制粉系統(tǒng)改造可行性研究

III內蒙古電廠內蒙古電廠一期鍋爐制粉系統(tǒng)改造可行性研究內蒙古電廠內蒙古電廠二○一四年十一月

目錄前言 11.設備介紹 11.1鍋爐本體簡介 11.2制粉系統(tǒng)簡介 22.褐煤及燃用褐煤鍋爐特點 42.1褐煤特點 42.1.1著火和燃盡特性 42.1.2結渣及沾污特性 42.1.4折算成分 42.2褐煤鍋爐的特點 43.燃用褐煤的關鍵技術問題 53.1制粉系統(tǒng)的防爆 53.2制粉系統(tǒng)的干燥出力 64.實際運行中存在的問題及原因分析 64.1制粉系統(tǒng)目前存在的問題 64.2原因簡析 64.2.1磨煤機出力 64.2.2干燥出力偏低 75.改造原則 86.改造方案 96.1改造的基本技術路線 96.2抽取高溫爐煙 97.制粉系統(tǒng)改造的計算 117.1主要參數的影響和選取 117.1.1煤粉水分 117.1.2高溫煙氣的參數 117.1.4制粉系統(tǒng)終端溫度 117.1.5磨煤機碾磨出力 117.2制粉系統(tǒng)熱力計算 128．抽取高溫煙氣的優(yōu)點 138.1滿足干燥和防爆要求 138.2改造管道阻力小 138.3調節(jié)靈活 138.4有助于降低NOx排放濃度 138.5改造成本較低 139．改造投資估算 1410.結論 14PAGE14前言內蒙古電廠1號機組鍋爐為俄羅斯制造的500MW超臨界直流鍋爐，配8臺風扇磨，燃用伊敏本地褐煤。機組投產至今出現了機組在中低負荷運行時干燥出力不足的問題，不僅造成了一定的環(huán)境污染，限制了機組帶負荷能力，還可能帶來制粉系統(tǒng)的重大安全隱患。1.設備介紹1.1鍋爐本體簡介內蒙古電廠1號機組鍋爐為俄羅斯制造的500MW超臨界直流鍋爐，型號為∏n-1650-25-545BT。鍋爐為單爐體，全懸吊，T型結構，燃用伊敏本地褐煤。鍋爐采用風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)、八角噴燃切圓燃燒、平衡通風，兩臺軸流式送風機從鍋爐爐頂取風，經暖風器后和熱風再循環(huán)風機來的熱風混合加熱至50℃以上，送入空氣預熱器將其加熱到305℃后進入空預器出口風道。鍋爐主要熱力參數表1-1。表1-1鍋爐參數表項目單位100%負荷70%負荷60%負荷額定蒸發(fā)量t/h16501155990再熱器蒸汽流量t/h1357950815主蒸汽溫度℃545545545主蒸汽壓力MPa2524.224再熱汽入口壓力MPa4.162.922.49再熱汽出口壓力MPa3.922.82.41再熱汽入口溫度℃295267262再熱汽出口溫度℃545545545給水溫度℃271248240暖風器后風溫℃303030空預器入口風溫℃606060空預器出口風溫℃305282279排煙溫度℃153146147保證效率%89.5//計算熱效率%90.0890.388.9鍋爐理論空氣量Nm3/kg3.13.13.11.2制粉系統(tǒng)簡介鍋爐采用風扇磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，配8臺MB3400/900-490型磨煤機，磨煤機布置在鍋爐四周，每臺磨煤機供給四個煤粉燃燒器。在磨煤機出口裝有慣性分離器，用以調節(jié)磨煤機出口的煤粉細度，在磨煤機慣性分離器后裝有可調節(jié)旋流式煤粉分配器，通過調節(jié)分配器葉片角度來調節(jié)各層煤粉燃燒器的煤粉濃度。給煤機是復合式給煤機，由刮板式配料器和輸送機組成。制粉系統(tǒng)的干燥劑由熱空氣、熱煙氣和冷煙氣組成，設計熱風溫度為307℃，熱煙氣溫度為719℃。該磨煤機葉輪直徑為3400mm，沖擊板寬度900mm，工作轉速490轉/分，配套電機電壓6000V，功率1000kw。