提高直吹式磨煤机出口温度的试验研究

2010-09-12徐少峰

浙江电力 2010年11期

徐少峰

（浙能温州发电有限公司，浙江乐清 325602）

提高磨煤机出口温度，可以提高空预器利用率和排烟温度，进而提高锅炉效率，但温度过高会导致煤粉自燃甚至爆炸事故。我国锅炉制粉系统设计标准只是很笼统地按照煤的挥发分（Vdaf）给出磨煤机出口温度限定值或者仅仅1个固定数值[1]，例如一般烟煤型直吹式中速磨煤机出口温度（分离器后）控制在68～82℃，这是不够科学的。煤粉的爆燃与很多因素有关，不仅与Vdaf有关，还与挥发分的析出有关。

通过试验，对机组常用煤种的热解开始点温度和堆积煤粉起燃点温度进行研究，以提高磨煤机出口温度。同时利用监测磨煤机出口可燃气体的方法来监测提高磨煤机出口温度后制粉系统的运行情况。

1 锅炉设备概况

某公司三期2×300 MW机组的锅炉系引进美国ABB-CE公司技术，由上海锅炉厂制造的亚临界压力中间一次再热控制循环汽包炉，采用中速磨直吹式制粉系统，单炉膛π型露天布置、四角切向燃烧，喷嘴摆动调温，平衡通风、全钢架悬吊结构，固态排渣，燃用具有结渣性烟煤。炉前布置5台HP-863型中速磨煤机，锅炉采用正压直吹制粉系统。每台磨煤机出口4根煤粉管道接1层燃烧器。4台磨煤机就可满足锅炉最大出力工况（BMCR）负荷，其余1台备用，磨煤机出口温度通常控制在75℃左右。

试验煤种采用机组常用的煤种富动12、富动24和优混煤。富动12和优混煤是以山西大同煤为主进行掺配的煤种，富动24是蒙煤为主进行掺配的煤种，挥发分较高，煤质分析参数见表1。

表1 试验煤质分析 %

2 提高磨煤机出口温度的可行性

2.1 干燥出力计算

按照满负荷时单台磨煤机一次风量64t/h、给煤量30t/h的条件下，计算磨煤机出口温度为100℃时磨煤机进口风温是否能够满足要求。按照文献[3]中关于磨煤机出口温度计算方法进行计算，同时考虑了制粉系统密封风、系统制粉摩擦产热、系统散热等各种情况。煤粉水分的选择依据DL/T 5145-2002《电厂制粉系统设计计算技术规定》中的相关标准进行。计算结果见表2。

表2 磨煤机出口温度为100℃时磨煤机的进口风温℃

由表2可知，即使磨煤机出口温度提高到100℃，对于水分较高的优混煤（Mt=13.0）磨煤机进口风温也只有270℃，而磨煤机允许的进口最高风温可达300℃，因此，提高磨煤机出口温度从理论上是可行的。

2.2 红外联动热重分析

当温度过高时，气粉混合物热解，产生一定量的可燃性气体。中速磨煤机一般磨制的是烟煤和褐煤，煤自身含氧量较高，加热后首先析出的可燃气体一般是CO。随着磨煤机进口热空气温度的升高，煤粉和热空气混合时H2O，CO2，CO等气体将析出，从而影响制粉系统的安全。因此定义CO开始析出时的温度为煤粉的热解开始温度，亦作为磨煤机允许最高进口温度。

原煤热解开始温度tpgr与煤质成分的关系见式（1），烟煤的tpgr一般为 280～390℃。

式中：Vdaf为干燥无灰基挥发分；Ad为干燥基灰分；Mad为空气干燥基水分。

采用美国Nicolet公司傅立叶红外光谱分析仪和瑞士Mettler Toledo公司TGA/SDTA 851e型热重分析仪对研究煤样进行了红外联动热重分析，重点研究煤样挥发分析出温度和成分。另外根据煤的挥发分、灰分和水分也计算了原煤热解开始温度，结果见表3。

一般认为，采用tpgr和堆积煤粉起燃温度tsmo确定磨煤机进、出口温度时，应遵循以下两条原则：

表3 煤样的热解开始温度 ℃

（1）对于中储式系统和存在积粉现象的直吹式系统，出口温度应低于tsmo。

（2）对于不存在积粉现象的直吹式系统，进口温度应低于tpgr。

由于试验研究的制粉系统是不存在积粉现象的直吹式系统，因此磨煤机进口温度以低于热解开始点温度为宜，即如表3所示的中间值。

3 试验过程

3.1 提高单台磨煤机出口温度试验

磨煤机出口温度从75℃提高到100℃，试验时煤种选用富动24，表4为磨煤机出口温度提升过程中各参数的变化情况。从运行参数来看，磨煤机出口温度提高到100℃后，磨煤机进口温度从234℃提高到270℃，CO表盘值平均为3.6 mg/L。磨煤机出口温度提高到100℃后CO没有明显变化，其它参数如磨煤机单耗、磨碗差压、润滑油温等基本不变。

表4 磨煤机出口温度提升过程中各参数的变化

3.2 提高所有磨煤机出口温度试验

考虑保留一定的安全裕度，进行了所有磨煤机出口温度从75℃提高到95℃的试验，试验时煤种为富动24，试验结果为：

（1）磨煤机平均出口温度从74.3℃提高到94.6℃，平均进口温度从231.5℃提高到261.4℃，即出口温度提高了20.3℃，进口温度提高了47.9℃。

（2）锅炉排烟温度从130.3℃降低到123.2℃，降低了7.1℃，排烟氧量、飞灰、炉渣含碳量变化很小，锅炉效率提高了约0.37%。

（3）二次风温度从303.9℃降低到299.5℃，降低了4.4℃。

（4）锅炉燃烧正常，炉膛负压波动很小，其它运行参数变化也很小。

（5）没有在一次风中监测到CO，所有制粉系统都没有出现风压波动和爆燃等情况。

（6）一次风喷嘴出口气流着火情况变化不大，用光学高温仪测量的平均温度在1200℃左右，前后变化也不大。

（7）炉内磨煤机出口温度提高后炉膛温度没有明显变化。所测得的炉膛温度最高平均值为1393℃，对安全运行无显著影响。

（8）炉膛火焰监测摄像头处存在一定的薄渣现象，但没有出现增长趋势；燃烧器上部炉膛区域有少许结渣，但没有出现进一步结渣倾向，不影响锅炉安全运行。

3.3 经济效益分析

磨煤机出口温度提高后，按锅炉效率提高0.37%计算，可节约燃煤量0.42t/h，按全年运行7000 h计算，全年节约燃煤2 940t。按600元/t煤价计算，全年可节约燃煤成本176.4万元。磨煤机出口温度提高后，所需一次热风量增加，相应地会增加一次风机电耗，厂用电按0.35元/kWh计算，全年增加用电成本7.4万元。两者相抵，每台炉每年节约成本约170万元。