泰州电厂二次再热机组制粉系统设计

姚向昱，朱佳琪，李 林，陈仁杰

(华东电力设计院有限公司，上海 200063)

泰州电厂二次再热机组制粉系统设计

姚向昱，朱佳琪，李 林，陈仁杰

(华东电力设计院有限公司，上海 200063)

介绍了国电泰州电厂二期2×1000 MW工程锅炉制粉系统的设计。针对锅炉燃烧煤种范围宽泛的特点，结合百万机组首次采用二次再热锅炉的现状，对制粉系统的选型设计进行了研究。

制粉系统；磨煤机；二次再热。

国电泰州电厂二期1000 MW工程，采用二次再热技术，锅炉选用上海锅炉厂生产的二次再热塔式锅炉。设计过程中，电厂提出了既要燃用煤质情况较好的烟煤，同时又要燃用价格较为低廉的经济煤种的要求。根据锅炉燃烧煤种的范围变得宽泛的特点，结合锅炉百万机组的锅炉首次采用二次再热技术的现状，本文对泰州工程制粉系统的选型设计进行研究。

1 机组条件

1.1 二次再热锅炉

锅炉为超超临界参数变压运行螺旋管圈水冷壁直流炉，单炉膛、二次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、塔式、露天布置燃煤锅炉。

每台磨煤机引出4根煤粉管道到炉膛四角，炉外安装煤粉分配装置，每根管道分配成两根管道分别同两个一次风喷嘴相连，共计48只直流式燃烧器分12层布置于炉膛下部四角(每两个煤粉喷嘴为一层)，在炉膛中呈四角切圆方式燃烧。

1.2 煤质资料

泰州二期工程以神华烟煤作为设计煤种；满世混煤为校核煤种1；东北煤为校核煤种2。煤质分析资料见表1。

1.3 燃煤量

锅炉BMCR工况(日按20 h计、年按5500 h计)下燃煤耗量见表2。

表1 煤质分析

表2 燃煤消耗量

1.4 煤质的判断

本工程煤种属于中等可磨制、易爆炸易着火稳燃、易燃烬的煤种，因此在炉型和制粉系统选择上都要采取必要措施。

但对比三种煤质的水分及发热量，偏差较大，见表3。

表3 煤质偏差

水分偏差为67%，发热量偏差为30%。特别是校核煤种2的全水分达到26%，接近于褐煤的水分，这就需要磨煤机提供极大的干燥出力，对磨煤机及制粉系统的选型提出新的挑战。

2 制粉系统选型

2.1 初步判定

制粉系统和磨煤机的选择中的首要依据是煤质特性及其变化范围，其中煤的挥发份和磨损指数又是主要因素，不同的煤种特性要求配备不同的制粉系统。制粉系统型式，还要考虑和锅炉燃烧器、炉膛型式相匹配。只有这样，才能保证锅炉性能稳定。由于泰州工程的二次再热锅炉的燃烧方式与一次再热锅炉相同，因此二次再热机组的制粉系统选择可借鉴常规一次再热机组的制粉系统。

磨煤机和制粉系统型式应根据煤种的煤质特性、可能的煤种变化范围、负荷性质、磨煤机的适用条件，并结合锅炉燃烧方式、炉膛结构和燃烧器结构形式，按有利于安全运行、提高燃烧效率、降低NOx排放的原则，经过技术经济比较后确定。对于大容量机组，在煤种适宜时，宜选用中速磨煤机；燃用高水分、磨损性不强的褐煤时，宜选用风扇式磨煤机；燃用低挥发分贫煤、无烟煤或磨损性很强的煤种时，宜选用钢球式磨煤机或双进双出钢球式磨煤机。

