410t／h劣质烟煤锅炉掺烧褐煤改造技术研究.pdf

第 2期 2 0 1 0年 3月 锅炉制造 BOI LER MANUFACTURI NG No ． 2 Ma r ． 2 Ol O 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 0 0 2 0 0 1 2 0 5 4 1 0 t ／ h劣质烟煤锅炉掺烧褐煤 改造技术研究 吴景兴 ， 刘景军 ， 卢新川 ， 陈永亮 ， 李志勇 1 ． 东北电力科学研究院有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6 ； 2 ． 二道江发电公司， 吉林 通化 1 3 4 0 0 3 ； 3 ． 京能赤峰能源发展有限公司， 内蒙古 赤峰 0 2 4 0 0 7 摘要 二道 江发电公司煤源严重不 足 ， 为最大 限度 掺烧褐煤并能单烧 当地劣质烟煤 ， 在 21 0 0 MW 机组锅 炉进行技术改造。采用抽取中温炉烟加入制粉系统干燥介质， 同时对热风送粉系统加入调温风的改造方案， 以降低制粉系统末端氧量以及送粉系统输送介质的温度， 提高制粉、 送粉系统防爆能力和制粉系统的干燥能 力以及双通道燃烧器对有较大差异煤种的适应能力。运行表明， 改造效果显著， 锅炉具备掺烧褐煤 5 0 ％的能 力 。 关键词 掺烧褐煤； 中温炉烟； 制粉系统； 防爆； 干燥出力 中图分类号 T K 2 2 3 文献标识码 A Re f o r m Te c h n o l o g y Re s e a r c h o f 4 1 0 t ／ h Po o r b i t u mi t e Bo i l e r Bu r n i ng Li g n i t e W u J i n g x i n g ， L i u J i n g j u n ， L u X i n s h u a n ， C h e n Y o n g l i a n g ， L i Z h i y o n g 1 N o t h e a s t E l e c t ri c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ， L t d ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 6 ， C h i n a ； 2 ． E r d a i a n g E l e c t r i c P o w e r C o m p a n y ， T o n g h u a 1 3 4 0 0 3 ， C h i n a ； 3 ． J i n g n e n g C h i f e n g E n e r g y D e v e l o p m e n t C o ． ， L t d ， C h i f e n g 0 2 4 0 0 7， C h i n a A b s t r a c t A s E r d a i a n g E l e c t ri c P o w e r C o m p a n y i s h e a v i l y s h o r t i n c o a l r e s o u r c e ， t e c h n o l o gy r e f o r m i s ma d e i n 2 1 0 0MW u n i t t o bl e n d l i g n i t e a n d t o b u r n l o c a l p o o r c o a l s i n g l y t o a g r e a t e x t e n t ． Ex - t r a c t i ng i n t e rm e d i a t et e mp e r a t u r e g a s i s us e d t o a dd i n t o d r y me d i a o f p u