正压直吹式制粉系统

正压直吹式制粉系统（精选6篇）

正压直吹式制粉系统 第1篇

天津军粮城发电有限公司350MW机组配套锅炉为美国B&W公司RB锅炉技术设计制造B&WB-1165/17.5-M锅炉为亚临界参数, 一次中间再热, 固态排渣, 单炉膛平衡通风, 半露天布置, 全悬吊, 自然循环, 单锅筒锅炉。设计燃料为平朔烟煤, 锅炉采用五套HP883型碗式中速磨煤机 (四运一备) 配冷一次风机, 正压直吹式制粉系统。

一次风机提供经空气预热器加热来的热风对原煤不断进行加热干燥使其易于碾磨。被碾磨后的煤粉由热风提供的动力, 在磨煤机内经三级分离后, 合格的煤粉由热风直接吹入炉膛进行燃烧, 不合格的煤粉从气流中分离出来后, 回落到磨碗继续碾磨。

来自送风机的二次风送入三分仓回转式空气预热器, 加热后经风道进入设置在炉膛前后墙的分隔风箱内, 通过燃烧器送入炉膛助燃。

一次风及二次风系统经过空气预热器加热后, 一次风温335℃、风压14k Pa;二次风温347℃, 风压4.5k Pa。一、二次热风系统热风随着机组运行时间的增长, 空预器带灰量的增加而增加。此后随机组运行时间的增长, 热风道漏风、漏粉现象日趋严重。特别是一次热风系统漏风、漏粉情况在制粉系统上的挡板门门轴处尤为严重, 挡板门门轴处的受到高温热损、运动磨耗、及风压作用的共同影响, 以及现有密封构造及密封材料的制约;漏风、漏粉现象一直没有得到彻底解决。主要有两方面的影响。

1.1挡板门门轴漏风漏灰, 降低机组运行的稳定性和经济性, 而且给现场周围环境造成很大的灰尘污染。

1.2冷态检修后无法识别检修的效果;热态情况下, 高达330℃左右的热风在挡板门门轴处漏泄后, 检修人员无法正常更换盘根填料, 且检修空间狭窄, 既影响消缺工作正常进行, 又对检修人员人身安全造成很大威胁。

1.3泄漏后, 带压高温热风及含有颗粒的混合物在泄漏处冲刷设备, 造成设备损坏。

2原因分析

2.1机组锅炉制粉系统采用正压直吹系统, 一次风挡板门轴封在机组运行中, 由于一次热风温度高达330℃左右, 盘根室内的盘根在长时间高温的情况下, 导致热量聚集引起盘根的热及热氧老化;具体表现为热失重、氧化分解, 并在热风及粉尘混合物的冲刷下失去密封功能。具体表现为盘根变硬、变脆及体积变小。最后失去对轴的抱紧力, 具体表现为:当盘根对挡板轴的密封部位的某一局部的单位压强小于单位面积的热风压力时, 泄漏随即发生, 并累积加剧;引发整个密封面失效。

2.2制粉系统起停磨或者调整磨负荷大小时, 一次风挡板门也随着负荷大小随时调整;当挡板门轴转动或晃动时, 盘根对挡板轴施加的单位作用力小于一次风的单位作用力就容易造成盘根与挡板轴之间产生间隙, 盘根对挡板轴施加的单位作用力小于一次风的单位作用力, 以及挡板门轴与挡板外壳在热态下的应力变形不尽相同;致使挡板轴与轴座产生偏心, 在一次风系统的风压作用下, 使一次风从其间隙处吹向风道外。

2.3由于现有的密封构造缺陷, 检修更换密封填料不变, 更换效率较低;更换时, 填料不能保证对挡板轴的密封部位的整个圆周方向均匀的施加作用力, 且在检修验收时无法验证。

2.4经过空气预热器进行预热一次风, 粉尘及颗粒物等含量较多。当一次风系统挡板门轴漏泄后, 导致了生产现场积灰严重, 且由于风、粉的混合物在泄漏处的压力释放效应, 形成风、粉混合物的高速运动气流, 冲刷挡板轴及盘根, 导致盘根加速老化失效, 后冲刷挡板轴, 导致挡板轴损坏。高温、高速运动含有粉尘的气流喷出, 污染现场周围环境;且由于风、粉的混合物在泄漏处的压力释放效应, 形成风、粉混合物的高速运动气流, 冲刷挡板轴及盘根, 导致盘根加速老化失效, 后冲刷挡板轴, 导致挡板门损坏, 失去效能。

3改造方案

3.1针对原有结构的不合理之处取消原挡板门轴处密封结构。见图1。

3.2设计新型密封挡板轴封。新型密封挡板轴封由两块哈夫状的密封体外壳, 通过密封体外壳上设有紧固装置和调节装置将密封体连接合成为整体;将密封体套在门轴上并通过哈夫状的密封体外壳及紧固装置和调节装置将其整体固定在原有的门轴连接法兰上;由于新型密封挡板轴封采用哈夫状密封体壳体, 以及由弹性体制成的密封体, 因而拆卸方便;并使用了复合耐高温弹性体材料。见图2。

3.3在新设计的挡板轴封上采用耐高温复合弹性体作为密封填料, 不会对门轴造成磨损, 最高使用温度350℃, 可在不超过250℃的温度下长期使用 (经实际测量挡板轴密封室位置温度在180℃以下) 。且耐高温复合弹性体具有非常好的补偿作用, 门轴即使有晃动密封体亦可随门轴随动, 及时补偿间隙。见图3耐高温复合弹性体。

3.4填料室、支撑座、耐高温复合弹性体均为活动组件, 只要停止系统运行, 即可进行现场安装。见图4。

4工程规模和内容

4.1项目规模和主要内容:锅炉一次风系统风门挡板, 拆除原有盘根与压盖式传统密封装置。在原有基础上, 每个风门挡板门轴处增加一套填料室、支撑座、耐高温复合弹性体、填料压盖, 利用停炉机会就可以进行现场安装。

4.2安装后, 调节填料压盖螺栓。确保沿轴向不漏风、灰。即使运行中发现有漏风现象, 随即调节压盖螺栓紧力, 即可可保持不漏风、灰。见图5。

5改造后效果

5.1改善现场环境:在运行状态下, 经长周期运行不会因为挡板门轴漏泄产生的灰尘, 而对周边环境卫生造成灰尘污染。

5.2提高热效率:在运行期间, 从挡板门轴处不再漏热风, 提高了机组的经济性和热效率。

5.3不损伤门轴:改造后使用过程中, 只有耐高温复合弹性体与门轴接触, 耐高温复合弹性体对门轴几乎没有磨损。

5.4调节容易:使用过程中, 一旦密封处有泄露, 只需将新型密封挡板-壳体压盖上的4个锁紧螺母再拧紧一些, 就可以消除门轴泄漏。

5.5更换简单:耐高温复合弹性体在使用较长的时间后, 如密封失效, 且调节余量也已用完毕时, 需更换耐高温复合弹性体。更换时, 只需将壳体压盖上的4个锁紧螺母、螺杆松开后, 锥形压盖后移, 取出原耐高温复合弹性体, 换上新耐高温复合弹性体, 最后将锁紧螺杆、螺母上好即可。

5.6运行可靠:门轴密封改造在磨煤机入口热风调节门、关断门、热风气动总门加以实施, 自2014年10月投入使用至今运行18个月以上, 操作灵活可靠, 挡板系统运行至今“0”缺陷。

摘要：本文介绍了350MW机组正压直吹式制粉系统热风道挡板门门轴的设备运行时易发生漏灰、漏风现象, 且在设备运行时难以消缺, 影响设备的正常运行, 污染环境, 甚至造成设备的损坏。针对设计并采用了新型的热风道挡板门门轴密封装置的构造, 能有效的解决热风道挡板门门轴部位的漏灰、漏风现象, 且使用维护便捷。

关键词：热风道,高温漏灰,污染环境,门轴密封

参考文献

[1]成大先.机械设计手册 (第五版) [M].化学工业出版社, 2009, 7.

