泰州電廠二次再熱機(jī)組制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚向昱，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

泰州電廠二次再熱機(jī)組制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚向昱，朱佳琪，李 林，陳仁杰

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

介紹了國電泰州電廠二期2×1000 MW工程鍋爐制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對鍋爐燃燒煤種范圍寬泛的特點(diǎn)，結(jié)合百萬機(jī)組首次采用二次再熱鍋爐的現(xiàn)狀，對制粉系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

制粉系統(tǒng)；磨煤機(jī)；二次再熱。

國電泰州電廠二期1000 MW工程，采用二次再熱技術(shù)，鍋爐選用上海鍋爐廠生產(chǎn)的二次再熱塔式鍋爐。設(shè)計(jì)過程中，電廠提出了既要燃用煤質(zhì)情況較好的煙煤，同時(shí)又要燃用價(jià)格較為低廉的經(jīng)濟(jì)煤種的要求。根據(jù)鍋爐燃燒煤種的范圍變得寬泛的特點(diǎn)，結(jié)合鍋爐百萬機(jī)組的鍋爐首次采用二次再熱技術(shù)的現(xiàn)狀，本文對泰州工程制粉系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 機(jī)組條件

1.1 二次再熱鍋爐

鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈水冷壁直流爐，單爐膛、二次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、塔式、露天布置燃煤鍋爐。

每臺磨煤機(jī)引出4根煤粉管道到爐膛四角，爐外安裝煤粉分配裝置，每根管道分配成兩根管道分別同兩個(gè)一次風(fēng)噴嘴相連，共計(jì)48只直流式燃燒器分12層布置于爐膛下部四角(每兩個(gè)煤粉噴嘴為一層)，在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。

1.2 煤質(zhì)資料

泰州二期工程以神華煙煤作為設(shè)計(jì)煤種；滿世混煤為校核煤種1；東北煤為校核煤種2。煤質(zhì)分析資料見表1。

1.3 燃煤量

鍋爐BMCR工況(日按20 h計(jì)、年按5500 h計(jì))下燃煤耗量見表2。

表1 煤質(zhì)分析

表2 燃煤消耗量

1.4 煤質(zhì)的判斷

本工程煤種屬于中等可磨制、易爆炸易著火穩(wěn)燃、易燃燼的煤種，因此在爐型和制粉系統(tǒng)選擇上都要采取必要措施。

但對比三種煤質(zhì)的水分及發(fā)熱量，偏差較大，見表3。

表3 煤質(zhì)偏差

水分偏差為67%，發(fā)熱量偏差為30%。特別是校核煤種2的全水分達(dá)到26%，接近于褐煤的水分，這就需要磨煤機(jī)提供極大的干燥出力，對磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)的選型提出新的挑戰(zhàn)。

2 制粉系統(tǒng)選型

2.1 初步判定

制粉系統(tǒng)和磨煤機(jī)的選擇中的首要依據(jù)是煤質(zhì)特性及其變化范圍，其中煤的揮發(fā)份和磨損指數(shù)又是主要因素，不同的煤種特性要求配備不同的制粉系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)型式，還要考慮和鍋爐燃燒器、爐膛型式相匹配。只有這樣，才能保證鍋爐性能穩(wěn)定。由于泰州工程的二次再熱鍋爐的燃燒方式與一次再熱鍋爐相同，因此二次再熱機(jī)組的制粉系統(tǒng)選擇可借鑒常規(guī)一次再熱機(jī)組的制粉系統(tǒng)。

磨煤機(jī)和制粉系統(tǒng)型式應(yīng)根據(jù)煤種的煤質(zhì)特性、可能的煤種變化范圍、負(fù)荷性質(zhì)、磨煤機(jī)的適用條件，并結(jié)合鍋爐燃燒方式、爐膛結(jié)構(gòu)和燃燒器結(jié)構(gòu)形式，按有利于安全運(yùn)行、提高燃燒效率、降低NOx排放的原則，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。對于大容量機(jī)組，在煤種適宜時(shí)，宜選用中速磨煤機(jī)；燃用高水分、磨損性不強(qiáng)的褐煤時(shí)，宜選用風(fēng)扇式磨煤機(jī)；燃用低揮發(fā)分貧煤、無煙煤或磨損性很強(qiáng)的煤種時(shí)，宜選用鋼球式磨煤機(jī)或雙進(jìn)雙出鋼球式磨煤機(jī)。

根據(jù)近年來我國火電廠的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對煙煤(Vdaf= 20%～37%)磨煤機(jī)按以下原則選擇：

(1) 當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)以下(Ke≤ 5.0)時(shí)，宜選用中速磨煤機(jī)直吹式系統(tǒng)。

(2) 當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)以上(Ke＞5)時(shí)，宜選用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)直吹式系統(tǒng)。

