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    燃用高揮發(fā)分低熔點(diǎn)印尼煤的安全技術(shù)措施

    2013-07-11 12:34:22陳文吳立新孫海峰
    湖南電力 2013年1期
    關(guān)鍵詞:燃用制粉煤種

    陳文,吳立新,孫海峰

    (1. 湖南省電力公司科學(xué)研究院,湖南 長沙410007;2. 湖南華電長沙發(fā)電有限公司,湖南 長沙410203)

    受國內(nèi)電煤供應(yīng)市場的變化、運(yùn)輸壓力和運(yùn)輸成本等多方面因素的影響,湖南省內(nèi)各火電廠不斷拓寬煤源供應(yīng)渠道,陸續(xù)購進(jìn)一批印尼煤等高揮發(fā)分的煤種。該煤種參數(shù)與湖南省電站鍋爐設(shè)計(jì)煤種參數(shù)差別很大,且屬于高水分、高揮發(fā)分、易燃易爆的煤種。湖南省內(nèi)多家火電廠均摻燒不同比例的高揮發(fā)分印尼煤,由于缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在燃用過程中曾發(fā)生制粉系統(tǒng)著火、爆炸事故。煤種與制粉系統(tǒng)不匹配、入爐煤與設(shè)計(jì)煤種之間煤質(zhì)特性相差大必然會(huì)給生產(chǎn)運(yùn)行帶來安全隱患。本文立足于某600 MW 機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況,從燃運(yùn)管理和運(yùn)行調(diào)整控制出發(fā),探討燃用高揮發(fā)分低熔點(diǎn)印尼煤存在的問題及控制技術(shù)措施。

    1 設(shè)備概況及摻燒方式

    某電廠2×600 MW 超臨界機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的國產(chǎn)超臨界參數(shù)、變壓、直流、本生型鍋爐,鍋爐型號DG1900/25.4-Ⅱ1 型,單爐膛,一次中間再熱,尾部雙煙道,并帶有脫硝裝置,采用平行擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫,固態(tài)排渣,全鋼構(gòu)架,全懸吊結(jié)構(gòu),平衡通風(fēng),露天布置,為內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式,鍋爐設(shè)計(jì)燃用山西省潞安貧煤與晉城無煙煤的混煤。燃燒設(shè)備采用HT-NR3旋流燃燒器,前后墻布置、對沖燃燒。

    受煤炭市場影響,入廠煤結(jié)構(gòu)、形勢發(fā)生了很大變化,煤場中高揮發(fā)分煙煤/褐煤的比重逐漸增大,一段時(shí)間印尼煤、蒙煤、神華煙煤摻燒比例等曾達(dá)到80%,改變了以往以無煙煤、貧煤為主的煤炭庫存結(jié)構(gòu),給燃運(yùn)管理、煤場安全、上煤方式、機(jī)組運(yùn)行帶來了一系列新的問題。入爐煤摻燒方式隨煤場儲(chǔ)存情況而改變,前期在高揮發(fā)分煤量不多時(shí)采取與其它劣質(zhì)煙煤、貧煤摻混的方式,在印尼煤儲(chǔ)量逐漸增大的情況下采取印尼煤單獨(dú)入磨方式。

    2 印尼煤的煤質(zhì)特性

    根據(jù)文獻(xiàn)〔1-2〕,印尼煤在地質(zhì)年代分布上主要集中在中新世,從其典型特征來說屬于高揮發(fā)分、高水分、中高熱值、低灰分、低硫分、難磨、極易著火和燃盡、易結(jié)渣、易自燃的煤。廣東、浙江等沿海地區(qū)電廠燃用較多,2011年底某廠開始試燒印尼煤,設(shè)計(jì)煤質(zhì)與印尼煤質(zhì)特性數(shù)據(jù)見表1(由于印尼煤來煤變化較大,表中數(shù)據(jù)為來煤化驗(yàn)典型數(shù)據(jù))。

    表1 設(shè)計(jì)煤種與印尼煤對比參考數(shù)據(jù)