正压直吹式制粉系统 第2篇

在火电厂的设计中,当选用双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统时,为防止磨煤机漏风、漏粉,磨煤机均设有密封风机。按《火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000中的规定,每台机组应设置两台密封风机,一台运行一台备用。国电聊城电厂二期2×600MW超临界机组工程,在初步设计阶段按《火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000中规定,每台炉设置了两台100%容量的密封风机,在施工图的设计阶段,为响应国家发改委节能减排的号召降低投资,在广泛调研了在用的300MW双进双出钢球磨正压直吹式制粉系统的运行情况后,决定取消磨煤机的密封风机,磨煤机密封风取自冷一次风道。

1 工程设计概况

1.1 煤质资料及燃煤量

聊城电厂二期设计煤种按70%无烟煤和30%贫瘦煤混合煤考虑。无烟煤由山西阳泉煤业(集团)有限责任公司提供,贫瘦煤由山西阳泉地区新源矿提供。校核煤一为80%山西阳泉的无烟煤和20%山西新源贫瘦煤混煤,校核煤二为阳泉的无烟煤和邯峰贫瘦煤混煤。

煤质资料如表1所示。

聊城电厂二期600MW超临界机组在B-MCR时的燃料消耗量(两台机组燃料消耗量相同)如表2所示。

注:机组日运行时间按22h计算,年运行时间按5500h计算。

1.2 主、辅机设备型式及参数

国电聊城电厂二期工程锅炉采用东方锅炉(集团)股份有限公司超临界参数变压直流炉,单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊Ⅱ结构型锅炉,型号DG 1900/25.4-Ⅱ4,最大连续蒸发量(B-MCR)1913t/h,过热器出口蒸汽压力25.5MPa(a),过热器出口蒸汽温度571℃,再热蒸汽出口温度569℃。空气预热器为三分仓回转再生式空气预热器。锅炉燃烧系统选用前后墙对冲方式。一次风机选用成都电力机械厂设备,型号:G 6-2×45-14No18F;型式:双吸双支撑离心式风机;流量:66.8m 3/s;静压升:10288Pa(B-MCR工况);电动机:YKK 630-4型,1800kW,6000V。每炉烟风系统按双路系统布置,在送风机、一次风机的进口设有消音器、暖风器。

磨煤机采用上海重型机器厂有限公司的双进双出钢球磨煤机,型号为BBD 4360,分离器采用动静态旋转分离器,动叶片转速可调,静叶片角度可在分离器外部调整,以适应煤种变化。6台磨在最佳装球量下运行,出口煤粉细度R 90≤6%时的总出力不小于锅炉B-MCR工况燃煤量的115%(动态分离器动叶停止转动时)。

聊城电厂二期工程在磨煤机招标阶段对磨煤机厂家就明确了制粉系统取消密封风机,磨煤机的密封风取自冷一次风,要求磨煤机厂家对磨煤机本体密封风系统及部件进行设计优化,并提出密封风与磨煤机进口风的最低压差要求。经与磨煤机厂家反复协商,签定磨煤机协议时,制造厂要求磨煤机密封风高于磨煤机入口一次风压力的最小允许值2kPa。

磨煤机设计参数如下:

(1)磨煤机最大一次风总流量(含密封风、旁路风):76850kg/h;

(2)磨煤机最大一次风流量(含旁路风):72450kg/h;

(3)磨煤机密封风总量:5720kg/h;

(4)磨煤机密封风进入制粉系统的总量:4400kg/h;

(5)磨煤机旁路风量:5330kg/h。

1.3 有无密封风机的制粉系统对比(见图1)

2 设计中采取的优化措施及实际运行情况

聊城电厂二期工程原设计暖风器在风机出口处,考虑在实际运行中暖风器易出现故障,而风机出口电动风门关闭不严,将影响暖风器检修,故要求将其放在一次风机的吸风口处。当暖风器出现轻微的腐蚀,汽水泄漏故障需更换时,可停一台风机进行检修,另一台风机照常运行。根据锅炉厂提供的数据,空气预热器的压降为定值300Pa,这样要想加大密封风与磨煤机进口处的压差,保证磨煤机厂要求的磨煤机密封风高于磨煤机入口一次风压力2kPa的要求,只能靠减少沿程阻力、局部阻力及通过风道上的风门开度来提高冷一次风与进磨煤机混合风的压差。在施工图的设计中对燃烧制粉系统重新进行了计算,通过选取合理的管径来降低阻力,并对冷一次风的布置进行了优化,以减少沿程和局部阻力,具体采取的措施如下。

(1)在冷一次风的布置中尽量减少弯头以减少局部阻力,选择合适的风道截面,使冷一次风风速在规范要求范围的中间偏下值,以减少沿程阻力、局部阻力。

(2)进磨煤机前的混合风流速按低限选取,以加大混合风的管径(此段较短),使正常运行中进磨煤机的热风调节门处于较少的开度,以增加节流损失,加大热风阻力,使冷、热风的压差增大。

(3)选取合理的磨煤机密封风管径,取密封风的流速在下限值,以减少沿程、局部阻力,并使总管上的密封风调节门正常运行时处于较大的开度,以减少密封风管的节流损失。

通过采取以上措施后,取自冷一次风的磨煤机密封风与磨煤机入口一次风的压差有了较大的改变。

表3为国电聊城电厂二期2×600MW机组3#机组在不同负荷下,B磨煤机两侧进口密封风、混合风、冷一次风母管处的运行压力情况。

kPa

从以上现场运行数据可以看出,国电聊城电厂二期2×600MW超临界工程,磨煤机密封风机取消后(密封风取自冷一次风)经过以上的优化设计,在不同的负荷下磨煤机密封风均高于磨煤机入口一次风压2.5kPa以上,满足制造厂家要求的2kPa的压力要求。现场经过近一年的运行,所有磨煤机均没有出现漏风、漏粉现象,目前现场运行状态良好。

3 投资和经济效益估算

2×600MW超临界机组按《火力发电厂设计技术规程》中的规定共需4台密封风机,如密封风机入口风取自冷一次风,600MW双进双出钢球磨机每台密封风机的选型参数如下:流量为～52000m 3/h,全压为～7.5kPa,电机轴功率为～142kW(380V)。

每台风机的设备购置费用约12万元(含过滤器),每台风机安装费用2700元,每台风机土建费用8200元,发电标煤耗282.7g/kWh(THA工况)。标煤按750元/t,年运行按5500h,计算结果如表4所示。

从以上的分析及估算可以看出,2×600MW超临界机组密封风取自冷一次风的方案,可节约一次性投资约52.28万元,每年可减少使用标煤441.6t,约33.12万元(未包含检修维护费用)。

取消磨煤机密封风机,不但减少了密封风机本身的一次性投资,而且减少了电厂检修人员的检修、维护工作量及密封风机的检修、维护费用,更为重要的是节能、降耗、减排效果非常显著。

4 设计中提出的建议

为保证密封风与进磨煤机的混合风间有一个更高的压差,在设计中除采取以上聊城电厂在设计中采取的措施外,另外还建议采取以下措施来增加密封风与进磨煤机的混合风间压差。

(1)将暖风器设在一次风机出口处,冷一次风母管的接口位置设在暖风器前。暖风器本体阻力约400～600Pa,冷一次不通过暖风器可提高密封风与进磨煤机的混合风间400～600Pa的压差。

(2)取消进磨煤机密封风进口处的调节风门,选合适的密封风管径,以减少密封风阻力,增加密封风与进磨煤机的混合风的压差。因磨煤机密封风的总量占磨煤机的混合风总量的比例很少,约为6%,取消进磨煤机密封风进口处的调节风门对磨煤机总风量的控制影响很少。此方案现还未在工程中实施,但已和磨煤机厂家及聊城电厂的人进行了探讨,均认为是可行的,此建议有待在工程中得以验证。

摘要：国电聊城电厂二期2×600MW超临界机组工程,设计煤质、校核煤质均为低挥发分贫煤,制粉系统采用了双进双出钢球磨煤机正压直吹系统。在初步设计阶段,每台炉设置了两台100%容量的密封风机,之后的施工图设计中,经过充分调研,制粉系统中取消了密封风机,磨煤机的密封风取自冷一次风。经一系列的设计优化,最终使磨煤机的密封风压力高于制造厂家的要求。从试运行一直到满负荷发电,现已运行近一年的时间,磨煤机没有出现漏风、漏粉现象,现场制粉系统运行良好。电厂节能、降耗效果显著。

直吹式制粉系统防堵煤改造方案分析 第3篇

广东某电厂直吹式制粉系统主要包括由上海重型机械厂生产的HP型中速磨煤机和由上海设备成套院设计生产的皮带式给煤机, 这套直吹式制粉系统结构简单、性能可靠, 相比钢球磨煤机其日常检修维护的工作量少很多, 很好地满足了生产要求。