根据近年来我国火电厂的运行实践经验，对烟煤(Vdaf= 20%～37%)磨煤机按以下原则选择：

(1) 当煤的磨损性在较强以下(Ke≤ 5.0)时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。

(2) 当煤的磨损性在较强以上(Ke＞5)时，宜选用双进双出钢球磨煤机直吹式系统。

磨煤机的选型和制粉系统的选择是息息相关和不可分割的，表4为对各型磨煤机性能进行综合比选。

正压直吹式制粉系统具有系统简单，煤粉在制粉系统中停留时间短，有利于减少煤粉爆炸和煤粉自燃的事故发生，冷一次风机输送的是空气，工作条件好，没有叶片磨损问题。许多科研设计单位针对正压冷一次风机直吹式制粉系统己做了大量的专题和技术经济比较，得出了比较一致的结论：在煤种适宜时，选用正压冷一次风机直吹式制粉系统是最理想和最经济的。因此国内燃用烟煤的大型机组大部分采用冷一次风机正压直吹式制粉系统。

通过对泰州二期工程设计煤种和校核煤种的分析，初步判定采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统。

表4 各型磨煤机性能综合比较

2.2 经济煤种下中速磨煤机问题分析

燃用设计煤种及校核煤种1时，制粉系统适合采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统。校核煤种2(经济煤种)由于其全水分及挥发分较高，已类似于褐煤的煤质性质，需研究中速磨煤机的适应性。

针对三种煤质情况，对中速磨煤机进行初步选型。选型数据见表5。

根据表5选型，磨煤机的研磨出力能够达到要求。但是为满足干燥出力的要求，对于校核煤种2要求的进口热一次风温为375℃。然而，锅炉空预器所能提供的热一次风温度为342℃，无法满足要求。

分析原因是由于校核煤种2属于类似于褐煤的高水分煤种，在磨煤机研磨过程中需要很大的高燥出力以达到燃烧的要求。因此在磨煤机选型时需要采取措施提高磨煤机的干燥能力，同时需研究可否降低磨煤机出口一次风温以降低进口风温。

经研究，提高磨煤机干燥能力的方法主要有以下两种途径：

(1)方案一：增加磨煤机的通风量，提高干燥能力。

(2)方案二：在同一通风量的条件下，降低磨煤机的研磨煤量，满足干燥能力的要求。可以考虑增加一台磨煤机。

表5 磨煤机性能数据

3 制粉系统及设备选型

3.1 磨煤机出口一次风温

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》的要求，经计算，校核煤种2的磨煤机出口一次风温度需达到74℃以上。

经调研，在燃用类似煤种的情况下，目前华东沿海部分电厂将磨煤机出口一次风温度控制在60℃左右。以泰州电厂一期的#2机组为例，其中速磨煤机燃用不同煤种时的煤质见表6。燃烧不同煤种下，磨煤机的运行数据见表7。

表6 电厂实际煤质资料

表7 电厂一期磨煤机运行数据

续表7

通过表7可以看出，电厂的C磨及F磨在燃烧类似经济煤种过程中将磨煤机的出口一次风温度控制在55℃以下，均能满足锅炉运行的要求。基于以上调研，考虑适当的温度余量，校核煤种2的磨煤机出口一次风温度确定为60℃。

3.2 磨煤机出口一次风温对进口风温的影响

针对校核煤种2，将磨煤机出口一次风温度降低为60℃后，经计算， 磨煤机进口的一次风温度从原来的375℃降低到339℃。

进口一次风温度的降低使制粉系统中速磨煤机方案的可行性增加。但仍需考虑以下问题：空预器出口的热一次风温度为342℃，但系统设计时应当考虑系统的散热损失、锅炉空预器性能的老化等因素引起的热一次风温度的下降。

考虑以上因素后，磨煤机进口的最高热一次风温应按330℃考虑，磨煤机的干燥出力能力仍然不足，需进一步研究增加干燥出力。

3.3 提高磨煤机干燥能力的选型研究

3.3.1 方案一：增加磨煤机通风量

为增加磨煤机的干燥出力，理论上可以考虑将磨煤机的进口热一次风量增加以提高磨煤机的干燥能力。但是收到磨煤机本体结构的影响，通风量的增加需要控制在适当范围内。

结合磨煤机厂的配合、调研情况及表7的数据分析，对于初步选型的ZGM133G磨煤机应将BMCR下通风量控制在150 t/h以下。综合以上研究，考虑将磨煤机的最大通风量上调5%，磨煤机选型计算见表8。