    表1 中數(shù)據(jù)顯示,印尼煤與設(shè)計(jì)煤種之間煤質(zhì)特性差異較大,國內(nèi)燃用印尼煤主要是在中速磨上使用,且都是采取摻混方式,摻混比例一般為33%,最多為50%,在雙進(jìn)雙出鋼球磨上的燃用報(bào)道甚少〔3-4〕。

    3 燃用印尼煤帶來的主要問題

    湖南省電站鍋爐的設(shè)計(jì)煤種以貧煤和無煙煤為主,制粉系統(tǒng)也是根據(jù)此設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行選型,采用雙進(jìn)雙出鋼球磨。根據(jù)規(guī)程規(guī)范的要求,高揮發(fā)分煤種應(yīng)采用中、高速磨煤機(jī),一次風(fēng)溫、風(fēng)速、燃燒器選取原則也不同,對褐煤等特高揮發(fā)分煤種干燥介質(zhì)宜采用煙氣。電廠考慮到經(jīng)濟(jì)利益,燃用嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值且不適用現(xiàn)有制粉及燃燒系統(tǒng)的煤種,勢必帶來一系列問題。

    1)鍋爐出力下降

    在鍋爐設(shè)備正常情況下,鍋爐的出力主要取決于制粉系統(tǒng)的出力。影響制粉系統(tǒng)出力的主要因素是:印尼煤水分大,磨煤機(jī)干燥出力不足;印尼煤哈氏可磨性指數(shù)為45,相對較難磨,磨煤機(jī)出力降低。

    2)制粉系統(tǒng)著火和爆炸

    印尼煤的高揮發(fā)分、易爆特性使印尼煤在燃用過程中極易出現(xiàn)著火和爆炸,制粉系統(tǒng)的著火和爆炸主要是落煤不暢、積粉自燃引起的,運(yùn)行中常見于制粉系統(tǒng)啟停階段。

    3)結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)增大

    印尼煤的揮發(fā)分高,比設(shè)計(jì)值高3 倍多,著火點(diǎn)溫度低,容易在燃燒器噴口處著火,使燃燒器噴嘴結(jié)焦。由表1 的數(shù)據(jù)可知,印尼煤灰熔點(diǎn)低,灰的變形溫度、軟化溫度、熔化溫度各值之間相差≤30 ℃,且各值均低于設(shè)計(jì)煤種,易使鍋爐受熱面結(jié)焦。

    4)排煙溫度升高

    為控制磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度,制粉系統(tǒng)冷風(fēng)量比設(shè)計(jì)值增大,參與空預(yù)器換熱的冷風(fēng)量減少,導(dǎo)致排煙溫度升高;印尼煤水分大,燃燒后產(chǎn)生的煙氣量大于設(shè)計(jì)煤種,排煙溫度呈升高趨勢。

    5)煤場管理難度增大

    印尼煤的揮發(fā)分較高,堆放時(shí)間稍長,煤場易出現(xiàn)自燃現(xiàn)象,也易造成熱值損失。

    6)其它

    由于印尼煤水分高,使煙氣流速增大,飛灰對鍋爐尾部受熱面的沖刷磨損加劇,增加了爐管減薄泄漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

    4 安全技術(shù)措施

    印尼煤與設(shè)計(jì)煤種之間煤質(zhì)特性差異太大,制粉系統(tǒng)選型與入磨煤不匹配,在實(shí)際燃用過程中應(yīng)遵循“替代原則”、 “最小化原則”和“緩和原則”。

    4.1 防止制粉系統(tǒng)著火和爆炸技術(shù)措施

    煤粉爆炸需要3 個(gè)基本條件,即可燃物的存在、合適的氧濃度和足夠的點(diǎn)火能量。煤粉爆炸的過程是懸浮在空氣中的煤粉的強(qiáng)烈燃燒過程,影響煤粉爆炸的因素主要有煤質(zhì)特性、煤粉混合物溫度、煤粉細(xì)度和煤粉濃度等。防止制粉系統(tǒng)爆炸的主要措施一般都是從控制磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度、控制煤粉細(xì)度、防止煤粉沉積、控制氧濃度和控制煤粉干燥條件、防止煤粉熱解產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w等方面入手。