磨煤機保證出力77t/h，煤粉細度R90=55~60%，R1000≤2%。磨煤機設備特性參數見表1-2。表1-2磨煤機主要參數表項目單位備注1型號MB-3400/900/4902數量臺8每臺鍋爐3T/h4額定轉數4956磨煤機通風量M3/h出口溫度120℃磨煤機出口全壓KPa78煤粉細度R90R1000〈2%9葉輪直徑mm340010葉輪重量T1311打擊板寬度mm90012打擊板高度mm49013磨煤機入口溫度℃〈49014磨煤機出口溫度℃120-20015磨煤機軸封風量M3/h300016落煤管密封風量M3/h600017電機型號Aдот-1000/6000-1218電機功率Kw100019電機電壓Kv620電機電流A135.221電機轉數495鍋爐燃用伊敏露天礦褐煤，設計煤種及校核煤種均為高水分褐煤，具體煤質資料及灰分析資料見表表1-3。表1-3設計燃煤特性名稱符號單位設計煤種上限煤種下限煤種收到基碳份Car%36.8936.0432.77收到基氫份Har%1.782.131.94收到基氧份Oar%11.3411.7510.71收到基氮份Nar%0.380.360.33收到基硫份Sar%0.400.170.12收到基灰份Aar%9.810.5514.13收到基水份Mar%39.4139.0040.00空氣干燥基水份Mad%11.1013.999.13干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf%4544.3044.30低位發(fā)熱量Qnet,ar(kcal/kg)281529582635可磨性系數HGI-77.881.566磨損指數AImg/kg2321.528灰成份分析表名稱符號單位設計煤種校核煤種二氧化硅SiO2%26.2829.60三氧化二鋁Al2O3%22.7721.0三氧化二鐵Fe2O3%6.328.28二氧化鈦TiO2%0.850.78三氧化硫SO3%6.249.21氧化鈣CaO%13.327.32氧化鎂MgO%2.701.98氧化鉀K2O%1.682.04氧化鈉Na2O%0.390.68二氧化錳MnO2%0.150.132.褐煤及燃用褐煤鍋爐特點2.1褐煤特點我國褐煤已探明儲量在1200億噸以上，主要分布在東北地區(qū)和云南省。褐煤是煤炭資源中行程時間較短的煤種，其特點是含碳量低，干燥無灰基揮發(fā)分很高，其Vdaf＞35%，故極易自然；又因水分、灰分以及含氧量較高，因而發(fā)熱量相對較低，多數褐煤的收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar大致為11000～15000kJ/kg。褐煤在大氣中容易失去水分和機械強度，變成碎屑狀。2.1.1著火和燃盡特性煤質的著火特性不僅取決于揮發(fā)分的含量，而且取決于揮發(fā)分的發(fā)熱量或氫含量，由于褐煤揮發(fā)分含量較高，有利于著火。另外，褐煤的灰分含量略高于艷梅，而揮發(fā)分含量卻高出典型煙煤近一倍，非常有利于煤的燃盡。同時，褐煤煤粉內部水分高，煤粉粒子受熱后內部水分蒸發(fā)，有利于增強煤粉粒子內部的加熱過程和增加焦炭粒子內部與氧接觸的面積，促使煤的燃盡。2.1.2結渣及沾污特性褐煤的變形溫度和軟化溫度均較低，實際燃燒時很容易結焦，從表2-1中可以看出褐煤屬于強結渣煤種，因而褐煤燃燒中關鍵是要解決由于灰熔融溫度低而引起的燃燒結渣問題。另外，從煤灰沾污程度來看，褐煤灰極易在高溫受熱面上沾污。2.1.3磨損性煤的磨損指數是指煤在研磨的過程中，煤對研磨設備的研磨部件磨損的強烈程度。褐煤的磨損指數一般可達4～7，屬于極強的范圍。2.1.4折算成分褐煤的折算水分為8.01%～11.81%，折算灰分為5.80%～12.81%，可見，褐煤的水分和灰分都很高。