1 系统设备和工作原理简介

系统使用的皮带式给煤机, 具有结构简单、操作方便、控制灵敏、称量准确等特点, 它的主要作用是根据机组负荷所需要的煤量, 把原煤送至磨煤机, 这种给煤机的实际给煤量与指令给煤量的误差可以控制在0.5%以内[1];系统使用的中速磨煤机, 是根据ALSTOM相关技术改进而成, 这种磨煤机煤种适应范围广, 煤粉细度为静态可调式。

原煤经过给煤机称重后进入磨煤机磨盘上, 在磨盘的旋转离心力作用下向磨盘边缘运动, 三个呈120°角布置的磨辊在磨盘旋转的带动下自转, 当向边缘运动的原煤经过自转的磨辊时就被碾碎, 当碾碎的原煤最终运动到磨盘边缘时, 通过风环的一次风就将煤粉带入磨煤机磨盘上部[2], 这样风煤混合物在磨煤机内部经过三级分离后最终由文丘里管均匀地分配到四条粉管中, 由粉管输送至锅炉同一层燃烧器的四个角燃烧, 完成整个制粉和送粉流程。

2 系统主要问题分析

制粉系统存在的主要问题可以高度概括为三个字, 即“磨、漏、堵”, 因此我们日常的主要工作就是“防磨、防漏、防堵”。

2.1 防磨方面

根据磨煤机的运行情况, 制粉系统磨损最严重的区域主要有给煤机出口天方地圆管、落煤管电动闸板门阀座、粉管弯头和风环区域耐磨板, 处理这些区域的磨损必须停运磨煤机而且处理时间较长, 磨煤机管弯头和风环区域耐磨板可以进行内壁衬陶瓷和改型, 已经基本解决此区域的磨损问题[3]。但是给煤机出口天方地圆管和落煤管闸板门阀座由于设计时的尺寸误差, 磨损速度非常快, 经常发生穿孔漏煤的情况。

2.2 防漏方面

制粉系统的防漏主要分为防漏煤和防漏粉。漏煤一般发生在给煤机及出口落煤管上, 主要原因是给煤机端盖门密封条老化, 给煤机出口管上的设备磨损穿孔漏煤;漏粉主要发生在磨煤机出口至燃烧器进口之间的设备上, 主要包括粉管, 弯头、出口闸板阀盘根、膨胀节, 其中粉管、弯头通过衬陶瓷可以大大减少磨损速度, 出口闸板盘根及膨胀节按照使用寿命定期更换也可以解决漏粉问题。

2.3 防堵方面

制粉系统发生堵煤的区域有给煤机进口和落煤管。给煤机进口堵煤主要发生在原煤中含有大石块或者原煤粘度较高时, 其主要是由原煤的特性决定的[4];落煤管堵煤主要是由于原煤水分过高引起的, 雨季或者台风季节是磨煤机落煤管堵煤的高发期, 它严重威胁了制粉系统的安全可靠运行。因此, 解决磨煤机落煤管堵煤是解决制粉系统问题的重点。

3 磨煤机防堵煤改造方案

通过以上分析, 我们得出制粉系统面临的最大威胁就是磨煤机落煤管堵煤。因此, 针对磨煤机落煤管堵煤提出以下几种防堵煤的设备改造[5]。

3.1 磨煤机落煤管尺寸加大

磨煤机落煤管的现直径为610mm, 在雨季原煤水分较大时, 落煤管易发生堵煤, 造成磨煤机停运。通过多次检查发现, 堵煤位置大部分发生在距离落煤管底部1.5~2m的位置, 即磨煤机冷热风交接处。通过与其他同类型制粉系统的对比发现, 落煤管尺寸过小是磨煤机容易发生堵煤的一个重要因素。通过查阅磨煤机图纸等相关资料以及咨询上海重型机械厂, 决定将HP型磨煤机落煤管的直径增加到760mm以利于落煤[6]。

磨煤机落煤管尺寸加大的同时, 与磨煤机落煤管连接的设备部件都需要做相应改造。下面按煤流从上至下的方向逐一介绍相应部件的改造情况:

3.1.1 给煤机出口天方地圆管

该天方地圆管一段接给煤机的出口, 为方型, 另一端与给煤机出口闸板相连, 为圆形, 圆形处的直径需要改为落煤管加大后的尺寸760mm, 这样天方地圆管就需要整体更换。

3.1.2 落煤管

落煤管为不锈钢材质, 厚度为10mm, 需要更换。

3.1.3 磨煤机内部文丘里装置更换

磨煤机内部文丘里装置主要用于将合格的煤粉均匀分配到四条出口粉管中, 将文丘里由内置式改为外置式, 结构简单, 维护方便[7]。图1所示为磨煤机落煤管改造前后情况。

3.1.4 内椎体改大

内椎体主要用于将二级、三级分离后不合格的煤粉送回磨盘上重新碾磨, 同时磨煤机内部的落煤管从内椎体中心穿过直至磨盘上方。因此, 落煤管尺寸改大也需要适当改大内椎体尺寸。

3.1.5 倒椎体改大

落煤管从倒椎体中心穿过到内椎体小口端结束, 倒椎体位于落煤管最下方, 倒扣于内椎体小口段, 倒椎体大口端边缘与内椎体内壁保持20~25mm的间隙, 用于防止磨煤机内部的热风从内椎体小口端反串到内椎体内部。因此, 落煤管尺寸加大, 倒椎体也要做相应的加大改造[8]。

3.2 给煤机煤流中心矫正

给煤机型号为CS2024, 即给煤机皮带为24″, 针对给煤机出口天方地圆管及出口闸板易磨损穿孔漏煤问题, 发现该给煤机的出口设计不是很合理, 即给煤机皮带上的出口煤流经过抛物线运动后正好砸在出口天方地圆管和出口闸板上, 导致磨损严重。也就是说给煤机的出口煤流中心线与落煤管的中心线不重合, 出口煤流的中心线向锅炉前墙方向漂移过多, 如图2所示。

针对给煤机出口煤流与出口落煤管中心线不一致的问题, 提出以下两个解决方案。

3.2.1 降低给煤机出口煤流速度

煤流从给煤机尾部抛出后以自由落体的状态向下流动, 这样煤流的水平位移就取决于它离开皮带时的速度。因此, 降低煤流的水平速度就可以缩短煤流抛出后的水平位移, 使煤流的中心线与给煤机出口管的中心线距离缩短, 防止煤流与天方地圆管、出口闸板接触造成摩擦[9]。

在保证给煤机给煤量不变的情况下, 要降低煤流的水平初速度, 就必须增加皮带上的铺煤厚度, 通过对给煤机入口结构的检查分析得出:只要将给煤机进口的整形板截面积加大就可以提高皮带上的铺煤厚度。改造前的整形罩如图3所示。

通过计算得出, 在保证同等给煤量的前提下, 改造后的整形罩如图4所示, 截面积将增大15.15%, 这时给煤机皮带速度将下降13.2%, 同时煤流离开皮带时的水平分速度也将大大降低[10], 以使煤流对管道的冲刷点大大降低。

3.2.2 给煤机出口管道尺寸加大至760mm

给煤机出口管道的现状是, 天方地圆管与出口闸阀本体靠炉前磨损穿孔严重, 加大天方地圆管与出口落煤管的尺寸, 可以减少给煤机出口煤流与这些部件的接触, 从而减少磨损。因为给煤机出口落煤管与磨煤机落煤管相连, 因此给煤机落煤管与磨煤机落煤管尺寸须一致, 磨煤机落煤管加大到760mm, 给煤机出口落煤管尺寸也应加大为760mm, 这样相当于将落煤管往炉前方向前移了75mm, 这样在降低给煤机出口煤流与加大给煤机出口落煤管的双重作用下, 给煤机出口煤流的运动中心线与落煤管中心线的位置如图5所示。

通过图5我们可以明显看出, 给煤机出口煤流与落煤管中心线基本吻合, 煤流下落过程中并没有与天方地圆管和出口闸板接触, 其磨损也就会大大减弱, 使用寿命也将明显延长。

4 结束语

磨煤机堵煤是威胁制粉系统安全的主要因素之一, 而雨季或者台风季节燃烧水分较大的湿煤是不可避免的, 因此通过对制粉系统设备进行改造以减少堵煤事件的发生, 效果显著。

磨煤机落煤管尺寸由原来的直径610mm加大到760mm, 同时文丘里装置由内置式改为外置式后, 可以大大提高落煤管的通流面积, 减少原煤在下落过程中直接与落煤管内壁接触, 减少落煤管的磨损, 减少磨煤机内部煤粉气流的旋转阻力, 最重要的是可以有效降低落煤管的堵煤概率;给煤机入口整形罩、出口落煤管、出口天方地圆管改造后, 可以降低给煤机出口煤流水平初速度, 避免出口煤流与天方地圆管、出口闸板座接触, 防止煤粉在管壁上粘连堆积造成堵煤, 同时减少煤流对天方地圆管、出口闸板座的磨损, 延长这些部件的使用寿命。

通过以上改造大大减少了磨煤机落煤管堵煤事件的发生, 同时也减缓了落煤管、给煤机出口天方地圆管、落煤闸板门的磨损速度, 延长了它们的使用寿命, 在设备维护上也节省了不少人工和设备成本。

参考文献

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[2]王军, 白岩, 刘同欣.600MW机组直吹式制粉系统中引进技术的应用[J].电力情报, 1994 (04) .