    1)磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度控制

    ①燃用印尼煤時(shí),磨煤機(jī)入口溫度最高不超過270 ℃,將分離器出口溫度控制在60~65 ℃,不得低于55 ℃,防止煤粉結(jié)露而沉積。

    ②暖磨過程中控制溫度不超過60 ℃。

    ③將燃用印尼煤的磨煤機(jī)部分邏輯值進(jìn)行更改并增加聲光報(bào)警:如任意一側(cè)分離器出口溫度達(dá)到70 ℃時(shí),應(yīng)聯(lián)鎖全開對應(yīng)磨煤機(jī)的冷風(fēng)門,全關(guān)熱風(fēng)門(熱工連鎖投入惰化蒸汽);把分離器出口溫度高跳閘值改為>80 ℃跳閘。

    ④啟停制粉系統(tǒng)和給煤機(jī)斷煤時(shí),尤其要注意分離器出口溫度不超過70 ℃,當(dāng)溫度異常時(shí)及時(shí)投入惰化蒸汽。

    2)煤粉細(xì)度控制

    磨制印尼煤的磨煤機(jī)其分離器折向擋板應(yīng)開大,煤粉顆??蛇m當(dāng)變粗,煤粉細(xì)度可維持在25%~35%左右。

    3)磨煤機(jī)出力控制

    ①磨制印尼煤的制粉系統(tǒng)維持高出力運(yùn)行,容量風(fēng)門開度控制在50%以上,運(yùn)行中盡量少做調(diào)整,加減負(fù)荷時(shí)調(diào)整其它磨的出力。

    ②磨制印尼煤的制粉系統(tǒng)不能采取單進(jìn)雙出運(yùn)行方式,當(dāng)發(fā)生單側(cè)給煤機(jī)斷煤,超過10 min 處理不好時(shí)應(yīng)按照要求及時(shí)停運(yùn)對應(yīng)磨煤機(jī),處理過程中嚴(yán)格控制分離器出口溫度不超限,處理好后再投入磨煤機(jī)運(yùn)行。

    4)磨煤機(jī)料位控制

    燃用印尼煤時(shí),為防止斷煤后磨煤機(jī)內(nèi)煤粉濃度很快達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi),應(yīng)控制磨煤機(jī)料位在500~700 Pa 的稍高料位運(yùn)行。

    5)磨煤機(jī)粉管風(fēng)速控制

    提高一次風(fēng)速至28~35 m/s,任何時(shí)候風(fēng)速不得低于22 m/s,增強(qiáng)一次風(fēng)攜帶煤粉的能力,防止發(fā)生積粉和燃燒器燒壞事故。

    6)磨煤機(jī)惰化蒸汽的投入

    發(fā)生下列情況時(shí),須立即投入惰化蒸汽系統(tǒng),確認(rèn)料位恢復(fù)正常后再停止惰化蒸汽:給煤機(jī)發(fā)生斷煤;給煤機(jī)發(fā)生故障跳閘;分離器出口溫度超過70 ℃;磨煤機(jī)筒體料位(均值)低于300 Pa。

    4.2 防止鍋爐結(jié)焦技術(shù)措施

    鍋爐受熱面結(jié)焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上,影響結(jié)焦的因素很多,受熱面結(jié)焦的機(jī)理也很復(fù)雜,但防止結(jié)焦的基本原則是改善產(chǎn)生結(jié)焦的基本條件,阻止受熱面結(jié)焦。

    1)鍋爐運(yùn)行中適當(dāng)增大二次風(fēng)量,控制省煤器出口氧量>3.0%,保持爐內(nèi)氧化性氣氛,防止?fàn)t內(nèi)因缺氧導(dǎo)致結(jié)焦加劇。

    2)保證爐膛出口煙溫不超過設(shè)計(jì)值。鍋爐BMCR 負(fù)荷下設(shè)計(jì)出口煙溫為1 013 ℃,保證爐膛出口煙溫不超過印尼煤熔點(diǎn),防止過熱器、再熱器及水平煙道的結(jié)焦。

    3)鍋爐受熱面定期吹灰,防止受熱面積灰后影響傳熱;發(fā)現(xiàn)受熱面結(jié)焦及時(shí)清除,防止繼續(xù)惡化。特別是高負(fù)荷時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對爐膛受熱面的吹灰工作。

