褐煤锅炉制粉系统选型研究

2014-10-15周宏宝

机电信息 2014年18期

周宏宝

（广东国华粤电台山发电有限公司，广东江门529228）

0 引言

褐煤约占我国动力煤储量的18%，主要分布于内蒙古、云南、黑龙江等地，其中以蒙东居多。褐煤是原煤中最年轻的煤种，其特点是水分含量高，全水分一般都在30%以上；挥发分高，一般在40%～50%以上；发热量低，一般在7 000～16 200kJ／kg；灰熔点低，一般在1 200℃左右。目前上述地区现已投运褐煤机组的有元宝山电厂、伊敏电厂、霍林河电厂、上都电厂、呼贝电厂等，按照国家火电能源发展规划，这些电厂未来将坚持集约开发，集中布局大型坑口电厂，煤电一体化建设运营。因此在内蒙地区加快建设大型褐煤坑口电厂，不但充分利用了褐煤资源，避免了褐煤长途运输带来的安全问题，大大降低了发电成本，而且也促进了内蒙地区的经济发展，生产的电力可以源源不断地输往急需用电的京津唐和华北、东北等地区。

1 褐煤锅炉制粉系统选型分析

1．1 制粉系统选型基础

由于褐煤水分高、发热量低，同等级容量的褐煤锅炉与烟煤锅炉比外形尺寸要大很多。国内大型褐煤锅炉通常为亚临界及以上参数，单机容量主要是600MW，可采用四角或八角切圆燃烧方式。锅炉的布置方式主要有塔式、π型。对于同一煤种采用塔式布置和π型布置，其锅炉燃烧和热力性能并无很大差别，制粉系统的选取也可相同。但对于燃用高水分褐煤、采用抽热炉烟的风扇磨制粉系统的褐煤锅炉而言，一般采用塔式布置，主要原因是：塔式炉底层较为宽敞，便于磨煤机和锅炉本体检修；热炉烟可以从炉膛上部锅炉四墙引出；热炉烟管道与风扇磨的匹配较合理；启动能力优，受热面积灰少、磨损小。其缺点是锅炉造价较高。

电厂用磨煤机形式按照磨煤部件的转速可分为低速磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机。进行磨煤机和制粉系统选型及参数设计所必需的煤质数据主要有煤的工业分析、元素分析、可磨指数、冲刷磨损指数、燃尽／着火温度等。按照《电站磨煤机及制粉系统选型导则》规定，褐煤可选用中速磨和风扇磨。国内中速磨主要有从美国CE公司和德国BABCOCK公司引进技术改进的RP／HP碗式中速磨煤机、MPS型滚轮式中速磨煤机、ZGM型滚轮式中速磨煤机、MPS－HP－Ⅱ型滚轮式中速磨煤机，风扇磨主要有引进德国EVT技术的S型风扇磨、从俄罗斯引进技术的MB型风扇磨。

1．2 煤质特性对制粉系统选型的影响

由于各个电厂燃用褐煤煤种存在一定的差异，这个差异很大程度上决定了制粉系统的选型，故弄清楚电厂煤质具体情况对制粉系统乃至锅炉的选型至关重要。表1为蒙东地区几个电厂的主要煤质资料。

表1 各电厂设计煤质资料

1．2．1 原煤水分对制粉系统选型的影响

早期磨煤机制粉系统技术从德国引进较多，受德国燃用褐煤特性经验技术等因素限制，褐煤锅炉一般都建议配置风扇磨制粉系统。后期随着多种技术的引进、试验项目开展及国内外相关机组运行，高水分褐煤对中速磨制粉系统的应用也逐渐增加。元宝山二期、呼贝电厂、上都电厂等一批600MW等级机组均采用了中速磨制粉系统，实际运行情况良好。在美国，褐煤锅炉设计原则常采用中速磨煤机，对煤质水分的适应性美国CE推荐最大水分达39%。美国的马丁湖电站（750MW机组）燃用TEXAS褐煤，配10台RP－1003型中速磨；羚羊谷电站（435MW机组）燃用北DAKOTA州褐煤，煤种水分38%～39%，配9台RP－1003型中速磨。