[3]吕建平, 汪文军.浅谈直吹式制粉系统的节能优化调整[J].中国电力教育, 2008 (S1) .

[4]铁镇, 张彬, 张健, 等.中速磨煤机制粉系统调整和改造[J].吉林电力, 2007 (01) .

[5]朱文通, 黄成锐, 陈强.锅炉制粉系统的出力改造[J].能源工程, 2000 (04) .

[6]张萍.锅炉制粉系统选择及优化[J].石油和化工设备, 2005 (05) .

[7]孙保国.电厂锅炉给粉机下粉不畅原因分析及解决措施[J].科技创新导报, 2009 (16) .

[8]董立羽, 肖增弘, 苏杭, 等.电站锅炉制粉系统塞煤问题的对策分析[J].电站系统工程, 2008 (03) .

[9]段学农, 雷霖, 朱光明, 等.直吹式制粉系统设计中存在的问题与对策[J].中国电力, 2011 (07) .

正压直吹式制粉系统 第4篇

1 双尺度燃烧技术原理和特点

双尺度燃烧技术在空间尺度和过程尺度上综合考虑了炉内燃烧降低NOx的解决方案[2], 将炉内三维空间分为近壁区和中心区, 高度方向分为两个氧化还原区, 以独特的空气分级技术, 强化形成两区内三场特性的差异化分布, 包括着火、火焰传播、燃尽等过程的关键节点三场特性差异分布。双尺度燃烧技术的特点如下:

1) 保证锅炉机组降氮改造后效率不下降。在煤粉燃烧时, 其挥发分首先燃烧, 产生COx、NOx和SOx。在欠氧燃烧方式、850 ~ 1100 ℃ 下, 生成氮氢化合物, 其中氨基 ( NH2) 和煤中H生成氨气 ( NH3) , 这样就会形成SNCR脱硝的条件, 如图1所示。

由图1 可知, 燃烧过程中部分NOx已经被还原成H2O和N2, 无法做到充分燃烧, 会降低锅炉效率, 为此, 采用双尺度燃烧技术在主燃烧区上部增加二次风, 形成再次燃烧, 将原来没有充分燃烧的煤燃尽[3], 既满足了锅炉燃烧降低NOx的要求, 又保证了锅炉效率, 双尺度燃烧分区如图2 所示。

2) 双尺度燃烧器具有稳燃性。双尺度燃烧技术具有很强的稳燃性, 可通过改变主燃烧器结构实现, 即采用低NOx燃烧器、一次风喷口集中浓淡组合、接力热回流环涡稳燃等技术手段, 煤粉在喷口处热解着火后, 碳的着火燃烧区段的特性有利于与炉中心复合射流大涡的复合连接[4]。环涡内碳粒有较高的内回流率, 延长了在环涡内停留时间, 显著提高了环涡内碳燃烧发热量。

3) 解决水冷壁结焦和腐蚀问题。由于锅炉一般采用四角切圆燃烧的方式, 煤粉燃烧形成旋窝区, 燃烧后的灰粒被旋转甩出, 高熔点的灰粒接触到水冷壁迅速凝结成焦渣。双尺度燃烧技术就是在水冷壁和燃烧中心形成隔绝, 加装一套贴壁风的形式, 让灰粒不与水冷壁接触, 控制炉膛结焦现象, 在煤粉燃烧过程上优化了燃烧不同阶段三场特性, 使火焰边部可控、可调, 炉膛不结渣, 可实现长时间炉膛不吹灰。

由于水冷壁与燃烧烟气和灰分隔断, 碳氢化合物和NH3也接触不到水冷壁, 规避了水冷壁腐蚀的问题[5]。

2 低氮燃烧器改造边界条件

2. 1 锅炉机组现状

大庆油田电力集团宏伟热电厂1 ~ 5 号锅炉 ( 1、2 号锅炉型号为HG - 220 /9. 8 - HM12, 3 ~ 5号锅炉型号为HG - 410 /9. 8 - HM16) 型式为单炉膛、平衡通风、固态排渣、燃烧褐煤、汽包锅炉, 采用风扇磨直吹式制粉系统, 设计煤种为蒙东大雁褐煤, 锅炉容易结焦, 应用基实际发热量为13 500 k J/kg, 可燃基挥发分为44. 5% , 全水分为36. 1% 。

改造前, 1 ~ 5 号锅炉NOx排放在550 ~850 mg / Nm3, 超出国家标准; 1、2 号锅炉在煤质较差时有结焦现象, 引风机出力略显不足, 运行中出现微正压; 3 ~ 5 号锅炉水冷壁和燃烧器有结焦现象, 3 号炉排烟温度高于设计值。

2. 2 改造不利条件

1) 煤水分较高, 磨煤机的通风量较大, 煤粉初期燃烧所需要的着火点较高, 不利于煤粉着火、稳燃。

2) 制粉系统为风扇磨, 对阻力调节比较敏感。

3) 煤粉颗粒较粗, 均匀性较差; 单回粉管, 容易堵塞。

4) 炉膛高度较低, 燃尽高度偏小。

2. 3 改造后主要性能要求

1) NOx排放浓度1、2 号炉不大于350 mg/Nm3, 3 ~ 5号炉不大于420 mg / Nm3。

2) 锅炉热效率不低于改造前水平。

3) 排放烟气中的CO浓度不大于100 u L / L。

4) 锅炉最低不投油稳燃负荷不高于改造前, 炉内无结焦、结渣现象, 可长期不进行吹灰, 不发生高温腐蚀现象。

5) 未燃尽碳损失、燃烧器阻力不大于改造前。

3 锅炉燃烧器改造方案

综合考虑上述因素, 决定对1、2 号锅炉采用深度的改造方案, 即拆除原燃烧器, 整体更换新型低氮燃烧器, 相应的吊架、切圆、二次风喷口布置、一次风喷口布置、标高等进行调整; 在18. 16 m标高新增加燃尽风, 布置两层喷口, 能上下摆动; 更换磨煤机分离器出口至喷口之间的一次风煤粉管道及弯头; 更换相应的水冷壁管屏; 重新设计二次风风箱、风道、钢梁、保温、楼梯平台等; 在水平烟道增加声波吹灰器。改造立面如图3 所示。

1、2 号锅炉燃烧器喷射方向的假想切圆直径为748 mm, 每组燃烧器共有两层一次风口, 每个一次风口尺寸为906 mm × 616 mm, 两层一次风标高分别为13 325 mm、12 039 mm, AB层二次风与一次风切圆中心反偏3°, 最上层二次风喷口布置两个贴壁风口, 与炉墙夹角15°; 燃烧器喷口均为固定喷口, 每组燃烧器布置上、中、下三层二次风口, 在下层二次风口中设置有油燃烧器, 用于锅炉点火和低负荷稳燃; 在燃烧器一次风喷口周围布置一圈周界风, 中部布置夹心风, 将一次风分为上下两部分, 以实现一次风煤粉的集中浓淡布置; 在四角角区标高18 160 mm处布置两层分离式燃尽风 ( SOFA) 喷口, 其切圆与主燃区相同, 风量占总风量的30% , SOFA喷口可以实现上下各20°垂直摆动, 左右各10°水平摆动。改造前后设计参数如表1 所示。