2.2褐煤鍋爐的特點東北地區(qū)200MW～300MW的褐煤鍋爐較多，除了伊敏發(fā)電廠兩臺和元寶山發(fā)電廠兩臺為進口鍋爐外，其他為哈爾濱鍋爐廠制造。表2-1為東北地區(qū)部分褐煤鍋爐設計煤質分析數據。對于燃用褐煤的鍋爐，其區(qū)別于燃用其他煤種鍋爐主要表現在制粉系統(tǒng)等方面。表2-1東北地區(qū)部分褐煤鍋爐設計煤質分析項目單位結果元寶山3號元寶山4號通遼1～4號富拉爾基1～6號機組容量MW600300200200鍋爐容量t/h/h20082021670670磨煤機形式--中速磨風扇磨風扇磨風扇磨煤種--元寶山褐煤霍林河褐煤霍林河褐煤扎賚諾爾褐煤全水分%25.2828.6524.0034.63空氣干燥基水分%--11.47--11.88收到基灰分%26.3927.4932.8817.02干燥無灰基揮發(fā)分%43.8448.3746.7743.75收到基碳%36.3031.5731.3034.65收到基氫%2.342.222.162.34收到基氮%0.470.570.560.57收到基氧%8.519.078.8210.48全硫%0.700.430.280.31收到基低位發(fā)熱量kJ/kg13207113041130412280由于褐煤的高水分、易燃盡、易爆炸等特點，燃用褐煤的鍋爐通常采用中速直吹式制粉系統(tǒng)或者風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)。而對于Mar＞30%的褐煤，如選用風扇磨煤機爐煙干燥直吹式系統(tǒng)時，宜優(yōu)先采用熱爐煙和熱風二介質干燥系統(tǒng)，來提高制粉系統(tǒng)的干燥出力；如果制粉系統(tǒng)氧量無法滿足防爆要求，則采用熱爐煙、熱風和冷爐煙三介質干燥系統(tǒng)，以此來防止制粉系統(tǒng)爆炸的發(fā)生。3.燃用褐煤的關鍵技術問題內蒙古電廠1號鍋爐燃用褐煤時主要面臨著以下兩個方面的關鍵性技術問題。著兩個關鍵技術問題若得不到有效解決，根本無法保證燃用褐煤時人身和設備的安全，更談不上鍋爐的經濟運行。3.1制粉系統(tǒng)的防爆制粉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，是燃用褐煤工作的重點。內蒙古電廠1號鍋爐制粉系統(tǒng)原設計采用以熱風和熱爐煙為主，用冷煙氣調節(jié)的三介質系統(tǒng)，設計熱風溫度為307℃，熱煙氣溫度為719℃。實際運行時熱煙氣溫度只有656℃，為了保證干燥出力，將熱風和冷煙氣停用，僅用熱煙氣做干燥劑。但是，在中低負荷運行時，干燥劑溫度仍然偏低，不能完全有效干燥煤粉里的水分。3.2制粉系統(tǒng)的干燥出力內蒙古電廠1號鍋爐制粉系統(tǒng)目前采用熱爐煙（656℃）作為干燥介質，能夠滿足高負荷時制粉系統(tǒng)的干燥和防爆能力。但是，在中低負荷時運行時，現有的干燥介質提供的輸入熱量已很難滿足制粉系統(tǒng)需要的干燥能力，這勢必會降低制粉系統(tǒng)出力，進而影響機組的出力。4.實際運行中存在的問題及原因分析4.1制粉系統(tǒng)目前存在的問題鍋爐在380MW～420MW負荷，六臺磨運行，NOx排放濃度較高，六臺磨運行NOx排放濃度為255～275mg/m3，五臺磨運行，NOx排放濃度為205mg/m3。通過對比400MW負荷時投運6臺磨煤機與380MW負荷時5臺磨煤機工況可見，400MW～420MW負荷區(qū)段在現有煤質條件下，在保證磨煤機出口溫度不低于130℃的前提下，必須投運6臺磨，此時磨煤機出力相對均較低，一次風濃度較高，因此SCR進口NOx排放濃度相對360MW～380MW負荷區(qū)段略偏高。