燃用高挥发分低熔点印尼煤的安全技术措施

2013-07-11陈文吴立新孙海峰

湖南电力 2013年1期

陈文，吴立新，孙海峰

(1．湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007;2．湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙410203)

受国内电煤供应市场的变化、运输压力和运输成本等多方面因素的影响，湖南省内各火电厂不断拓宽煤源供应渠道，陆续购进一批印尼煤等高挥发分的煤种。该煤种参数与湖南省电站锅炉设计煤种参数差别很大，且属于高水分、高挥发分、易燃易爆的煤种。湖南省内多家火电厂均掺烧不同比例的高挥发分印尼煤，由于缺乏运行经验，在燃用过程中曾发生制粉系统着火、爆炸事故。煤种与制粉系统不匹配、入炉煤与设计煤种之间煤质特性相差大必然会给生产运行带来安全隐患。本文立足于某600 MW 机组实际运行情况，从燃运管理和运行调整控制出发，探讨燃用高挥发分低熔点印尼煤存在的问题及控制技术措施。

1 设备概况及掺烧方式

某电厂2×600 MW 超临界机组锅炉为东方锅炉厂引进技术制造的国产超临界参数、变压、直流、本生型锅炉，锅炉型号DG1900/25.4－Ⅱ1 型，单炉膛，一次中间再热，尾部双烟道，并带有脱硝装置，采用平行挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置，为内置式启动分离系统。制粉系统采用双进双出钢球磨煤机冷一次风正压直吹式，锅炉设计燃用山西省潞安贫煤与晋城无烟煤的混煤。燃烧设备采用HT-NR3旋流燃烧器，前后墙布置、对冲燃烧。

受煤炭市场影响，入厂煤结构、形势发生了很大变化，煤场中高挥发分烟煤/褐煤的比重逐渐增大，一段时间印尼煤、蒙煤、神华烟煤掺烧比例等曾达到80%，改变了以往以无烟煤、贫煤为主的煤炭库存结构，给燃运管理、煤场安全、上煤方式、机组运行带来了一系列新的问题。入炉煤掺烧方式随煤场储存情况而改变，前期在高挥发分煤量不多时采取与其它劣质烟煤、贫煤掺混的方式，在印尼煤储量逐渐增大的情况下采取印尼煤单独入磨方式。

2 印尼煤的煤质特性

根据文献〔1－2〕，印尼煤在地质年代分布上主要集中在中新世，从其典型特征来说属于高挥发分、高水分、中高热值、低灰分、低硫分、难磨、极易着火和燃尽、易结渣、易自燃的煤。广东、浙江等沿海地区电厂燃用较多，2011年底某厂开始试烧印尼煤，设计煤质与印尼煤质特性数据见表1(由于印尼煤来煤变化较大，表中数据为来煤化验典型数据)。

表1 设计煤种与印尼煤对比参考数据

表1 中数据显示，印尼煤与设计煤种之间煤质特性差异较大，国内燃用印尼煤主要是在中速磨上使用，且都是采取掺混方式，掺混比例一般为33%，最多为50%，在双进双出钢球磨上的燃用报道甚少〔3－4〕。

3 燃用印尼煤带来的主要问题

湖南省电站锅炉的设计煤种以贫煤和无烟煤为主，制粉系统也是根据此设计煤种进行选型，采用双进双出钢球磨。根据规程规范的要求，高挥发分煤种应采用中、高速磨煤机，一次风温、风速、燃烧器选取原则也不同，对褐煤等特高挥发分煤种干燥介质宜采用烟气。电厂考虑到经济利益，燃用严重偏离设计值且不适用现有制粉及燃烧系统的煤种，势必带来一系列问题。

1)锅炉出力下降

在锅炉设备正常情况下，锅炉的出力主要取决于制粉系统的出力。影响制粉系统出力的主要因素是:印尼煤水分大，磨煤机干燥出力不足;印尼煤哈氏可磨性指数为45，相对较难磨，磨煤机出力降低。

2)制粉系统着火和爆炸

印尼煤的高挥发分、易爆特性使印尼煤在燃用过程中极易出现着火和爆炸，制粉系统的着火和爆炸主要是落煤不畅、积粉自燃引起的，运行中常见于制粉系统启停阶段。

3)结焦风险增大

印尼煤的挥发分高，比设计值高3 倍多，着火点温度低，容易在燃烧器喷口处着火，使燃烧器喷嘴结焦。由表1 的数据可知，印尼煤灰熔点低，灰的变形温度、软化温度、熔化温度各值之间相差≤30 ℃，且各值均低于设计煤种，易使锅炉受热面结焦。

4)排烟温度升高

为控制磨煤机进出口温度，制粉系统冷风量比设计值增大，参与空预器换热的冷风量减少，导致排烟温度升高;印尼煤水分大，燃烧后产生的烟气量大于设计煤种，排烟温度呈升高趋势。

5)煤场管理难度增大

印尼煤的挥发分较高，堆放时间稍长，煤场易出现自燃现象，也易造成热值损失。

6)其它

由于印尼煤水分高，使烟气流速增大，飞灰对锅炉尾部受热面的冲刷磨损加剧，增加了炉管减薄泄漏的潜在风险。

4 安全技术措施

印尼煤与设计煤种之间煤质特性差异太大，制粉系统选型与入磨煤不匹配，在实际燃用过程中应遵循“替代原则”、 “最小化原则”和“缓和原则”。

4.1 防止制粉系统着火和爆炸技术措施

煤粉爆炸需要3 个基本条件，即可燃物的存在、合适的氧浓度和足够的点火能量。煤粉爆炸的过程是悬浮在空气中的煤粉的强烈燃烧过程，影响煤粉爆炸的因素主要有煤质特性、煤粉混合物温度、煤粉细度和煤粉浓度等。防止制粉系统爆炸的主要措施一般都是从控制磨煤机进出口温度、控制煤粉细度、防止煤粉沉积、控制氧浓度和控制煤粉干燥条件、防止煤粉热解产生大量可燃气体等方面入手。