对3 ~ 5 号炉采用浅度改造方案, 更换一次风组件、二次风喷口, 在上两层二次风喷口增加贴壁风组件; 在锅炉标高20. 7 m处增加燃尽风, 布置两层喷口, 更换相应的水冷壁管屏; 更换磨煤机分离器出口至喷口之间的一次风煤粉管道及弯头; 重新设计改造燃尽风的风箱、风道; 钢梁、保温、楼梯平台等。改造立面图如图4 所示。

3 ~ 5 号锅炉在两层上排二次风喷口处设有贴壁风喷口, 向水冷壁补充氧气, 能有效提高近壁区域的氧化性气氛, 提高灰熔点, 缓解炉膛的结渣。在主燃区上方标高20 700 mm处布置两层分离式燃尽风 ( SOFA) 喷口, 与1、2 炉设计型式相同。改造前后设计参数如表2 所示。

4 改造后冷态试验及结果

1) 测量一次风速, 主要考察送粉量大小。测量结果表明, 5 台炉的风扇磨制粉系统一次风速偏高, 大多数都在40 m/s以上, 所以需通过调整一次风挡板角度, 解决该问题。

2) 二次风特性试验。锅炉二次风特性试验主要是考察二次风门开、关对喷口风速影响。试验结果表明风门特性较好, 不会影响锅炉燃烧调整。

3) 空气动力场试验。冷态空气动力场实际情况通过烟花示踪能够表现出来, 动力场情况较好。气流刚性强, 从下向上看为顺时针方向切圆。锅炉切圆烟花示踪如图5 所示。

5 改造后热态试验及结果

锅炉低氮燃烧器改造后进行热态燃烧调整试验, 主要分析锅炉改造后的燃烧情况、烟气NOx排放情况、排烟含氧量及CO含量, 标定排烟温度、炉膛温度, 给定锅炉燃烧配风方式。

5. 1 试验期间煤质变化

在试验期间, 按应用基低位发热量看, 最好的煤是14. 4 MJ/kg, 最差的煤是12. 64 MJ/kg, 平均值在13. 51 MJ/kg, 总体看煤质稳定, 与设计煤质相差不大。

5. 2 燃烧调整过程中NOx排放情况

在锅炉改造结束后进行了热态试验。调试初期, 3 ~ 5 号炉NOx排放不超过420 mg /Nm3, 改造效果较理想; 1、2 炉NOx排放超过400 mg /Nm3, 没有达到设计要求。

通过反复试验发现, 即使二次风门、二次风总风门关闭很小, 也不会影响锅炉燃烧稳定, 最终确定配风方式为保持束腰配风[6]、关小二次风总风门来调整运行氧量。经燃烧试验调整后, NOx排放情况: 1 号炉最低为270 mg /Nm3, 2 号炉最低为210 mg / Nm3; 3 号炉最低为280 mg/Nm3, 4 号炉最低为210 mg/Nm3, 5 号炉最低为350 mg/Nm3, 1 号和5号炉各种工况下NOx排放监测数据如图6、图7 所示。

5. 3 测定炉膛温度

在3 ~ 5 号炉燃尽风区域前后墙的观火孔处测得炉温, 比角区测得炉温高100 ℃, 表明炉膛内不具有高温结焦情况, 炉膛结焦主要是煤粉颗粒粗, 未燃尽的煤粉颗粒粘在水冷壁上导致的结焦。

5. 4 锅炉热效率试验

根据锅炉热效率及NOx排放试验, 1 ~ 5 号锅炉热效率不低于改造前水平, 其中2 号炉热效率略高于改造前水平, NOx排放浓度达到了设计要求。

6 结论

1) 双尺度低氮燃烧技术首次在大庆油田电力集团宏伟热电厂410 t/h和220 t/h锅炉燃烧褐煤以及风扇磨直吹式制粉系统应用后, NOx排放达到了国家标准, 1、2 号炉NOx排放低于350 mg /Nm3, 3 ~5 号炉NOx排放低于420 mg /Nm3。

2) 锅炉改造后结焦情况明显好转, 吹灰次数明显减少, 减温水量下降, 锅炉热效率不低于改造前水平。

参考文献

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正压直吹式制粉系统 第5篇

近年来,中国许多电厂都采用双进双出钢球磨直吹式制粉系统。现以阳城电厂6×350 MW机组锅炉为例研究这种制粉系统。阳城电厂是山西省变输煤为输电战略决策实施的大型国际性投资公司,机组锅炉岛采用美国福斯特惠勒公司生产的亚临界锅炉,汽机岛采用德国西门子生产的三缸两排汽汽轮机组,主设备全部采用进口设备。笔者通过参加该项目的调试工作,获取了大量的现场经验,事后对中国几家电厂的双进双出钢球磨也做了一番调查比较,发现该设备在技术引进中,在实际应用和控制策略设计中大都采纳或保留了制造厂的思想以及国外商业机组运行规程的特点。其中:a)推荐程序是将钢球磨作为单独设备,与锅炉其他系统关联不大的启停方式(适合于中储式钢球磨的运行方式),而电厂采用直吹系统时考虑的是锅炉的运行工况,制粉系统是作为辅机系统紧密与锅炉状态联系在一起的;b)在采用程序控制时,由于程序的标准化步序与实际操作中灵活多变的方式差异较大;系统的自动化程度不同,使得与标准化步序的配套也不适当,不能被运行操作人员接受。同时,中国火电机组在电网中大部分要参与调峰,负荷变动范围大,磨的启停频繁;c)大部分机组配套的辅机系统并不是最好的,在投产较长的一段时间内,导致停炉事故时有发生,与中储式制粉系统相比,对锅炉运行的影响较大。根据这3种原因,我们对原设计提供的控制策略进行了大的改进并付诸实践。

1 制粉系统简介

直吹式双进双出钢球磨制粉系统的辅机主要包括两大部分:磨的润滑油系统和给煤机系统。该厂制粉系统的润滑油系统是随磨供货,给煤机系统是刮板式给煤机,使用效果良好,全部制粉系统共有31个辅助马达、电动门、调整门,其在该项目上的编码和设备名称见表1。

每台炉制粉系统共设计了4台磨。按设计工况,4台磨出力就可达到炉额定负荷的120%。该厂锅炉采用“W”型火焰炉膛,根据喷燃器在炉膛的布置,4台磨在正常时是全部投入的(根据对称性),这样任1台磨出现故障,其余3台磨仍可维持负荷平稳,但实际运行规程规定3台磨运行1台备用。如果任1台发生故障,则启备用磨。

2 控制系统在暖磨工序上的变化

暖磨步序在以往的中速磨和普通钢球磨的运行规程中是必不可少的。但该项目不同,根据厂家提供的资料,磨煤机在运转前要注意以下问题:磨煤机进煤是湿煤时,需要磨煤机在运转初期,打开磨煤机入口一次风关断阀(PASO)和磨煤机出口风/粉关断阀(BSO)将热空气引入,并控制入口温度为121.1℃～148.0℃,暖磨15 min,以获得60℃～70℃的出口温度。由此可见,在冷态启磨时,是要暖磨。实际运行中,机组常常参与电网的调频,且根据该厂4台磨的使用方式及机组负荷变动较大时磨启停频繁的情况,使用程控启磨时,暖磨就与快速启动相矛盾。考虑到实际应用以及北方地区空气干燥,冷态启动方式很少使用,且DCS系统资源紧张,我们取消了暖磨这一过程。当然,如果在新机组初设时可全面考虑这一问题,采用条件判断和分枝执行手法使得程序设计更完美[1]。

3 磨煤机保护

磨煤机保护共有12项,其中,1/2为本体的超温保护以及出口煤粉超温保护,如,两耳轴温度保护(63℃);磨煤机马达两端温度保护(90℃);磨煤机两端出口风/粉温度保护(140℃)。这些保护均为直接跳磨。在实际运行中,锅炉首次投粉时,炉膛温度相对还不高,我们希望有较高的一次风粉温度。但在该制粉系统中,额定的出口风粉温度只有60℃～70℃,而耳轴的保护只有63℃,提高一次风温度势必对磨本体造成影响。虽然后来略有所提高,但仍不理想,特别是该厂使用的是燃点很高的无烟煤。笔者在调研中发现另一电厂对此有1个解决办法值得借鉴。在双进双出钢球磨直吹式制粉系统中为了提高携带煤粉的一次风风速,在出粉口把辅助风风源改为温度较高的温风。这样既提高了风粉温度,又不对磨本体造成影响[1]。

