàn)（爐膛與風(fēng)箱差壓）
運(yùn)行的磨煤機(jī)所對(duì)應(yīng)的燃燒器的上、下二次風(fēng)門開度主要控制爐膛與二次風(fēng)風(fēng)箱差壓。合理的鍋爐爐膛負(fù)壓與二次風(fēng)箱差壓．可保證二次風(fēng)速為最佳風(fēng)速，使得燃燒器噴口煤粉與二次風(fēng)合理混合，實(shí)現(xiàn)煤粉氣流的完全燃燒。同時(shí)，合適的風(fēng)箱差壓可降低因煙氣回流區(qū)增大導(dǎo)致的燃燒器噴口結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于低熔點(diǎn)煤種．二次風(fēng)配風(fēng)采取“正塔形配風(fēng)”即二次風(fēng)擋板開度由下至上逐步開大。通常采取“正塔形”較“倒塔形”配風(fēng)爐膛出口煙溫低。通過試驗(yàn)確定了鍋爐爐膛負(fù)壓與二次風(fēng)箱差壓最佳控制曲線。通過對(duì)爐膛風(fēng)箱差壓加-150 Pa“偏置”進(jìn)行不同負(fù)荷跟蹤．就地觀測(cè)燃燒器噴口及爐內(nèi)燃燒火焰卷席情況來確定最佳控制的數(shù)據(jù)，獲取控制優(yōu)化曲線如網(wǎng)5所示．
3.3 變?nèi)急M風(fēng)OFA試驗(yàn)
OFA層風(fēng)為燃盡風(fēng)，該噴嘴與下層其余二次風(fēng)噴嘴反向切角-15。，通過OFA層二次風(fēng)合理開度，降低左右兩側(cè)煙氣偏差。在提高鍋爐燃燒效率的前提下有效降低NO。排放。通過變OFA層二次風(fēng)開度試驗(yàn)，比對(duì)鍋爐風(fēng)煙、汽水參數(shù)綜合分析．獲取鍋爐蒸發(fā)量與OFA層擋板開度的最佳控制曲線如圖6所示。
3.4變總風(fēng)量試驗(yàn)（變氧量試驗(yàn)）
鍋爐運(yùn)行中合理二次風(fēng)配比，是保證鍋爐爐內(nèi)煤粉燃燒充分的前提條件，保證合理鍋爐過量空氣系數(shù)，是避免鍋爐因缺氧或過氧燃燒，導(dǎo)致鍋爐爐膛結(jié)焦、高溫腐蝕和排煙溫度升高、炯?xì)馀欧胖笜?biāo)升高的有效手段。為了保證爐內(nèi)煤粉完全、充分燃燒，提高鍋爐效率，通過不同負(fù)荷氧量變化試驗(yàn)，飛灰含碳量從0.93%降低到0.30%．大渣含碳量從14%降低到8%：原煤水分從設(shè)計(jì)值37.8%增加到52%—55%情況下，鍋爐排煙溫度比設(shè)計(jì)值156℃升高約10℃，達(dá)到165℃，鍋爐實(shí)測(cè)效率90.1%。鍋爐不同負(fù)荷下最佳氧量控制曲線如圖7所示。
4結(jié)論
通過燃燒優(yōu)化試驗(yàn)后獲取最佳控制曲線組，并及時(shí)將曲線組固化到DCS控制系統(tǒng)控制邏輯中，鍋爐成功實(shí)現(xiàn)了燃用超高水分(52%～55%褐煤，徹底解決了褐煤過分干燥帶來的一系列重大安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。
通過燃燒試驗(yàn)找出了鍋爐不同負(fù)荷下最佳二次風(fēng)擋板開度以及鍋爐氧量控制，鍋爐燃用超高水分(52%~55%)褐煤，機(jī)組負(fù)荷可以帶額定負(fù)荷。試驗(yàn)獲取高水分褐煤鍋爐最高一次風(fēng)率(45%)，以及中速磨煤機(jī)研磨高水分褐煤磨輥加載力、一次風(fēng)壓、最佳煤粉細(xì)度等為今后同類型煤質(zhì)鍋爐設(shè)備選型提供了較好的設(shè)計(jì)依據(jù)。