    4)加強(qiáng)就地看火孔、爐底排渣和撈渣機(jī)工作的巡視檢查,觀察DCS 煙道壓力、減溫水量和煙溫等的變化,綜合判斷鍋爐結(jié)焦?fàn)顩r。根據(jù)結(jié)焦和垮焦情況及時(shí)投入吹灰器運(yùn)行,并視結(jié)焦程度可適當(dāng)增加吹灰次數(shù)。

    5)當(dāng)爐膛結(jié)焦情況發(fā)展趨勢明顯,且鍋爐增加吹灰頻率難以控制時(shí),機(jī)組可采取快速降負(fù)荷方式,以降低爐內(nèi)溫度水平。

    6)調(diào)整二次風(fēng)及燃盡風(fēng)配比,使燃燒中心下移,控制爐膛出口煙溫,防止過熱器結(jié)焦;盡量使燃燒器配風(fēng)均勻,防止火焰中心偏斜和貼邊,防止灰渣附在爐壁而形成結(jié)渣。

    7)調(diào)整每臺(tái)磨煤機(jī)的煤量,確保前、后墻熱負(fù)荷均勻,和同層燃燒器的煤粉量均勻。

    4.3 其它技術(shù)措施

    1)煤場及輸煤安全措施

    ①煤場和煤斗應(yīng)加強(qiáng)巡視和測溫工作,尤其是夏季環(huán)境溫度高期間,防止自燃。

    ②當(dāng)煤的溫度較高或有自燃現(xiàn)象時(shí),應(yīng)在上煤前實(shí)施噴淋。煤溫超過50 ℃時(shí),不得進(jìn)入煤倉。

    ③輸煤沿線的積粉、積煤及時(shí)清理。

    2)制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

    ①增大冷風(fēng)管直徑。因?yàn)楹鲜〈蟛糠只痣姀S燃燒及制粉系統(tǒng)是按照燃用貧瘦煤或無煙煤設(shè)計(jì),冷風(fēng)管路設(shè)計(jì)流量較小。

    ②裝設(shè)防爆門。在制粉系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端兩側(cè)加裝防爆門,降低制粉系統(tǒng)爆炸產(chǎn)生的危害。

    ③加裝熱工測點(diǎn)。在回粉管上加裝溫度測點(diǎn),對回粉管溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,避免回粉管堵塞積粉造成煤粉自燃。在分離器出口加裝O2和CO 測點(diǎn),并將其納入DCS 聲光報(bào)警,當(dāng)氧量下降、CO 含量上升時(shí)聯(lián)鎖投入惰化蒸汽。在運(yùn)行平臺(tái)加裝專用霧化水槍,用于制粉系統(tǒng)著火時(shí)使用。針對惰化蒸汽系統(tǒng)時(shí)有堵塞的情況,對惰化蒸汽系統(tǒng)管路進(jìn)行優(yōu)化改造。

    5 結(jié)束語

    鑒于印尼煤的特性,燃煤鍋爐在摻燒印尼煤時(shí)要制定好制粉系統(tǒng)運(yùn)行措施和事故異常處理措施,防止制粉系統(tǒng)發(fā)生自燃或著火爆炸事故。

    從目前燃用印尼煤的情況看,在制訂好燃用印尼煤的安全技術(shù)措施、解決制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行問題后,印尼煤的價(jià)格優(yōu)勢不失為電廠扭虧增盈的一種選擇。

    〔1〕裘立春,洪道文,常毅君. 1 000 MW 鍋爐燃燒印尼煤和扎煤的研究〔J〕. 浙江電力,2011,30(1):23-26,49.

    〔2〕王勝,燃用印尼煤時(shí)直吹式制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行探討〔J〕. 鍋爐制造,2006(4):20-23.

    〔3〕匡真平,李凌陽. 沙角B 電廠350 MW 機(jī)組鍋爐摻燒印尼煤試驗(yàn)及分析〔J〕. 廣東電力,2007,20(9):47-49.

    〔4〕溫志華,陳小雄. 350 MW 超臨界機(jī)組燃用印尼煤鍋爐燃燒調(diào)整措施〔J〕. 熱能動(dòng)力工程,2010,25(B06):47-49,55.

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