磨煤机润滑油系统的保护有2项。磨煤机油站设计带有独立性,这是由于厂家销售对象的广泛性考虑的。因此,2台油泵之间的连锁在就地完成。包括全部油泵的保护功能。这在把制粉系统作为整体来看时,油站的启动以及它的启动条件和DCS的衔接就显得重要了。在该厂的调试过程中发现有2个问题,a)2台润滑油泵的连锁在动作过程中有一段低油压过程,导致2台油泵停泵的信号在某一瞬间都存在,引起磨煤机掉闸;b)磨煤机润滑油的断流保护是就地完成的,然后,发往DCS系统。该信号带有时间特征,在DCS系统设计时需要注意。

为了保证初期投粉的安全性,该厂的磨煤机运行规程中设计了低负荷下单喷燃器无火焰的灭火保护。1台磨煤机投入后,至少要有2对火嘴投入,任2对火嘴检测不到火焰且无油枪支持,该磨就跳闸。在负荷到达一定值时,炉膛内保证有火,该保护误动作的可能性就很小了。

齿轮喷淋系统的故障。在磨煤机启动后,齿轮喷淋系统的工作电源与马达电机的电源被同一开关控制,马达启动后,喷淋装置才投入,所以,在启动磨煤机前,该故障信号是一直存在的,使得磨不能正常启动,因此,原来错误逻辑造成的后果不是马上能表现出来[2]。

磨煤机保护是个较大的功能群,它占用的输入点多且重要,在资源分配上尽量集中在1个站内,避免站间通信故障带来的问题。在该厂一期工程我们碰到这样的问题,虽多次改变方法,最终仍不理想,且由于保护功能随主控制功能分块制作,数据要做中间传递,增加了作用环节使得保护信号的传递速度降低。这在其他DCS系统设计时要注意这种功能分配与硬件相结合的问题。

4 磨煤机连锁

跳磨后要求迅速切断通往锅炉的所有通道,原有设计是通过顺控功能组的停磨回路实现的,但还不能满足异常跳磨的要求,将其改为相应间的连锁,主要是这样几项[2]。

a)磨煤机出口风/粉关断闸板(BSO),BSO成对关闭。一次风入口关断阀(PASO)关闭连关BSO。BSO全部关闭连锁磨煤机保护动作。BSO打开的条件有2个,PA-SO关闭和油枪在运行;b)磨煤机入口PASO(一次风入口关断阀)的逻辑较复杂,主要考虑3个方面:停磨时,需检修磨;磨在暖磨和吹扫时的状态;磨在运行时的连锁和保护功能。一次风关断阀PASO打开的条件有3种:任二对磨出口风/粉关断阀BSO打开并辅助风挡板打开,一次风系统正常,磨分离器吹扫阀关闭。一次风机全停,磨煤机停并全部BSO打开。磨煤机PASO是允许打开的。连锁是磨煤机保护动作时,PASO关闭;c)密封风关断阀,给煤机在跳闸后,密封风挡板也应关闭,防止向外喷粉。原设计无这条,我们加以修正;d)给煤机和给煤机出口闸板。磨煤机跳闸连给煤机跳闸,给煤机跳闸连动出口闸板关闭;e)全部磨煤机系统调整门在磨煤机跳闸后,应马上关闭,不进行耳轴分离器吹扫。

5 磨煤机顺控

磨煤机顺控功能组是整套制粉系统的中心。但是,这个功能组只考虑了“冷态启动”这一运行工况,而磨在热态工况下启动较繁琐,程序设计不符合常用目的。相应的各个电动门、执行机构、电机等的连锁和保护不能正常进行。对此,我们做了大量的试验和修改。

磨煤机顺控系统原设计,是在冷态状态下可执行的大的顺序控制功能组,原设计启动部分如下。a)手动打开冷热风门,入口一次风门PASO关闭;b)关闭全部BSO;c)手动打开辅助风挡板;d)吹扫5 min;e)辅助风自动调节投入;f)密封风自动投入;g)A1、A4BSO打开;h)A2、A5BSO打开;i)A3、A6BSO打开;j)启动润滑油泵;k)启动磨煤机;l)打开耳轴吹扫阀;m)5 min后关闭吹扫阀;n)打开A给煤机入口闸板;o)打开A给煤机出口闸板;p)启动给煤机A;q)给煤机投自动并置最小;r)给煤机B入口闸板打开;s)启动给煤机B;t)给煤机B转速投自动;u)给煤机B出口闸板打开;v)一次风调整门打开并置最小;w)入口一次风挡板PASO打开;x)出口风/粉温度调节回路投自动;y)磨煤机煤位调节投自动;z)结束。

其中,BSO的打开是在g,h,i步,需要打开哪2对,通过操作画面的3个预选块上来决定,润滑油泵的启动选择也在画面上有1个预选块。

程序的第n步,r步为打开给煤机上闸板,但由于供货为手动闸板,且后来观察其有1对输出接点用于就地控制箱的指示灯,所以只好采用给煤机皮带有煤信号加在p,s步,在启动给煤机前先判断是否有煤,然后,等待处理。

从整个程序看出,该程序是先进煤,后进风,与自动控制回路的暖磨设计是相矛盾的。磨的顺控和自动调节有1项不能投入[2]。

停磨的过程是个有待研究的问题,原设计是将正常停磨和事故停磨一起考虑的,但没有将连锁和保护分开,执行正常停磨时磨煤机要进行分离器和出粉管的吹扫,且磨入口进冷风进行冷却。这样原设计在停磨后,顺控就根本不用执行,所有的设备已全部关闭。我们将磨停止的状态信号和磨保护跳闸信号针对性地分开给各个子设备以解决这个问题。有关磨煤机顺控部分是该机组的1个重要的功能组,我们对此做了大量的工作,原设计已不再使用,所涉及到的有关问题还有待与同行共同探讨。

6 磨的自动调节

制粉系统自动调节回路主要有密封风差压控制回路、磨煤机煤位、磨出口煤粉温度、入口一次风总风量以及辅助风随动控制等共五类40套控制回路[2,3]。

6.1 磨煤机煤位调节

煤位维护是整台磨运行好坏的关键。煤位测量采用背压式的方法感知煤位的高低。该方法在化工系统应用广泛,煤位测量信号采运双端四点的方式,即2个高位和2个低位信号,它们是煤位自动调节的依据。

原设计将2个高位和2个低位分别取平均值送给调节系统,但在调试中发现,煤位信号经常发生故障,导致控制回路误调节。我们采用了单侧择优的方式来改进。

该信号的准确性与初始的安装关系较大,主要相关的几点:设备提供的特殊一次仪表表管保证其完好,在安装衬瓦、装钢球时要注意保护表管;保证工作气源的稳定和清洁性。

磨煤机煤位调节系统主要分为两大部分。a)在煤位偏差计算回路里,采用了2个SWF(无扰切换功能块)块对高低煤位进行无扰切换。主调节部分分为4部分,一部分是调节偏差计算回路,另一部分是给煤机转速自平衡回路,还有两部分为左右转速调节回路以及转速自动最小回路。偏差计算主要是引入转速前馈,实际上是煤流量的前馈,由于有煤流量信号,所以,我们后来直接将煤流量信号替换转速,从运行角度看,在调整煤位时,是要不断地调整给煤机转速,所以,煤流量前馈的引入意义并不大,我们在整定过程中,将此前馈系数给的很小,以保证煤位偏差为主导信号,在后来的整定过程中也印证了这一观点。测量对象本身响应很快,滞后较小,按目前的参数设定,效果优良;b)在转速调节回路里,我们去掉了偏差的2个大小限幅功能块,这2个块在此的功能对煤位偏差的负值减小是有碍的,也就是说,稳定在低转速下时,若要调节煤位让转速上升,而这时偏差还很小,那么,积分环节就不能很快变化,使得煤位在较大范围内调整。实际上,转速的高低在给煤机就地的控制柜上就有限制[4]。

冬季,原煤仓由于煤湿引起原煤冻结,给煤机在投入自动的情况下,由于瞬间断煤煤位自动降低,造成给煤机转速上调,当突然恢复有煤时,过调很大,造成煤位测量装置堵塞。笔者的解决方案是将皮带有煤信号接入手/自动切换端,断煤时自动切向跟踪,稳定一段时间,等待处理。

