提高直吹式磨煤機(jī)出口溫度的試驗(yàn)研究

徐少峰

（浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602）

提高磨煤機(jī)出口溫度，可以提高空預(yù)器利用率和排煙溫度，進(jìn)而提高鍋爐效率，但溫度過高會導(dǎo)致煤粉自燃甚至爆炸事故。我國鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)只是很籠統(tǒng)地按照煤的揮發(fā)分（Vdaf）給出磨煤機(jī)出口溫度限定值或者僅僅1個固定數(shù)值[1]，例如一般煙煤型直吹式中速磨煤機(jī)出口溫度（分離器后）控制在68～82℃，這是不夠科學(xué)的。煤粉的爆燃與很多因素有關(guān)，不僅與Vdaf有關(guān)，還與揮發(fā)分的析出有關(guān)。

通過試驗(yàn)，對機(jī)組常用煤種的熱解開始點(diǎn)溫度和堆積煤粉起燃點(diǎn)溫度進(jìn)行研究，以提高磨煤機(jī)出口溫度。同時利用監(jiān)測磨煤機(jī)出口可燃?xì)怏w的方法來監(jiān)測提高磨煤機(jī)出口溫度后制粉系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

1 鍋爐設(shè)備概況

某公司三期2×300 MW機(jī)組的鍋爐系引進(jìn)美國ABB-CE公司技術(shù)，由上海鍋爐廠制造的亞臨界壓力中間一次再熱控制循環(huán)汽包爐，采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛π型露天布置、四角切向燃燒，噴嘴擺動調(diào)溫，平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣，燃用具有結(jié)渣性煙煤。爐前布置5臺HP-863型中速磨煤機(jī)，鍋爐采用正壓直吹制粉系統(tǒng)。每臺磨煤機(jī)出口4根煤粉管道接1層燃燒器。4臺磨煤機(jī)就可滿足鍋爐最大出力 工況（BMCR）負(fù)荷，其余1臺備用，磨煤機(jī)出口溫度通常控制在75℃左右。

試驗(yàn)煤種采用機(jī)組常用的煤種富動12、富動24和優(yōu)混煤。富動12和優(yōu)混煤是以山西大同煤為主進(jìn)行摻配的煤種，富動24是蒙煤為主進(jìn)行摻配的煤種，揮發(fā)分較高，煤質(zhì)分析參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)煤質(zhì)分析 %

2 提高磨煤機(jī)出口溫度的可行性

2.1 干燥出力計算

按照滿負(fù)荷時單臺磨煤機(jī)一次風(fēng)量64t/h、給煤量30t/h的條件下，計算磨煤機(jī)出口溫度為100℃時磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫是否能夠滿足要求。按照文獻(xiàn)[3]中關(guān)于磨煤機(jī)出口溫度計算方法進(jìn)行計算，同時考慮了制粉系統(tǒng)密封風(fēng)、系統(tǒng)制粉摩擦產(chǎn)熱、系統(tǒng)散熱等各種情況。煤粉水分的選擇依據(jù)DL/T 5145-2002《電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。計算結(jié)果見表2。

表2 磨煤機(jī)出口溫度為100℃時磨煤機(jī)的進(jìn)口風(fēng)溫℃

由表2可知，即使磨煤機(jī)出口溫度提高到100℃，對于水分較高的優(yōu)混煤（Mt=13.0）磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫也只有270℃，而磨煤機(jī)允許的進(jìn)口最高風(fēng)溫可達(dá)300℃，因此，提高磨煤機(jī)出口溫度從理論上是可行的。

2.2 紅外聯(lián)動熱重分析

當(dāng)溫度過高時，氣粉混合物熱解，產(chǎn)生一定量的可燃性氣體。中速磨煤機(jī)一般磨制的是煙煤和褐煤，煤自身含氧量較高，加熱后首先析出的可燃?xì)怏w一般是CO。隨著磨煤機(jī)進(jìn)口熱空氣溫度的升高，煤粉和熱空氣混合時H2O，CO2，CO等氣體將析出，從而影響制粉系統(tǒng)的安全。因此定義CO開始析出時的溫度為煤粉的熱解開始溫度，亦作為磨煤機(jī)允許最高進(jìn)口溫度。

原煤熱解開始溫度tpgr與煤質(zhì)成分的關(guān)系見式（1），煙煤的tpgr一般為 280～390℃。

式中：Vdaf為干燥無灰基揮發(fā)分；Ad為干燥基灰分；Mad為空氣干燥基水分。

采用美國Nicolet公司傅立葉紅外光譜分析儀和瑞士Mettler Toledo公司TGA/SDTA 851e型熱重分析儀對研究煤樣進(jìn)行了紅外聯(lián)動熱重分析，重點(diǎn)研究煤樣揮發(fā)分析出溫度和成分。另外根據(jù)煤的揮發(fā)分、灰分和水分也計算了原煤熱解開始溫度，結(jié)果見表3。