GB50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》第8．2．1条1款第2）项：燃用高水分、磨损性不强的褐煤时，宜选用风扇磨煤机；当制粉系统的干燥能力满足要求并经论证合理时，也可采用中速磨煤机。DL／T5145—2002《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》修订版中的表4．3．2将中速磨煤机对原煤水分的限制由外水19%改为全水分35%，并说明全水分的限制值要根据热平衡计算最后确定。从以上2个与制粉系统相关的行业标准可以看出，国内在对制粉系统设计选型时推荐意见逐步放开了中速磨对水分要求的限制。

1．2．2 煤的冲刷磨损指数对制粉系统选型的影响

对于已知煤种，磨煤机耐磨件的使用寿命主要由结构设计和耐磨件材质决定。MPS（ZGM，MPS－HP－Ⅱ）磨采用大直径、碾磨面窄的磨辊，磨辊材料采用高铬铁，其使用寿命可达12 000h。HP磨采用成熟的磨辊堆焊工艺和大直径锥形磨辊，磨辊材料采用CE合金，磨辊的预期设计寿命也在12 000h以上，制造厂家对HP磨磨辊的实际使用寿命保证在10 000h以上。风扇磨的最大问题就是磨损比较严重，其在运行中冲击板磨损大、寿命短，如大型S型风扇磨的冲击板寿命只有2 000h左右。

内蒙地区主要褐煤为中生界侏罗纪褐煤，少量新生代褐煤；老年褐煤主要以元宝山、平庄等多数内蒙煤矿产区为代表；伊敏矿区褐煤成型较晚，为年轻褐煤。不同地区煤质软硬程度、煤灰中石英SiO2的含量不同，煤质冲刷磨损指数有较大差距。《电站磨煤机及制粉系统选型导则》规定：风扇磨选型要求磨制褐煤的冲刷磨损指数Ke≤3．5。通过表1对比可以看出，从伊敏到元宝山电厂，煤的冲刷磨损指数变化很大，这就为后期2个电厂的磨煤机维护带来明显差异，如伊敏电厂风扇磨打击板寿命3 000～4 000h，元宝山电厂1 200～1 700h，通辽电厂磨的冲击板寿命为2 000h左右。早期朝阳电厂燃用平庄褐煤，其Ke指数为7，冲击板磨损非常严重，运行周期不足500h。

2 2种制粉系统对比

表2为2种制粉系统的工艺特点对比。

表2 风扇磨制粉系统与中速磨制粉系统分析对比

2．1 技术性分析

中速磨制粉系统在磨制高水分褐煤时，受磨煤机干燥出力及锅炉一次风率的影响，磨煤机干燥出力需进行计算，根据计算确认合理的入口风温度，保证磨煤机干燥出力。中速磨磨制高挥发性褐煤时需安装防爆系统。风扇磨系统因其高速旋转存在磨煤机冲击板寿命短、检修频繁、制粉系统漏风量大、磨煤机提升压头可能不足等问题，同时高温抽炉烟管道的安装和布置对锅炉总体有一定影响。

2．2 运行检修经验分析

国内600MW以上机组既有采用配中速磨制粉系统褐煤锅炉的，也有采用配风扇磨制粉系统褐煤锅炉的，这2种磨煤机在制造方面已没有难度。中速磨与风扇磨均为直吹式送粉系统，运行差距不大。检修方面，由于风扇磨属高速旋转打击制粉，其打击件的磨损情况需特别重视，特别是煤质不稳定掺烧石子煤较多的高灰分劣质煤，会使风扇磨的运行周期大幅度下降，检修维护成本上升。元宝山2号炉为德国EVT公司风扇磨，但由于煤质冲刷磨损较强，经常性更换打击板，检修人力、物力投入较多；3号炉设计采用中速磨后，情况大有改善。

2．3 其他注意事项

磨煤机选型计算时要充分考虑各方面参数修正影响，使其相互间匹配。中速直吹式制粉系统计算时要注意选择好冷热风比率，防止出现热风量配比不足，冷风无调节裕量的问题。风扇磨制粉系统因干燥剂为烟气，干燥剂的初温选择是否合适对抽炉烟位置、锅炉受热面的布置影响较大。风扇磨煤机的通风量直接影响其出力，运行证明，风扇磨煤机的研磨出力富余量较大，主要取决于其通风出力。另外，要注意厂址海拔对设计的影响，海拔升高，烟风系统阻力增加，高海拔地区风扇磨煤机的提升压头将下降，在磨煤机的尺寸相同时，由于通风量的减低，磨煤机出力将下降。