磨煤機(jī)的選型和制粉系統(tǒng)的選擇是息息相關(guān)和不可分割的，表4為對各型磨煤機(jī)性能進(jìn)行綜合比選。

正壓直吹式制粉系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單，煤粉在制粉系統(tǒng)中停留時(shí)間短，有利于減少煤粉爆炸和煤粉自燃的事故發(fā)生，冷一次風(fēng)機(jī)輸送的是空氣，工作條件好，沒有葉片磨損問題。許多科研設(shè)計(jì)單位針對正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)己做了大量的專題和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，得出了比較一致的結(jié)論：在煤種適宜時(shí)，選用正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)是最理想和最經(jīng)濟(jì)的。因此國內(nèi)燃用煙煤的大型機(jī)組大部分采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

通過對泰州二期工程設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的分析，初步判定采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

表4 各型磨煤機(jī)性能綜合比較

2.2 經(jīng)濟(jì)煤種下中速磨煤機(jī)問題分析

燃用設(shè)計(jì)煤種及校核煤種1時(shí)，制粉系統(tǒng)適合采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。校核煤種2(經(jīng)濟(jì)煤種)由于其全水分及揮發(fā)分較高，已類似于褐煤的煤質(zhì)性質(zhì)，需研究中速磨煤機(jī)的適應(yīng)性。

針對三種煤質(zhì)情況，對中速磨煤機(jī)進(jìn)行初步選型。選型數(shù)據(jù)見表5。

根據(jù)表5選型，磨煤機(jī)的研磨出力能夠達(dá)到要求。但是為滿足干燥出力的要求，對于校核煤種2要求的進(jìn)口熱一次風(fēng)溫為375℃。然而，鍋爐空預(yù)器所能提供的熱一次風(fēng)溫度為342℃，無法滿足要求。

分析原因是由于校核煤種2屬于類似于褐煤的高水分煤種，在磨煤機(jī)研磨過程中需要很大的高燥出力以達(dá)到燃燒的要求。因此在磨煤機(jī)選型時(shí)需要采取措施提高磨煤機(jī)的干燥能力，同時(shí)需研究可否降低磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫以降低進(jìn)口風(fēng)溫。

經(jīng)研究，提高磨煤機(jī)干燥能力的方法主要有以下兩種途徑：

(1)方案一：增加磨煤機(jī)的通風(fēng)量，提高干燥能力。

(2)方案二：在同一通風(fēng)量的條件下，降低磨煤機(jī)的研磨煤量，滿足干燥能力的要求。可以考慮增加一臺磨煤機(jī)。

表5 磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)

3 制粉系統(tǒng)及設(shè)備選型

3.1 磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》的要求，經(jīng)計(jì)算，校核煤種2的磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度需達(dá)到74℃以上。

經(jīng)調(diào)研，在燃用類似煤種的情況下，目前華東沿海部分電廠將磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度控制在60℃左右。以泰州電廠一期的#2機(jī)組為例，其中速磨煤機(jī)燃用不同煤種時(shí)的煤質(zhì)見表6。燃燒不同煤種下，磨煤機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表7。

表6 電廠實(shí)際煤質(zhì)資料

表7 電廠一期磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)

續(xù)表7

通過表7可以看出，電廠的C磨及F磨在燃燒類似經(jīng)濟(jì)煤種過程中將磨煤機(jī)的出口一次風(fēng)溫度控制在55℃以下，均能滿足鍋爐運(yùn)行的要求。基于以上調(diào)研，考慮適當(dāng)?shù)臏囟扔嗔浚：嗣悍N2的磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度確定為60℃。

3.2 磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫對進(jìn)口風(fēng)溫的影響

針對校核煤種2，將磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度降低為60℃后，經(jīng)計(jì)算， 磨煤機(jī)進(jìn)口的一次風(fēng)溫度從原來的375℃降低到339℃。

進(jìn)口一次風(fēng)溫度的降低使制粉系統(tǒng)中速磨煤機(jī)方案的可行性增加。但仍需考慮以下問題：空預(yù)器出口的熱一次風(fēng)溫度為342℃，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)的散熱損失、鍋爐空預(yù)器性能的老化等因素引起的熱一次風(fēng)溫度的下降。

考慮以上因素后，磨煤機(jī)進(jìn)口的最高熱一次風(fēng)溫應(yīng)按330℃考慮，磨煤機(jī)的干燥出力能力仍然不足，需進(jìn)一步研究增加干燥出力。

3.3 提高磨煤機(jī)干燥能力的選型研究

3.3.1 方案一：增加磨煤機(jī)通風(fēng)量

為增加磨煤機(jī)的干燥出力，理論上可以考慮將磨煤機(jī)的進(jìn)口熱一次風(fēng)量增加以提高磨煤機(jī)的干燥能力。但是收到磨煤機(jī)本體結(jié)構(gòu)的影響，通風(fēng)量的增加需要控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。

