中儲式制粉系統鍋爐煤種適應性研究與應用

張 銳 潘 博 成偉山

(1.吉林省電力科學研究院有限公司,長春 130000；2.東北電力大學自動化工程學院,吉林 吉林 132012)

吉林省范圍內設計煤種為煙煤的鍋爐較多，煤炭熱值利用率低于20%，部分煤炭被浪費[1]，加之國內煤炭市場變化，近年來較難采購到符合設計要求的煙煤，故用更經濟、更易于開采、儲量大的褐煤代替，由于褐煤與設計煙煤煤質特性差距很大，直接燃用褐煤的煙煤鍋爐會導致制粉系統干燥出力不足及爐膛結焦等一系列問題，同時對環境也會造成嚴重污染。為此，需對擬燃用褐煤的原煙煤中儲式制粉系統進行適應性改造，以達到安全燃用非設計煤種褐煤的目的。目前，以煙煤為燃料的鍋爐全燒褐煤的研究在全國僅處于起步階段，國內有相關科研單位進行了煙煤鍋爐摻燒30%褐煤的技術研究[2～4]，但煙煤鍋爐100%全燒高水份褐煤且達到額定參數的研究項目，目前沒有先例，也沒有相關的項目應用。因而如何對現有中儲式制粉系統煙煤鍋爐進行適應性改造對電力事業和國家經濟的發展都有非常重要的現實意義。

筆者通過研發新型混煤干燥裝置和冷、熱爐煙系統，解決了中儲式制粉系統在安全前提下磨制褐煤的問題，并有效控制制粉系統溫度和煙氣成分，達到了爐內安全燃燒的目的，從而使褐煤在煙煤鍋爐中能夠穩定燃燒，該試驗成果在鍋爐改造領域內具有領先水平和重要的現實意義。

1 設備概況①

某廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計生產的HG-670/13.7-YM9型超高壓、單爐膛、平衡通風、固態排渣煤粉鍋爐。該鍋爐配有兩臺鋼球磨煤機中間儲倉式制粉系統，燃料干燥方式為熱風干燥。燃燒器為雙通道式褐煤型燃燒器，采用制粉乏氣送粉, 原設計煤種為煙煤，現改燒褐煤。設計煤種與改造后擬燃用煤種特性對比見表1。

表1 煤種特性對比

主要輔機設備有：

a. 鋼球磨煤機，MTZ380/830型，銘牌磨煤出力55t/h，全燒褐煤計算出力80t/h；

b. 原排粉機，M5-36-11No25.5D型，設計通風量198 200m3/h，風壓11MPa；

c. 粗粉分離器，HG-CBφ4700型；

d. 細粉分離器，HW-GXB-φ4250型；

e. 給煤機，RMSD63埋刮板式。

2 設備技術改造方案

2.1 全燒褐煤技術改造概況

為了全燒褐煤，必須解決制粉系統干燥出力不足、制粉系統防爆與鍋爐水冷壁結渣問題。解決制粉系統干燥出力的措施為引入熱爐煙方式，引入熱爐煙后可以滿足制粉系統干燥介質所需初溫度的需要，同時保證制粉系統的安全。引入冷爐煙和熱風作為溫度、系統氧量的輔助調節。采用水平濃淡燃燒技術，引入的冷、熱爐煙和褐煤的高水分會使爐膛燃燒溫度降低，起到防止鍋爐結渣的作用。但由于爐膛輻射吸熱量減少，對鍋爐省煤器和過熱器系統進行了必要的改造。燃燒器改為雙通道式褐煤型燃燒器。由于該爐配中儲式鋼球磨煤機系統，無論從磨煤機大瓦允許溫度與通風量均對入磨干燥介質溫度有所限制。為了滿足這一要求，將給煤機抬高至標高16m，并增設預干燥風、煤混合設施，通過干燥介質與煤的充分接觸，使干燥介質進入磨煤機前的溫度達到要求并通過降低干燥介質溫度使其體積流量減小，降低系統阻力，使制粉通風量滿足要求。