一般認(rèn)為，采用tpgr和堆積煤粉起燃溫度tsmo確定磨煤機(jī)進(jìn)、出口溫度時，應(yīng)遵循以下兩條原則：

表3 煤樣的熱解開始溫度 ℃

（1）對于中儲式系統(tǒng)和存在積粉現(xiàn)象的直吹式系統(tǒng)，出口溫度應(yīng)低于tsmo。

（2）對于不存在積粉現(xiàn)象的直吹式系統(tǒng)，進(jìn)口溫度應(yīng)低于tpgr。

由于試驗(yàn)研究的制粉系統(tǒng)是不存在積粉現(xiàn)象的直吹式系統(tǒng)，因此磨煤機(jī)進(jìn)口溫度以低于熱解開始點(diǎn)溫度為宜，即如表3所示的中間值。

3 試驗(yàn)過程

3.1 提高單臺磨煤機(jī)出口溫度試驗(yàn)

磨煤機(jī)出口溫度從75℃提高到100℃，試驗(yàn)時煤種選用富動24，表4為磨煤機(jī)出口溫度提升過程中各參數(shù)的變化情況。從運(yùn)行參數(shù)來看，磨煤機(jī)出口溫度提高到100℃后，磨煤機(jī)進(jìn)口溫度從234℃提高到270℃，CO表盤值平均為3.6 mg/L。磨煤機(jī)出口溫度提高到100℃后CO沒有明顯變化，其它參數(shù)如磨煤機(jī)單耗、磨碗差壓、潤滑油溫等基本不變。

表4 磨煤機(jī)出口溫度提升過程中各參數(shù)的變化

3.2 提高所有磨煤機(jī)出口溫度試驗(yàn)

考慮保留一定的安全裕度，進(jìn)行了所有磨煤機(jī)出口溫度從75℃提高到95℃的試驗(yàn)，試驗(yàn)時煤種為富動24，試驗(yàn)結(jié)果為：

（1）磨煤機(jī)平均出口溫度從74.3℃提高到94.6℃，平均進(jìn)口溫度從231.5℃提高到261.4℃，即出口溫度提高了20.3℃，進(jìn)口溫度提高了47.9℃。

（2）鍋爐排煙溫度從130.3℃降低到123.2℃，降低了7.1℃，排煙氧量、飛灰、爐渣含碳量變化很小，鍋爐效率提高了約0.37%。

（3）二次風(fēng)溫度從303.9℃降低到299.5℃，降低了4.4℃。

（4）鍋爐燃燒正常，爐膛負(fù)壓波動很小，其它運(yùn)行參數(shù)變化也很小。

（5）沒有在一次風(fēng)中監(jiān)測到CO，所有制粉系統(tǒng)都沒有出現(xiàn)風(fēng)壓波動和爆燃等情況。

（6）一次風(fēng)噴嘴出口氣流著火情況變化不大，用光學(xué)高溫儀測量的平均溫度在1200℃左右，前后變化也不大。

（7）爐內(nèi)磨煤機(jī)出口溫度提高后爐膛溫度沒有明顯變化。所測得的爐膛溫度最高平均值為1393℃，對安全運(yùn)行無顯著影響。

（8）爐膛火焰監(jiān)測攝像頭處存在一定的薄渣現(xiàn)象，但沒有出現(xiàn)增長趨勢；燃燒器上部爐膛區(qū)域有少許結(jié)渣，但沒有出現(xiàn)進(jìn)一步結(jié)渣傾向，不影響鍋爐安全運(yùn)行。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

磨煤機(jī)出口溫度提高后，按鍋爐效率提高0.37%計算，可節(jié)約燃煤量0.42t/h，按全年運(yùn)行7000 h計算，全年節(jié)約燃煤2 940t。按600元/t煤價計算，全年可節(jié)約燃煤成本176.4萬元。磨煤機(jī)出口溫度提高后，所需一次熱風(fēng)量增加，相應(yīng)地會增加一次風(fēng)機(jī)電耗，廠用電按0.35元/kWh計算，全年增加用電成本7.4萬元。兩者相抵，每臺爐每年節(jié)約成本約170萬元。

4 結(jié)語

（1）對于中速磨直吹式系統(tǒng)可考慮采用磨煤機(jī)進(jìn)口溫度低于熱解開始點(diǎn)溫度tpgr作為磨煤機(jī)防爆限制條件。

（2）磨煤機(jī)出口溫度由75℃提高至95℃，鍋爐排煙溫度降低約7℃，鍋爐效率可提高約0.37%。

（3）磨煤機(jī)出口溫度提高后對鍋爐主、再熱汽溫、減溫水量以及受熱面壁溫影響不大。

（4）磨煤機(jī)出口溫度提高后，所需一次熱風(fēng)量增加，相應(yīng)地會增加一次風(fēng)機(jī)電耗，但磨煤機(jī)電流將有所減小。

綜上所述，提高中速磨出口溫度是切實(shí)可行的，具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)為提高制粉系統(tǒng)效率開創(chuàng)了新思路。當(dāng)然提高磨煤機(jī)出口溫度亦存在一定的風(fēng)險，需長期試驗(yàn)觀察。

[1]DL/T 5145-2002電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2002.

[2]張肅.根據(jù)煤質(zhì)特性確定磨煤機(jī)出口溫度的防爆上限[J].電站系統(tǒng)工程，1991（1）∶48-55.

[3]賈鴻翔.制粉系統(tǒng)設(shè)計與運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，1995.

[4]趙衡陽.氣體和粉塵爆炸原理[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1995.