淺談電站鍋爐制粉系統(tǒng)在高溫空氣及可燃煤粉介質(zhì)

1、淺談電站鍋爐制粉系統(tǒng)在高溫空氣及可燃煤粉介質(zhì)大唐魯北發(fā)電有限責(zé)任公司范奇帥摘要：結(jié)合盤縣發(fā)電廠鍋爐制粉系統(tǒng)的頻繁爆炸問題，介紹了鍋爐制粉 系統(tǒng)的形式和煤粉性質(zhì)，并對(duì)煤粉的爆炸特性和盤縣發(fā)電廠鍋爐制粉系統(tǒng)的爆炸 原因進(jìn)行了分析，提出了預(yù)防制粉系統(tǒng)爆炸的管理經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)要求及針對(duì)性的改 進(jìn)措施。關(guān)鍵詞：鍋爐；制粉系統(tǒng)；爆炸；預(yù)防；管理電站鍋爐制粉系統(tǒng)在高溫空氣及可燃煤粉介質(zhì)的工況下運(yùn)行，如果系統(tǒng) 設(shè)計(jì)或運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，可能產(chǎn)牛熱爆等安全隱患，嚴(yán)重影響著電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行。據(jù)國內(nèi)150臺(tái)運(yùn)行鍋爐調(diào)查統(tǒng)計(jì)，約有42%的燃煤鍋爐發(fā)生過熱爆問題。 據(jù)美國epri統(tǒng)計(jì)，在美國的361臺(tái)燃煤鍋爐中，平均每臺(tái)鍋爐

2、每年發(fā)生制粉系 統(tǒng)著火1.26次，每年爆炸0.31次，美國有差不多22%的燃煤機(jī)組存在著著火或 爆炸問題，其中有18%的燃煤機(jī)組存在著嚴(yán)重的爆炸問題。因此，制粉系統(tǒng)的熱 爆問題引起了各發(fā)電廠商的高度重視。一次風(fēng)管內(nèi)流動(dòng)的是風(fēng)粉混合物，由于各種各樣的原因，近幾年一次風(fēng) 管熱爆問題時(shí)有發(fā)牛，有的燒毀火嘴，有的靠近火嘴的一次風(fēng)管管段燒紅、變形， 甚至爆裂，導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)，危及機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。木文結(jié)合某廠一臺(tái) 670t/h鍋爐，對(duì)一次風(fēng)管煤粉爆燃問題展開實(shí)驗(yàn)及理論分析研究。1鍋爐概況及研究方案該鍋爐型號(hào)為hg-670 / 140-9,鍋爐本體采用單爐膛口型布置，爐膛 寬度13.66 m,深度1

3、1.66 m,其設(shè)計(jì)煤種為開灤洗中煤，制粉系統(tǒng)為中儲(chǔ)式， 燃燒器采用四角布置切圓燃燒方式。每組燃燒器由6層二次風(fēng)噴嘴、4層一次風(fēng)噴嘴和2層三次風(fēng)噴嘴組該鍋爐自1997年以來，主要燃用山西貧煤與煙煤的混煤，由于所燃用 的煤種有所變化，鍋爐燃燒的穩(wěn)定性變差。燃用某些煤種（或混煤）時(shí)，爐內(nèi)發(fā) 生滅火，與此同吋，在燃用另一些煤種時(shí)，又岀現(xiàn)一次風(fēng)管爆燃的事故。主要表 現(xiàn)：火嘴燒壞，與火嘴連接的一次風(fēng)管發(fā)生振動(dòng)，其至一次風(fēng)管燒紅而爆裂，煤 粉泄漏。出現(xiàn)上述情況，故障停機(jī)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)事故的特點(diǎn)以及 該鍋爐燃燒的歷史狀況，初步認(rèn)為，造成一次風(fēng)管爆燃的根本原因是，該鍋爐所 燃用的煤種發(fā)生了變化，而

4、由于鍋爐結(jié)構(gòu)的限制，鍋爐運(yùn)行無法根據(jù)煤種的變化 作出相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致煤質(zhì)特性與當(dāng)前爐型及制粉系統(tǒng)不相適應(yīng)，從而產(chǎn)生燒毀噴 嘴及一次風(fēng)管爆燃的事故。根據(jù)上述初步分析，有必要首先將該鍋爐目前所用煤 種的燃燒特性（尤其是煤的著火特性）研究清楚，2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及煤質(zhì)特性煤質(zhì)特性分析采用的是leco公司生產(chǎn)的ma-500型工業(yè)分析儀，以及chns-600型元素分析儀。煤的熱重分析（tga）采用德國netsch公司的sta-409 熱重分析儀，氣氛為空氣，溫度范圍為01000°c,升溫速率為20°c/min,樣 品為煤粉。熱態(tài)燃燒實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室一維爐上進(jìn)行，一維爐的結(jié)構(gòu)及流程示意圖參 見圖1。