結(jié)合磨煤機(jī)廠的配合、調(diào)研情況及表7的數(shù)據(jù)分析，對于初步選型的ZGM133G磨煤機(jī)應(yīng)將BMCR下通風(fēng)量控制在150 t/h以下。綜合以上研究，考慮將磨煤機(jī)的最大通風(fēng)量上調(diào)5%，磨煤機(jī)選型計(jì)算見表8。

表8 提高通風(fēng)量下的磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)

分析表8可以看出，對于校核煤種2，增加磨煤機(jī)通風(fēng)量5%后，磨煤機(jī)的干燥能力增加，入口一次風(fēng)溫度下降到326℃，磨煤機(jī)通風(fēng)量為149 t/h。能夠適應(yīng)高水分煤的研磨及干燥要求。

3.3.2 方案二：增加磨煤機(jī)數(shù)量

為滿足校核煤種2的干燥出力，可以在保持磨煤機(jī)最大通風(fēng)量及入口一次風(fēng)溫度不變的情況下，減小磨煤機(jī)的出力。基于以上考慮，可在機(jī)組原來6臺磨煤機(jī)的基礎(chǔ)上，增加1臺磨煤機(jī)。在燃燒設(shè)計(jì)煤種及校核煤種1時(shí)，磨煤機(jī)5臺運(yùn)行；在燃燒校核煤種2時(shí)，磨煤機(jī)6臺運(yùn)行。

根據(jù)以上方案，磨煤機(jī)選型計(jì)算見表9。

分析表9選型計(jì)算，在磨制校核煤種2時(shí)6臺磨煤機(jī)投入運(yùn)行，整個(gè)參數(shù)匹配均十分合理，滿足制粉系統(tǒng)及鍋爐燃燒的要求。

3.3.3 方案比選

方案一中每臺鍋爐配置6臺中速磨煤機(jī)，BMCR下5臺運(yùn)行、1臺備用。

方案二中每臺鍋爐配置7臺同型號的中速磨煤機(jī)，在燃燒設(shè)計(jì)煤種及校核煤種1時(shí)，磨煤機(jī)5臺運(yùn)行；在燃燒校核煤種2時(shí)，磨煤機(jī)6臺運(yùn)行。初投資比較見表10。制粉系統(tǒng)年耗電量比較見表11。

表9 增加磨煤機(jī)數(shù)量下的磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)

表10 初投資比較

表11 制粉系統(tǒng)電耗比較

通過比選可以發(fā)現(xiàn)，兩種方案技術(shù)上均為可行。但從投資及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性角度分析，方案一更具有優(yōu)勢。

4 結(jié)論

針對泰州二期工程燃煤較為寬泛，特別是校核煤種2的水分較高等特點(diǎn)，本報(bào)告對制粉系統(tǒng)及其附屬設(shè)備進(jìn)行了選型研究。

制粉系統(tǒng)和磨煤機(jī)的選擇中的首要依據(jù)是煤質(zhì)特性及其變化范圍，其中煤的揮發(fā)份和磨損指數(shù)又是主要因素，不同的煤種特性要求配備不同的制粉系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)型式，還要考慮和鍋爐燃燒器、爐膛型式相匹配。只有這樣，才能保證鍋爐性能穩(wěn)定。由于泰州二期工程的二次再熱鍋爐的燃燒方式與一次再熱鍋爐相同，因此二次再熱機(jī)組的制粉系統(tǒng)選擇可借鑒常規(guī)一次再熱機(jī)組的制粉系統(tǒng)。

通過研究及方案的比選，確定制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。燃用設(shè)計(jì)及校核煤種時(shí)，每臺鍋爐設(shè)置6臺中速磨煤機(jī)，5臺運(yùn)行1臺備用。

結(jié)合煤質(zhì)的特點(diǎn)，通過調(diào)研及研究，確定燃燒設(shè)計(jì)煤種及校核煤種1時(shí)，磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度按78℃；燃燒校核煤種2時(shí)按60℃的煤粉溫度。磨煤機(jī)選型按基點(diǎn)通風(fēng)量上增加5%的通風(fēng)量，控制磨煤機(jī)的干燥一次熱風(fēng)溫度不高于330℃，最大通風(fēng)量不高于150 t/h。

[1] GB 50660－2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2] DL/T 5145－2002，火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定[S]．

[3] DL/T 466－2004，電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則[S]．

The Milling Coal System Design of Double Reheat Unit in Taizhou Power Plant

YAO Xiang-yu, ZHU Jia-qi, LI Lin, CHEN Ren-jie
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

The passage introduces the pulverized coal preparation system design of TaiZhou 2×1000 MW thermal power plant. Due to the wide range of the coal characteristic and the application of the 1000MW double reheat boiler for the first time, the pulverized coal preparation system is studied.

pulverized coal preparation system; mill; double reheat.

TM621

A

1671-9913(2016)06-0015-05

2016-02-17

姚向昱(1978- )，男，上海人，碩士，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠鍋爐專業(yè)的設(shè)計(jì)。