6.2 磨煤机出口温度调节

磨温度控制回路主要有暖磨回路和出口温度控制回路,均为单回路设计。

自动暖磨的回路,在冷态启动时是需要的,而在热态下,磨煤机内有煤粉时并不需要,所以,这一块有待重新考虑。回路里还有2个前馈,a)入口温度的前馈,b)一次风量前馈。当入口原煤的湿度和给煤量不同时,入口温度与出口温度的对应关系也不同,入口温度前馈的系数也就不是维一的。笔者认为,只需考虑出口风/粉温度的稳定,允许入口温度在一定范围内变化,而调节不发生变化。

7 结语

通过机组的运行测试,这种双进双出钢球磨制粉系统性能稳定、控制品质优良。

由厂家提供的350 MW机组双进双出钢球磨制粉系统的运行方式给我们提供了基本的方式,为设备的设计和研究奠定了基础。这种设备的应用越来越广泛,如何结合中国的情况和国外设备的特点,使得双进双出磨煤机系统处在优良的运行工况下是我们的研究课题。同样,在软件编程上,极力利用DCS系统特点设计一些适用的控制策略,也是工程建设者共同研究的方面。

参考文献

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正压直吹式制粉系统 第6篇

关键词：超临界,制粉系统,双进双出钢球磨,配置

0引言

磨煤机作为制粉系统的核心设备, 其选型和优化配置直接关系到电厂的初投资以及经济、安全运行。本文结合国内某660MW超临界机组的煤质特点, 针对制粉系统磨煤机的配置进行技术经济比较, 以便选用适合本工程的制粉系统及磨煤机配置方案。

1燃煤及特性

本工程的煤质资料见表1。

按《发电厂煤粉锅炉用煤技术条件》 (GB/T7562-2010) [1], 本工程设计煤种属低挥发份、磨损性强、中高灰份、中水份、中硫份、难着火、难燃烬、轻微结渣的中发热值贫煤, 接近无烟煤。

2制粉系统选择

根据《大中型火力发电厂设计规范》 (GB50660-2011) [2]规定:磨煤机和制粉系统形式应根据煤种的特性、可能的煤种变化范围、负荷性质、磨煤机的适用条件, 并结合锅炉的燃烧方式、炉膛结构和燃烧器结构型式等因素, 经过技术经济比较后确定, 并明确规定:对无烟煤、低挥发分贫煤、磨损性很强 (Ke>3.5) 且易爆的烟煤等煤种, 当技术经济比较合理时, 可选用双进双出钢球式磨煤机。当采用中速磨煤机或双进双出钢球式磨煤机制粉设备时, 宜采用直吹式制粉系统。

由此可以看出, 磨煤机和制粉系统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Vdaf和哈氏可磨系数HGI等是主要的考虑因素, 同时还必须考虑磨煤机的适用条件, 因不同形式的磨煤机有不同的特点和性能。本工程设计煤质属于低挥发份磨损性较强、较差的着火稳定性和燃尽特性的贫煤, 设计煤种煤粉细度R90=7%, 因此要求磨煤机能最大限度地满足锅炉对煤粉细度和均匀性的要求, 以确保安全、经济运行。本工程煤质对于中速磨煤机来说, 在技术上要达到锅炉燃烧所要求的煤粉细度 (R90≤7%) 和要求的出力很难, 因此本工程的磨煤机选型按低转速的钢球磨煤机考虑。钢球磨有单进单出和双进双出两种类型。单进单出钢球磨煤机一般采取中贮式热风或乏气送粉制粉系统, 该系统存在着系统复杂, 电耗大, 土建及运行、维护费用高, 排粉风机磨损严重等缺点, 而且在660MW超临界机组上运用很少;而双进双出钢球磨煤机一般采取正压直吹式制粉系统, 该系统具有结构紧凑、简单、制粉系统漏风少、满足低挥发份煤种的着火与燃尽, 并且在整个负荷范围内均有较高的煤粉细度等优点, 对较难磨制及磨损指数大的煤种特点具有良好的适应能力。大量运行实践证明, 双进双出磨煤机可靠性高, 维护费用低, 特别适合磨制难磨的、细度要求高的低挥发份燃料。因此, 双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统是本工程首选、经济、可靠的制粉系统。

3磨煤机型式及台数配置方案

3.1磨煤机型式

双进双出钢球磨主要有三种型式:美国FW公司产D系列双进双出钢球磨、总部设在瑞典的SVEDALA公司产双进双出钢球磨以及法国STEIN公司产BBD系列双进双出钢球磨。这三种型式的双进双出钢球磨在国内引进的火电机组中都有应用业绩。国内生产的双进双出钢球磨主要也是上述三种型式, 其技术亦来自上述三家, 如能生产D系列和BBD系列双进双出钢球磨且有较多业绩的沈阳重型机器厂、生产BBD系列双进双出钢球磨的上海重型机器厂、生产SVEDALA系列双进双出钢球磨的中信重型机械公司 (原洛阳矿山机械厂) 。本文暂按BBD系列考虑。

3.2磨煤机台数的配置

3.2.1耗煤量

注:日运行小时数按20小时计;年运行小时数按5000小时计。

根据本工程的煤质资料, 锅炉在最大连续蒸发量 (BMCR工况) 运行时, 耗煤量如表2:

3.2.2磨煤机台数

根据《大中型火力发电厂设计规范》 (GB50660-2011) [2]的技术要求“直吹式制粉系统, 当采用双进双出钢球式磨煤机时, 不宜设备用磨煤机, 每台锅炉装设的磨煤机的台数宜不少于两台”。因此, 本工程每台炉磨煤机配置可以按照3台、4台、5台和6台磨煤机配置考虑, 其中3台磨和4台磨配置方式弊端较多, 为了锅炉的安全经济运行不考虑采用, 本文主要对每台锅炉配置6台磨煤机和5台磨煤机两种方式进行技术经济比较。两种配置方案的特点见表3:

从表3可知, 5台磨停1个分离器满足锅炉BRL工况, 但停1台磨需降负荷;而6台磨则可靠性高, 运行灵活, 停1台磨也可满足锅炉BRL工况, 而且国内大多数600MW级机组采用6台磨方案, 其运行、维护经验丰富。

4两种配置方案磨煤机比较

4.1磨煤机选型原则

根据《大中型火力发电厂设计规范》 (GB50660-2011) [2]和《电站磨煤机及制粉系统选型导则》 (DL/T466-2004) [3], 确定本工程双进双出钢球磨煤机选型原则:

1) 入磨煤的粒度≤30mm;

2) 煤粉细度:R90=7% (设计煤种和校核煤种) ;

3) 磨制设计煤种时, 6台 (5台) 磨煤机运行保证总的出力不小于锅炉B-MCR工况时的燃煤消耗量的115%;磨制校核煤种时, 6台 (5台) 磨煤机运行保证总的出力不小于锅炉B-MCR工况时的燃煤消耗量。

4) 磨煤机分离器出口温度≤100℃。

4.2磨煤机选型结果

方案一:按照每台炉6台磨配置, 磨煤机型号为BBD4360, 主要数据见表4;方案二:按照5台磨配置, 磨煤机型号为BBD4760, 主要数据见表5。

5两种配置方案的技术经济比较

5.1两种配置方案的技术比较

5.1.1系统流程

方案一:原煤仓中的原煤经2台给煤机分别送至磨煤机两端, 进入磨煤机中磨制, 煤粉由干燥剂热风携带从磨煤机两端出来, 经煤粉分离器分离, 细度合格的煤粉直接进入炉膛燃烧。每台磨两端的煤粉出口通过煤粉分配器各分为2路, 合计24根送粉管道与锅炉燃烧器相连。系统设有旁路风, 接入煤粉分离器关断门后送粉管道, 低负荷时补充风量以保证送粉管道内风速, 以防煤粉沉积, 同时兼作停炉时吹扫之用。磨煤机出力由进入磨煤机的风量控制, 而风量大小又响应锅炉负荷变化。给煤机的出力由磨煤机的煤位高度控制, 可双侧运行, 也可单侧运行, 还可单侧给煤, 双侧出粉。每台炉配置6台原煤仓、12台给煤机、6台双进双出磨煤机 (不设备用) 、48台燃烧器。