l v e r i z i n g s y s t e m ， me a n t i me t h e r e f o rm s c h e me o f a d d i ng t e mp e r i n g a i r i n t o t he rm a l wi n d po wd e r f e e d i n g s y s t e m ． t o r e d u c e e n d o x y g e n o f p u l v e riz i n g s y s t e m a n d t e mp e r a t u r e o f c o n v e y i n g me d i a i n p u l v e riz i n g s y s t e m．Op e r a t i n g e x pe rie n c e s s h o w t h a t t h e r e f o rm e f f e c t i s r e ma r k a b l e， a n d b o i l e r h a s 5 0％ a b i l i t y o f b l e n d i n g l i g ni t e ． Ke y wo r d s b l e n d i n g l i g n i t e； i n t e rm e di a t e t e mp e r a t u r e g a s ； p u l v e riz i n g s y s t e m ； e x p l o s i o n p r o t e c t i o n； d ry o u t p u t o引言 纂 荔 拿 蓑 是 耋 针对通化地区煤源严重不足和煤炭用量迅猛 爆煤种 ， 与原设计煤种差异较大 ， 掺烧后制粉系统 增加的问题 ， 二道江发电公 司掺烧蕴藏丰富且价 防爆与干燥 出力问题 ， 以及送粉系统的防爆 、 燃烧 收稿 日期 2 0 0 91 1 2 2 作者简介 吴景兴 1 9 6 5一 ， 男 ， 1 9 9 8年毕业于东北电力大学 ， 工学硕士， 高级工程师， 现在东北 电科院有 限公 司锅炉技术研究所从事 技术工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 吴景兴， 等 4 1 0 t ／ h劣质烟煤锅炉掺烧褐煤改造技术研究 l 3 器烧损和锅炉严重结焦 问题非常突 出。因此 ， 对 7号炉进行制粉系统改造。改造工程于 2 0 0 6年 1 2 月份完成 ， 试验结果表明， 制粉系统防爆能力、 干燥 能力大幅提高， 燃烧器 区域未见严 重结焦现象， 应 用效果 良好 ， 至今未发生一起爆炸事故 ， 而且锅炉 效率基本未变 ， 改造后的 7号 炉能够大 比例掺烧 褐煤 ， 能够适应特性差异挥发分较大的煤种。 1 设备概况 1 ． 1 锅炉本体 二道江发 电公 司 7号 炉为 H G一 4 1 0 ／ 9 ． 8一 Y M1 2型锅炉， 属于超高压 、 单锅筒 自然 循环 、 集 中下降管 、 倒 u型布置 的煤粉炉 ， 无 中间再热器 ， 排渣方式为固态排渣 。1 9 9 2年 6月 6日投产运 行。尾部竖井烟道中交错布置着上级省煤器 、 上 级空气 预热器 、 下级省煤 器和下级空气预热器。 烟气经电除尘器除尘净化后排人烟囱。过热蒸汽 温度通过调整 I、 Ⅱ级喷水减温 器的喷水量的大 小来调节 ， 其中 I级喷水减温作为粗调 ， Ⅱ级喷水 减温为细调。 1 ． 2 燃烧 系统 锅炉采用正四角切 向布置的燃烧方式 ， 在炉 膛中心形成的假想切 圆直径为 4 , 1 0 6 0 m m， 共有 l 2个单支容量 为 1 2 t ／ h的煤粉燃烧器 ， 分上 、 中、 下三层布置。其中， 上层设有 4个直流煤粉燃烧 器 ， 中、 下层各 布置 4个双 通道煤粉燃 烧器。另 外 ， 还设有一层向下倾斜 7 。 的三次风喷 口。 