2.2 具體改造方案

2.2.1增設冷煙系統

新增加兩套冷煙系統，一個與原溫風管道連接，通過溫風管道將冷爐煙分別送到磨入口與排粉機入口。送至排粉機入口主要作用是停磨期間溫風送粉時加入煙氣抑制爐膛溫度，防止爐膛結渣；送至磨煤機入口主要目的是一旦燃燒揮發份較高且使用水分相對較低的煤種時，防止結渣與制粉系統爆炸。第二個出口引至熱爐煙入口，主要目的是降低熱爐煙管道的溫度。

2.2.2熱爐煙改造

新增兩套熱爐煙系統，從鍋爐燃燒器下部抽取900℃左右的煙氣，作為制粉系統的干燥介質之一，同時加設保溫、熱爐煙調整門、密封、打焦孔、法蘭以及膨脹節等設施。

2.2.3抬高給煤機標高并增設預混干燥裝置

由于鍋爐設計燃料為煙煤，給煤機設在10m平臺上。而以30%左右水分褐煤為設計燃料的鍋爐，給煤機均設在26m高處。如果不進行改造則干燥段太短，一是干燥時間不夠，影響磨煤破碎；二是干燥介質體積流量太大，在磨煤機中流速太高阻力太大；三是使磨煤機入口大瓦超溫。所以采取了將磨煤機做最大限度抬升的措施，抬高到標高16m。為了彌補干燥段仍不足的問題，在給煤機與磨入口之間增設了預混干燥裝置，實現了煤與高溫干燥介質充分接觸并通過煙氣在垂直向上分量作用下逆向與煤接觸，加強了外掠式換熱強度，增加接觸時間。

2.2.4熱風管道改造

原有的制粉系統熱風道在標高17m左右處分出內徑為φ0.8m熱風道去熱爐煙，而原有的熱風道繼續下行，與原管路連接。磨煤機入口混合室及熱風聯絡管等不變。

2.2.5制粉系統優化

制粉系統優化措施為保持制粉系統最大出力運行、防止制粉系統爆炸，排粉機入口風門保持全開，控制制粉系統氧量在12%以下。

3 改造效果及分析

3.1 制粉系統

經過優化調整，給煤機出力增加，滿足設計要求，且制粉系統得到優化，防爆性能增強。調整后給煤機參數見表2。

表2 調整前、后給煤機參數對比

3.2 鍋爐結焦

爐膛火焰檢測結果表明，在全燒褐煤過程中，爐溫22m部份區域溫度為1 239℃和1 262℃。一級減溫水開到100%，二級減溫水開到40%，略有余度。鍋爐帶負荷試驗期間沒有結焦現象，試驗結束當天前夜小負荷時存在少量掉焦現象。基本可以保證全燒褐煤，水冷壁不發生結焦。

3.3 鍋爐效率

改造前鍋爐燃料的特性接近煙煤與褐煤的混煤，燃盡度極差，在偏大氧量運行時，灰渣含碳量很高。改全燒褐煤后，氧量和灰渣含碳量可以同時控制在較低水平，鍋爐效率(絕對值)提高了1.37%。改造前、后鍋爐熱效率測試結果見表3。

表3 反平衡熱效率試驗的主要數據

3.4 減排

改造后鍋爐由于引入惰性氣體(冷、熱爐煙技術)和褐煤的高水份會使鍋爐爐膛的溫度降低，經測試爐膛溫度穩定在1 100～1 340℃之間，低于改造前爐膛溫度，從而防止鍋爐結焦，也降低了NOx的排放量。改燒褐煤后鍋爐出口NOx的排放范圍在250～350mg/m3，大大小于改造前的700mg/m3。

4 結束語

原燃用煙煤的中儲式制粉系統鍋爐經過適應性改造后，機組滿負荷運行時可以實現全燒褐煤，并可同時兼顧鍋爐的經濟性、環保性和安全性，鍋爐效率提高1.37%，NOx排放量由700mg/m3降低到350mg/m3，且有效防止了鍋爐水冷壁結渣及制粉系統干燥出力不足等問題。運行實踐表明，各項參數均達到預期值，改造后鍋爐運行性能優越，該改造非常成功，其改造經驗可為同類型鍋爐改造借鑒。