表8 提高通风量下的磨煤机性能数据

分析表8可以看出，对于校核煤种2，增加磨煤机通风量5%后，磨煤机的干燥能力增加，入口一次风温度下降到326℃，磨煤机通风量为149 t/h。能够适应高水分煤的研磨及干燥要求。

3.3.2 方案二：增加磨煤机数量

为满足校核煤种2的干燥出力，可以在保持磨煤机最大通风量及入口一次风温度不变的情况下，减小磨煤机的出力。基于以上考虑，可在机组原来6台磨煤机的基础上，增加1台磨煤机。在燃烧设计煤种及校核煤种1时，磨煤机5台运行；在燃烧校核煤种2时，磨煤机6台运行。

根据以上方案，磨煤机选型计算见表9。

分析表9选型计算，在磨制校核煤种2时6台磨煤机投入运行，整个参数匹配均十分合理，满足制粉系统及锅炉燃烧的要求。

3.3.3 方案比选

方案一中每台锅炉配置6台中速磨煤机，BMCR下5台运行、1台备用。

方案二中每台锅炉配置7台同型号的中速磨煤机，在燃烧设计煤种及校核煤种1时，磨煤机5台运行；在燃烧校核煤种2时，磨煤机6台运行。初投资比较见表10。制粉系统年耗电量比较见表11。

表9 增加磨煤机数量下的磨煤机性能数据

表10 初投资比较

表11 制粉系统电耗比较

通过比选可以发现，两种方案技术上均为可行。但从投资及运行经济性角度分析，方案一更具有优势。

4 结论

针对泰州二期工程燃煤较为宽泛，特别是校核煤种2的水分较高等特点，本报告对制粉系统及其附属设备进行了选型研究。

制粉系统和磨煤机的选择中的首要依据是煤质特性及其变化范围，其中煤的挥发份和磨损指数又是主要因素，不同的煤种特性要求配备不同的制粉系统。制粉系统型式，还要考虑和锅炉燃烧器、炉膛型式相匹配。只有这样，才能保证锅炉性能稳定。由于泰州二期工程的二次再热锅炉的燃烧方式与一次再热锅炉相同，因此二次再热机组的制粉系统选择可借鉴常规一次再热机组的制粉系统。

通过研究及方案的比选，确定制粉系统采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统。燃用设计及校核煤种时，每台锅炉设置6台中速磨煤机，5台运行1台备用。

结合煤质的特点，通过调研及研究，确定燃烧设计煤种及校核煤种1时，磨煤机出口一次风温度按78℃；燃烧校核煤种2时按60℃的煤粉温度。磨煤机选型按基点通风量上增加5%的通风量，控制磨煤机的干燥一次热风温度不高于330℃，最大通风量不高于150 t/h。

[1] GB 50660－2011，大中型火力发电厂设计规范[S]．

[2] DL/T 5145－2002，火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[S]．

[3] DL/T 466－2004，电站磨煤机及制粉系统选型导则[S]．

The Milling Coal System Design of Double Reheat Unit in Taizhou Power Plant

YAO Xiang-yu, ZHU Jia-qi, LI Lin, CHEN Ren-jie
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

The passage introduces the pulverized coal preparation system design of TaiZhou 2×1000 MW thermal power plant. Due to the wide range of the coal characteristic and the application of the 1000MW double reheat boiler for the first time, the pulverized coal preparation system is studied.

pulverized coal preparation system; mill; double reheat.

TM621

A

1671-9913(2016)06-0015-05

2016-02-17

姚向昱(1978- )，男，上海人，硕士，高级工程师，主要从事火力发电厂锅炉专业的设计。