锅炉配有两套钢球磨煤机中间储仓式制粉系 统 ， 并配有两台排粉机 ， 原设计采用热风、 温风 、 冷 风为干燥介质 ， 热风温度设计为 3 5 2℃ ， 温风温度 设计为 1 5 5℃ ， 送粉方式采用热风送粉 。制粉系 统设计参数见表 1 所示。 表 l 制粉 系统部分设计参数 2 主要技术 改造 2 ． 1 掺烧褐煤主要问题及主要技术措施 中储式制粉系统运行时其煤粉浓度均处于易 爆范围， 而且设备繁多、 结构特殊 、 管路复杂 ， 不可 避免的存 在积粉部位 和流动死 区及其 引发的阴 燃 。并且褐煤挥发分较高 ， 易燃易爆 。同时， 水分 又高 ， 制粉系统干燥出力严重不足 ， 磨煤机 出口温 度经常低于5 0℃ ， 低于煤粉露点温度 ， 粉仓温度 在 4 5℃左右 ， 煤粉极易粘结在磨煤机人 口、 制粉 系统管道 、 粉仓等设备上 ， 因此 ， 大大增加 了煤粉 自燃 、 爆炸的几率， 制粉系统防爆 、 干燥 问题最为 突出， 亟待解决 。 另外 ， 当锅炉采用热风送粉时 ， 一次风粉混合 风温为 2 3 0℃左右 ， 而褐煤挥发分析 出最低温度 1 2 0℃ ， 混配褐煤后一旦 发生煤 粉沉积 或管道风 速过低 ， 一次风管道将存在安全 隐患。采用双通 道煤粉燃烧器燃用高挥发分褐煤时容易造成燃烧 器喷口烧损 、 喷口附近结焦等问题 。 要想实现大 比例掺烧褐煤 ， 必须 同时解决制 粉系统爆炸 、 干燥 出力不足以及一次风送粉系统 爆炸与双通道燃烧器烧损 、 燃烧器区发生严重结 焦的的技术难题。因此 ， 提 出了大幅度降低 氧气 浓度 ， 消除制粉系统爆炸条件 ， 抽取转向室处中温 炉烟作为干燥介质 ， 并对热风送粉系统加人 调温 风的技术方案。 2 ． 2 计算结果 2 ． 2 ． 1 制粉 系统改造计算 1 设计煤 质。根据 地煤特性 和霍林 河褐煤 特性 ， 具体见表 2所示。以 7号 炉褐煤掺烧 比例 5 0 ％为依据进行制粉系统改造计算。 表 2 中温炉烟系统改造设计煤质 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 锅炉制造 总第 2 2 0期 2 制粉系统计 算。制粉系统进行 了中温 炉 烟改造设计 ， 主要设计参数见表 3所示 。 表 3 制粉 系统改造计算结果 2 ． 2 ． 2 送 粉 系统改造 计算 锅炉原设计采用热风送粉方式 ， 热风温度为 3 5 2℃ ， 当掺烧易着火和燃尽的褐煤 ， 过高的风粉 混合温度会对锅炉运行带来安全隐患。为确保掺 烧褐煤后燃烧器的安全 ， 减少锅炉结焦因素， 将制 粉系统原有 的热风送 粉系统改造为 “ 热 风 温 风” 方式送粉系统 。设计计算主要参数见表 4所 示 表4 送粉系统改造计算 单烧烟煤或掺烧 3 0 ％褐煤时， 磨煤机出 口温度经 常低于5 0℃ ， 甚至有时严重影响锅炉出力。从表 4可知 ， 在机组负荷 7 5 M W 下 ， 当 1号给煤机转速 从 2 9 0 r ／ m i n下降到 2 2 0 r ／ mi n时， 磨煤机出力从 5 9 t ／ h下 降到 4 0 t ／ h ， 同时磨煤机出 口温度从 5 5 ℃上升到6 7℃， 提高幅度最大为 l 2℃。试验结 果表明， 给煤出力满足制粉系统改造设计条件时， 制粉系统干燥出力得到大幅提高。试验时具体数 据见表 5所示。 表 5 给煤量对投用中温炉烟 系统后制粉 系统的影响 3 ． 1 ． 2 大负荷下干燥 出力试验 当机组负荷从 7 5 MW 增加到 I O O MW 时， 中 温炉烟温度升高了4 6℃ ， 热风温度升高了2 8℃。 在煤质以及运行方式变化不大的情况下 ， 2号磨 煤机出口温度提高 l 6℃。 3 ． 2 磨煤机入 口负压与制粉系统末端氧量关系 试 验 在电负荷 7 5 MW、 给煤量 5 7 t ／ h下进行试验 ， 试验结果见图 1和图2所示。 { 擘 赠 E - 图 1 磨煤 机入 口负压与 中温炉烟量关系 3 试验结果 由 图1 可知 ，当磨煤机人 口负压从 5 0 0 P a增 3 ． 1 提高干燥 出力试验 加到 8 5 0 P a时 ， 中温炉烟流量从 3 3 7 0 0 m ／ h增 3 ． 1 ． 1 低 负荷下干燥出力试验 加到4 9 1 1 8 m ／ h ， 制粉系统末端氧量由 1 7 ． 5 ％至 磨煤机额定出力为 4 5 t／ h ， 制粉系统在雨季 1 5 ． 6 ％， 呈明显下降趋势。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 吴景兴， 等 4 1 0 t ／ h劣质烟煤锅炉掺烧褐煤改造技术研究 1 5 咖j 骧 套 磊 磨 煤 机 入 口负 压 P a 图 2 磨煤机入 口负压 与制粉系统末端氧量关 系 在额定 给煤 量下 ， 实 测磨 煤机 通风 量约 为 1 1 0 0 0 0 m ／ h ， 高 出最 佳通 风 量 9 6 4 7 9 ． 5 m。 ／ h 1 4 0 0 0 m ／ h ， 说明 目前磨煤机通风量很大。 3 ． 3 投用温风 系统试验 7号炉原设计 为采 用热风送粉方式 ， 改造后 采用“ 热风 温风” 送 粉方式。图 3对 比了两种 不同方式对一次风温度影响程度。 一 一 赠 d Ⅱ 廷 杂 匿 ■ 热 、 冷风门 1 0 0 ％、 0 ％ ■ 热 、 冷风门 1 0 0 ％、 5 0 ％ 口 热 、 冷风门 1 0 0 ％、 1 0 0 ％ l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l 1 l 2 一 次风管道号 图 3 投入温风 系统对一次风 粉温度的影响 由图 3可知 ， 同样条件下 ， 当温风门和热风 门 开度均 为 5 0 ％ 时， 热风温 度从 3 2 5 ． 5℃下 降到 2 6 5 ． 5℃ ， 一次风温从 2 0 5℃下降到 1 6 8 q C， 降低 了3 7℃ ； 当温风门全开 ， 热风门全关时， 热风温度 平均温度从 3 3 7 ． 5℃下 降到 1 8 3℃ ， 一次风粉平 均温度从 2 0 8℃下降到 1 0 9℃， 降低 了 1 0 0℃左 右。一次风粉温度的大幅降低能够避免一次风管 道着火爆炸、 燃烧器附近结焦和燃烧器的烧损。 3 ． 4锅炉热效率对比分析 在投人中温炉烟系统以及温风送粉系统的条 件下 ， 进行 7号炉掺烧褐煤和单烧地煤 的锅炉热 效率对 比试验 。由表 6分析可知 ， 工况一实测锅 炉热效率 比工况二高 出 0 ． 9 6个百分点。排烟温 度工况一较工况二高 5 ． 4 6℃ 。 表 6 锅炉 效率对比试验结果 4 结 论 1 投人中温炉烟系统 ， 提高磨煤机出 口温度 5～1 0℃ ， 改善制粉系统干燥出力。 2 投人 中温炉烟系统 ， 制粉系统末端氧量从 2 0 ． 5 ％左 右降低 到 1 6 ％左 右， 下 降约 4个 百分 点 ， 提高 了制粉系统防爆能力。 3 投用温风系统 ， 一次风温度最大下 降幅度 约 1 0 0。 【 ， 提高了送粉系统和燃烧器的安全性。 4 在机组 负荷 为 8 5 MW、 掺烧褐煤 5 0 ％ 、 投 人 中温炉烟系统 、 采用“ 热风 温风” 送粉方式的 工况下的锅炉热效率 比同样负荷 、 单烧地煤 、 未投 中温炉烟系统 、 采 用热风送粉方式 的工况的锅炉 热效率高 0 ． 9 6个百分点。 5 通过改造 ， 7号炉实现 了大 比例掺烧褐煤 的 目标。既可燃用地煤 ， 又可燃用混煤 ， 7号炉对 煤种的适应能力增强 。 5 技术指导 1 地煤和褐煤按照 1 1比例进行混配。 [ 下转第 2 2页] ∞ 卯 ∞ ∞ O 3 2 2 l l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 锅炉制造 总第 2 2 0期 5 结束语 煤质变化不仅影响锅炉 的安全运行 ， 同时也 影响锅炉的经济性。