1)磨煤机进出口温度控制

①燃用印尼煤时，磨煤机入口温度最高不超过270 ℃，将分离器出口温度控制在60～65 ℃，不得低于55 ℃，防止煤粉结露而沉积。

②暖磨过程中控制温度不超过60 ℃。

③将燃用印尼煤的磨煤机部分逻辑值进行更改并增加声光报警:如任意一侧分离器出口温度达到70 ℃时，应联锁全开对应磨煤机的冷风门，全关热风门(热工连锁投入惰化蒸汽);把分离器出口温度高跳闸值改为＞80 ℃跳闸。

④启停制粉系统和给煤机断煤时，尤其要注意分离器出口温度不超过70 ℃，当温度异常时及时投入惰化蒸汽。

2)煤粉细度控制

磨制印尼煤的磨煤机其分离器折向挡板应开大，煤粉颗粒可适当变粗，煤粉细度可维持在25%～35%左右。

3)磨煤机出力控制

①磨制印尼煤的制粉系统维持高出力运行，容量风门开度控制在50%以上，运行中尽量少做调整，加减负荷时调整其它磨的出力。

②磨制印尼煤的制粉系统不能采取单进双出运行方式，当发生单侧给煤机断煤，超过10 min 处理不好时应按照要求及时停运对应磨煤机，处理过程中严格控制分离器出口温度不超限，处理好后再投入磨煤机运行。

4)磨煤机料位控制

燃用印尼煤时，为防止断煤后磨煤机内煤粉浓度很快达到爆炸极限范围内，应控制磨煤机料位在500～700 Pa 的稍高料位运行。

5)磨煤机粉管风速控制

提高一次风速至28～35 m/s，任何时候风速不得低于22 m/s，增强一次风携带煤粉的能力，防止发生积粉和燃烧器烧坏事故。

6)磨煤机惰化蒸汽的投入

发生下列情况时，须立即投入惰化蒸汽系统，确认料位恢复正常后再停止惰化蒸汽:给煤机发生断煤;给煤机发生故障跳闸;分离器出口温度超过70 ℃;磨煤机筒体料位(均值)低于300 Pa。

4.2 防止锅炉结焦技术措施

锅炉受热面结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上，影响结焦的因素很多，受热面结焦的机理也很复杂，但防止结焦的基本原则是改善产生结焦的基本条件，阻止受热面结焦。

1)锅炉运行中适当增大二次风量，控制省煤器出口氧量＞3.0%，保持炉内氧化性气氛，防止炉内因缺氧导致结焦加剧。

2)保证炉膛出口烟温不超过设计值。锅炉BMCR 负荷下设计出口烟温为1 013 ℃，保证炉膛出口烟温不超过印尼煤熔点，防止过热器、再热器及水平烟道的结焦。

3)锅炉受热面定期吹灰，防止受热面积灰后影响传热;发现受热面结焦及时清除，防止继续恶化。特别是高负荷时，应加强对炉膛受热面的吹灰工作。

4)加强就地看火孔、炉底排渣和捞渣机工作的巡视检查，观察DCS 烟道压力、减温水量和烟温等的变化，综合判断锅炉结焦状况。根据结焦和垮焦情况及时投入吹灰器运行，并视结焦程度可适当增加吹灰次数。

5)当炉膛结焦情况发展趋势明显，且锅炉增加吹灰频率难以控制时，机组可采取快速降负荷方式，以降低炉内温度水平。

6)调整二次风及燃尽风配比，使燃烧中心下移，控制炉膛出口烟温，防止过热器结焦;尽量使燃烧器配风均匀，防止火焰中心偏斜和贴边，防止灰渣附在炉壁而形成结渣。

7)调整每台磨煤机的煤量，确保前、后墙热负荷均匀，和同层燃烧器的煤粉量均匀。

4.3 其它技术措施

1)煤场及输煤安全措施

①煤场和煤斗应加强巡视和测温工作，尤其是夏季环境温度高期间，防止自燃。

②当煤的温度较高或有自燃现象时，应在上煤前实施喷淋。煤温超过50 ℃时，不得进入煤仓。

③输煤沿线的积粉、积煤及时清理。

2)制粉系统优化改造措施

①增大冷风管直径。因为湖南省大部分火电厂燃烧及制粉系统是按照燃用贫瘦煤或无烟煤设计，冷风管路设计流量较小。

②装设防爆门。在制粉系统驱动端和非驱动端两侧加装防爆门，降低制粉系统爆炸产生的危害。

③加装热工测点。在回粉管上加装温度测点，对回粉管温度进行实时监控，避免回粉管堵塞积粉造成煤粉自燃。在分离器出口加装O2和CO 测点，并将其纳入DCS 声光报警，当氧量下降、CO 含量上升时联锁投入惰化蒸汽。在运行平台加装专用雾化水枪，用于制粉系统着火时使用。针对惰化蒸汽系统时有堵塞的情况，对惰化蒸汽系统管路进行优化改造。