方案二:系统烟风流程与方案一基本相同, 主要区别在于方案二每台炉配置5台原煤仓、10台给煤机、5台双进双出磨煤机 (不设备用) 、40台燃烧器。每台磨两端的煤粉出口通过煤粉分配器各分为2路, 合计20根送粉管道与锅炉燃烧器相连。

5.1.2系统主要设备选型

5.1.2.1原煤仓

方案一:每台磨煤机对应一座原煤仓, 原煤仓采用筒形裤衩式煤斗, 每个煤仓的几何容积为565m3, 6座煤斗可以满足锅炉最大连续蒸发量时燃烧设计煤种9.54小时的耗煤量, 满足规程要求。

方案二:每台磨煤机对应一座原煤仓, 原煤仓采用筒形裤衩式煤斗, 输煤系统按两班制运行, 每个煤仓的几何容积为679m3, 5座煤斗可以满足锅炉最大连续蒸发量时燃烧设计煤种9.54小时的耗煤量, 满足规程要求。

5.1.2.2给煤机

方案一:每台锅炉配置12台给煤机, 选用皮带式电子称重给煤机, 设有断煤监控装置。考虑双进双出磨煤机允许单侧运行, 每台给煤机的给煤能力能保证满足磨煤机单侧运行时的计算出力。给煤机初步选型10~80t/h, 给煤距离分别为3642mm和3663mm。

方案二:每台锅炉配置10台给煤机, 给煤机初步选型10~80t/h, 给煤距离分别为3663mm和3842mm。

5.1.2.3磨煤机

方案一:每台锅炉配6台BBD4360型双进双出磨煤机。

方案二:每台锅炉配5台BBD4760型双进双出磨煤机。

5.1.2.4燃烧器配置

方案一:燃烧设备系统为四角布置, 采用切圆燃烧、摆动式燃烧器, 燃烧器采用垂直方向浓淡分级燃烧, 下部布置6层浓煤粉喷嘴, 送入80%的煤粉, 在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有2层辅助风喷嘴, 其中各包括1层预置水平偏角的辅助风喷嘴 (CFS) , 1只直吹风喷嘴;上部布置6层淡煤粉喷嘴, 送入20%的煤粉;每角各布置12层煤粉燃烧器, 共布置48只低NOX煤粉燃烧器。最上层是SOFA喷嘴, 煤粉和空气从四角送入, 在炉膛中呈切圆方式燃烧。

方案二:燃烧器型式和方案一相同, 仅将原6层浓淡燃烧器最下一层取消。每台炉配5台磨煤机的方式, 目前同类工程中仅有沁北电厂二期投入运行, 该工程为东锅前后墙对冲炉型。本工程煤质为低挥发份贫煤, 针对该煤质情况, 上海锅炉厂推出采用引进ALSTOM公司的带垂直浓淡分离的四角切圆炉型。该炉型已在潍坊电厂二期两台670MW超临界机组上投运, 潍坊电厂二期制粉系统采用6台双进双出钢球磨煤机。本工程锅炉以潍坊电厂二期炉型为基础, 对于5台磨方案, 从技术上讲没有问题, 仅需在原炉型基础上取消一层燃烧器, 并对炉膛重新设计, 但燃烧区热负荷、单台燃烧器热负荷均需加大、NOX增多, 对原炉型的炉膛影响较大, 而且无法实现4台磨带BRL负荷, 上锅厂认为此修改会对燃烧产生较大的影响, 不推荐采用该方案。

5.1.3两种方案的煤仓间布置

5.1.3.1方案一

煤仓间跨度为16m, 炉前通道跨度为8m。本方案每台炉采用6台双进双出钢球BBD4360型磨煤机, 考虑到运行及检修条件, 煤仓间柱距为12m, 煤仓间内设有0.0m层、13.7m层和35.0m层。由于双进双出钢球磨煤机的轴向和横向尺寸均较大, 为提高煤仓间的空间利用率, 将煤仓间与炉前通道综合考虑, 0.00m层每台炉布置6台双进双出磨煤机及其附属设备, 磨煤机偏心布置, 电动机采用内置布置方式, 磨煤机本体布置在煤仓间内, 炉前留有贯通两炉宽度大于4.5m以上的检修及运输通道, 靠C列侧布置有磨煤机润滑油站。煤仓间和炉前通道13.7m层布置给煤机、磨煤机的外置式煤粉分离器等。35.0m层布置两条输煤皮带, 由于集控楼插入框架至C列柱, 输煤皮带在集控楼上方框架断开处采用栈桥通过, 可以减少煤仓间体积。35.0m层和13.7m层之间, 对应6台磨煤机, 各布置1座圆煤斗, 圆煤斗下部为两个呈裤衩形的半斜椭圆锥型小煤斗, 分别向1台磨煤机的2台给煤机输煤。

5.1.3.2方案二

本方案由于采用5台双进双出钢球BBD4760型磨煤机, 和方案一不同之处主要如下:

1) 煤仓间跨度为17m, 煤仓间输煤皮带层为36.7m, 煤仓间屋顶层标高为44.25m。

2) 36.7m层和13.7m层之间, 对应5台磨煤机, 各布置1座圆煤斗, 共5台原煤斗。每台磨煤机对应2台给煤机, 每台炉共10台给煤机。

3) 磨煤机采用5台BBD4760型, 筒体有效长度为Ф6140mm, 有效内径为Ф4650mm, 煤仓间跨度改为17m才能布置下磨煤机本体。

4) 其它和方案一相同。

5.1.4两种方案综合技术比较

两种方案综合技术比较见表6。

从表6可以看出, 在防止结焦、降低水冷壁出口温度偏差、降低NOX排放、磨煤机和锅炉燃烧器匹配、更有利于稳定燃烧、保证锅炉效率、运行控制灵活、运行经验丰富上等多方面, 方案一比方案二有利。另外方案一采取6台磨配置, 在实际运行中5台磨能带到额定负荷;而方案二采取5台磨配置, 在实际运行中如果1台磨出现故障, 4台磨是不能带到额定负荷的。特别是本工程设计煤质不易着火和稳燃, 更需要考虑磨煤机的备用系数问题。

综上所述, 从技术角度出发, 本文推荐采用6台双进双出钢球磨配置方案。

5.2两种配置方案的经济比较

5.2.1初投资比较

两种配置方案初投资比较见表7。

表7中:1) 表中价格参考限额设计指标。其中对于BBD4760的价格, 通过对国内制造厂的询价, 取120万元。

2) 燃烧器含在主机价格中, 不作为比较, 表中未列。

3) 方案一送粉管道为24-Φ580×10, 方案二送粉管道为20-Φ610×10, 两方案送粉管道重量比较接近, 表中忽略未计。

4) 6k V电缆两方案相差不大, 表中忽略未计。

5.2.2运行成本比较

两种配置方案运行成本比较见表8。

从表8可知:单台炉BMCR工况方案一比方案二运行功率约少114k W, 按年利用小时5000h计, 则方案一比方案二年运行耗电量约少5.7×105k W·h, 年运行费用少23.94万元 (按0.42元/k W·h计算) ;单台炉BRL工况方案一比方案二运行功率约少1270k W, 按年利用小时5000h计, 则方案一比方案二年运行耗电量约少63.5×105k W·h, 年运行费用少266.7万元。从运行电耗看, 在BMCR工况, 6台磨方案最低, 而且在BRL工况, 6台磨占有很大优势。

5.2.3年检修维护费用比较

方案一6台磨出力相对5台磨运行调节灵活, 磨出力备用系数相对较高, 虽然两台机组多2台磨煤机的检修维护, 但方案二每台磨的检修维护相对费用多, 总体费用相差不大。

6结论

通过两种方案的技术经济比较, 尽管方案一 (采用6台磨) 比方案二 (用5台磨) 两台炉初始投资高443万元左右, 但在BMCR工况下方案一两台炉年运行费用少47.88万元左右;在BRL工况下方案一两台炉年运行费用少533.4万元左右, 另外, 每台炉按照6台磨配置方式在防止结焦、降低水冷壁出口温度偏差、减低NOX排放、磨煤机和锅炉燃烧器匹配更有利于稳定燃烧、备用系数大、保证锅炉效率、运行控制灵活、运行经验丰富上等多方面, 都比每台炉按照5台磨配置方式有利。因此, 从锅炉的安全稳定、经济运行出发, 推荐采用方案一, 即采用6台双进双出钢球磨配置方案。

参考文献

[1]GB/T 7562-2010发电厂煤粉锅炉用煤技术条件

[2]GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范