煤水分变化、 热值变化直接 影响着制粉系统调温风量的变化 ， 而调温风的变 化影响到通过空气 预热器一次风量的变化 ， 一次 风量的变化引起空气预热器吸热量的变化 ， 从而 使排烟温度和锅炉效率发生变化。锅炉性能试验 时 ， 煤质变化对锅炉效率的修正 ， 一般情况下可以 采取 P T C 4 ． 1的修正方法， 但我们建议应该采用 制造厂给出的修正曲线进行修正。因为制造厂给 出的修正曲线不仅考虑 了煤水分 、 热值变化 的修 正 ， 而且考虑水分 、 热值变化后对制粉系统调温 风、 排烟温度的影响， 这是全面的， 符合实际的。 参考文献 [ 1 ] 严顺林， 电站锅炉排烟温度升高原因的归类分析， 中国电力 V o 1 ． 3 3 ． N o ． 6 ． J u n ． 2 0 0 0 ． [ 2 ] 曹伟．制粉系统运行方式对降低排烟温度的影 响， 中国电力 V o 1 ． 3 3 ． No． 1 2 ． N e c ． 2 0 0 0 ． [ 3 ] 哈锅厂为某电厂提供的锅炉效率修正曲线． [ 上接第 1 5页] 2 投入中温炉烟系统时 ， 关断 门、 调节 门保 持全开 ， 同时调节再循环开度和热风 门开度将磨 煤机入 口负压保持在 8 0 0 P a左右， 该 负压下对应 制粉系统末端氧量约为 1 6 ％。 3 磨煤机出口温度在 6 0 7 0℃之间。 4 掺烧褐煤后 ， 为保证机组的安全运行 ， 1号 制粉 系 统 给 煤 机 转 速 保 持 在 1 4 0 r ／ m i n 一 1 9 0 r ／ m i n ， 2号制 粉 系统 给煤 转 速适 合保 持 在 2 0 0 r ／ m i n～ 2 6 0 r ／ mi n ， 给煤量控制在 4 0 t ／ h～ 5 0 t ／ h之间， 保证磨煤机 出 口温度不低 于 6 O℃， 粉 仓温度不低于 5 5℃。 5 送粉系统在单烧地煤 时可保持 热风门全 开 ， 温风门全关 ， 掺烧褐煤时， 温风门全开。 6 磨煤机启 、 停及断煤时 ， 最易发生爆炸， 上 述条件下都应保证制粉系统有适量炉烟。如制粉 系统启动时， 应先投运抽热炉烟系统； 制粉系统停 运时， 应最后关闭抽热炉烟系统； 制粉系统发生断 煤时， 及时调整磨煤机入 口负压， 维持一定量热炉 烟 ， 开大冷风门。 [ 上接第 l 8页] 图 5 锅炉蒸汽压 力模糊控制器控制回路仿真效 果图 参考文献 [ 1 ] 刘志远， 吕剑虹， 陈来九．智能 P I D控制器在电厂 热工过程控制中的应用[ J ] ． 中国电机工程学报， 2 0 0 2 ．8 ， 2 2 8 1 2 81 3 4 ． [ 2 ] 潘立登， 潘仰东．系统辨识与建模[ M] ． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 4 ． 9 61 0 4 ． [ 3 ] 刘伯高， 俞金寿， 黄道．用改进型 R B F网络进行 催化剂活性估值[ J ] ．化工学报，1 9 9 8 ， 4 9 6 ． [ 4 ] S ．L u a ， B ． W．H o g g ．D y n a m i c n o n l i n e a r m o d e l i n g o f p o we r p l a n t b y p h ys i c a l prin c i pl e s a n d n e u r a l n e t wo r k s [ J ] ．E l e c t ri c al P o w e r a n d E n e r g y S y s t e m s ．2 0 0 0 ． 2 2 677 8． [ 5 ] 张传斌 ， 王学孝 ， 邓正隆．非线性时间序列的模糊 预测方法及其应用[ J ] ．热能动力工程， 2 0 0 1 ， 1 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m