5、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由給粉機(jī)、燃燒器、燃燒室、尾部煙道、煙氣凈化裝置及煙囪 組成，燃燒器為同心套管直流燃燒器，內(nèi)管為一次風(fēng)口，外管為頂二次風(fēng)口，燃 燒室側(cè)面布置三層二次風(fēng)口。燃燒室由6段爐體組成，每段爐體上布置有取樣 孔及熱電偶溫度測點(diǎn)。通過改變給粉機(jī)的振動(dòng)頻率來改變給粉量，給粉量可在 13kg/h范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)整，以適應(yīng)不同工況、不同煤種的實(shí)驗(yàn)要求。燃燒室 的溫度由敷在保溫磚上的耐高溫電阻絲加熱維持，實(shí)驗(yàn)過程中由控制盤上程序自 動(dòng)控制加熱溫度。在爐體的每個(gè)取樣孔及燃燒室尾部均可抽取煙氣進(jìn)行煙氣分析, 并可獲取固體灰樣，考察其燃盡性能。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析三種典型煤的煤質(zhì)分析結(jié)果煤粉著火穩(wěn)定性指數(shù)fi表征燃料著

6、火的難易程度，定義如下:fi = a/ti+b/tlmax+c (dw/dt) max 式中ti 著火溫度，°c；tlmax最大燃燒速度所對(duì)應(yīng)的溫度，°c； (dw/dt) max煤的最大燃燒速度，mg/min； a、b、c 根據(jù)煤種不同而不同的計(jì)算常數(shù)。式中的ti、tmax> (dw/dt) max可從熱重分析曲線獲得。一亠般而言， 煤粉著火穩(wěn)定性指數(shù)fi越大，煤粉的著火性能越好。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，三種 煤的著火性能高低排列為：煤2→煤3→煤,可見，在其它條件相同的 情況下，煤2較其它兩種煤更容易著火，也就是說，在爆燃的外部條件具

7、備的 情況下，煤2較其它兩種煤在一次風(fēng)管內(nèi)更具有潛在的爆燃危險(xiǎn)性。三種典型 煤的一維爐實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由不同煤種沿燃燒室縱向溫度分布曲線圖可看出：(1)各 燃燒工況下爐內(nèi)氣相溫度分布各不相同，對(duì)于煤1和煤3,在700、800°c爐溫 下，其爐內(nèi)氣相溫度分布趨于平坦，雖然有放熱反應(yīng)發(fā)生，但不明顯，當(dāng)爐溫控 制在900、1000°c口寸，才有明顯的燃燒放熱曲線；對(duì)于煤2,在所有的實(shí)驗(yàn)爐溫 下，都呈現(xiàn)明顯的燃燒放熱過程，說明煤2較煤1和煤3有著較好的著火性能。(2) 各燃燒工況下爐內(nèi)最高氣相溫度各不相同，由高到低排序?yàn)槊?→煤 3→煤1,說明在同樣的

8、外部條件下，煤2更容易著火燃燒。(3)不同煤種不 同加熱溫度的燃盡性能以飛灰含碳量表示，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5看 出，爐溫越高，燃燒室出口的飛灰含碳量越??；在相同的爐溫、相同的停留時(shí)間 及配風(fēng)工況下，燃用煤2時(shí)，其爐膛出口飛灰含碳量較低，說明煤2著火及燃 燒性能明顯優(yōu)于其它兩種煤。(4)上述分析表明，煤2著火點(diǎn)明顯低于其它兩 種煤，著火性能優(yōu)越，考慮到該鍋爐一次風(fēng)管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)行情況，為防止一 次風(fēng)管爆燃的頻繁發(fā)生，在該鍋爐選用煤種吋，建議不選用煤2,優(yōu)先燃用煤1, 慎用煤3,如燃用煤2,必須同吋實(shí)施其它防爆燃措施。4結(jié)束語本文從煤粉著火燃燒的角度出發(fā)，采用實(shí)驗(yàn)的方法，分析了三煤種的著

9、 火性能，為預(yù)防一次風(fēng)管爆燃，提出了建議采用的煤種。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，為徹底 解決一次風(fēng)管的爆燃問題，除了燃用優(yōu)化煤種以外，還有以下幾個(gè)方面需要考慮:(1)合適的煤粉細(xì)度；(2)恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)粉比(煤粉濃度)；(3)適宜的一次風(fēng)溫度;(4) 合適的一次風(fēng)速，避免一次風(fēng)管道內(nèi)煤粉沉積，同吋避免噴口處產(chǎn)生回火;(5) 適當(dāng)控制一次風(fēng)中的氧濃度等。參考文獻(xiàn)：1王汝新，閻海斌，馮德華，岳長虹.75t/h鍋爐粗粉分離器改造及效果j冶金動(dòng)力.2005 (04)2杜忠選，胡亞非，熊建軍，王啟立.中速磨煤機(jī)漏粉原因與密封改 造卩熱能動(dòng)力工程.2007 (02)3康澄杰.陽邏電廠鍋爐制粉系統(tǒng)給煤機(jī)的變頻改造卩華中電力.1999 (03)4馬本鋒.姚電公司2號(hào)鍋爐降低排煙溫度技術(shù)改造綜述j華中電 力.2002 (06)5范小慧.鍋爐制粉系統(tǒng)自動(dòng)化改造和運(yùn)行優(yōu)化