4.2原因簡析4.2.1磨煤機出力煤在磨煤機內被研磨的同時，還受到干燥，故從磨煤與干燥兩個條件考慮，磨煤機的出力有兩個，即磨煤出力與干燥出力。磨煤出力是指單位時間內，在保證一定煤粉細度條件下，磨煤機所能磨制的原煤量。干燥出力是指單位時間內，磨煤系統(tǒng)能將多少原煤由最初的水分（收到基水分）干燥到煤粉水分。制粉系統(tǒng)要生產一定數量和一定質量的煤粉，并能經濟安全地運行，不僅要保證一定的磨煤出力，而且要恰當地選擇干燥劑量和溫度，把煤干燥到所需要的程度，保證一定的干燥出力。干燥出力與磨煤出力要相適應。如果干燥出力小于磨煤出力，使系統(tǒng)按干燥出力工作，就不能充分利用磨煤機的潛力。要保證磨煤出力，就必須提高干燥出力，即提高干燥劑溫度或者增加干燥劑量。如果干燥出力大于磨煤出力，會使磨煤機出口的煤粉溫度增高，對輸送和儲存煤粉不安全，此時要設法降低磨煤機進口鉛的干燥劑溫度，或者提高磨煤出力，使之與干燥出力相適應。4.2.2干燥出力偏低經過計算，內蒙古電廠1號機組磨煤機的磨煤出力裕度較大，均大于1.5，規(guī)程要求大于1.15即可；而目前的關鍵點是在干燥出力，電廠要求磨煤機出口溫度不能小于130℃，五臺磨帶400MW負荷時，干燥出力不足，出口溫度小于130℃；根據《DLT5145-2002>火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算規(guī)定要求，各種制粉系統(tǒng)的磨出口最高溫度見表4-1。對干燥劑的終端溫度下限要求如下：表4-1磨煤機出口最高允許溫度tM2℃干燥劑的終端溫度t2應高于露點tdp，并且不能低于60℃，終端溫度的最低值為：對于貯倉式制粉系統(tǒng)t2min=tdp+5℃對于直吹式制粉系統(tǒng)t2min=tdp+2℃式中：tdp—露點溫度，可根據干燥劑的含濕量d2查表4-2得出對應于該含濕量下的露點tdp。表4-2空氣含濕量與露點由上表計算可知，采用風扇磨的褐煤爐，干燥劑為煙氣+熱風，磨煤機出口溫度不大于180℃；而最低溫度為露點溫度+2℃，經過計算，磨煤機出口的露點溫度為65℃，因此磨出口溫度最低為67℃。因此要保證機組安全運行，改善現有運行問題，從而最大限度發(fā)揮磨煤機的潛力，關鍵在于提高磨煤機的干燥出力，以盡可能匹配磨煤出力。通過以上分析可以看出，內蒙古電廠1號機組所面臨的主要問題集中在制粉系統(tǒng)的干燥能力上。因此抽取一部分高溫爐煙與現有干燥劑進行混合，是解決此問題的一個有效方法。5.改造原則為了保證1號機組安全穩(wěn)定運行，對制粉系統(tǒng)進行加裝抽取高溫爐煙系統(tǒng)的改造必須遵循如下幾個原則：（1）制粉系統(tǒng)末端氧量控制在16%以下，滿足防爆要求；（2）磨煤機出口風粉溫度控制在130℃以上，滿足不能負荷條件下磨煤機的干燥能力；（3）最大限度減少改造的工作量和改造的投資成本。6.改造方案6.1改造的基本技術路線根據磨制褐煤的制粉系統(tǒng)設計要點，并且借鑒已改造的制粉系統(tǒng)的設計調試經驗，針對內蒙古電廠1號鍋爐的具體設備情況提出了抽取高溫爐煙與原中溫爐煙混合作為干燥介質的技術路線。即從鍋爐主燃燒區(qū)域上方抽取一部分高溫爐煙（約1100℃）與現有中溫爐煙（656℃）混合作為1號鍋爐制粉系統(tǒng)的干燥介質。改造路線如圖6-1所示。圖6-1制粉系統(tǒng)改造方案示意圖6.2抽取高溫爐煙制粉系統(tǒng)中，常用的干燥劑有：空氣預熱器出口的熱空氣、溫風抽出點的溫風、熱煙氣、冷煙氣及冷空氣等。此改造方案抽取的是鍋爐主燃燒區(qū)域上方的高溫、低氧的爐煙，利用風扇式磨煤機入口負壓和抽取點負壓之間的壓力差將高溫爐煙抽吸到磨煤機入口，來滿足目前中低負荷時制粉系統(tǒng)的干燥出力。抽取高溫煙氣方案見圖6-2。圖6-2抽取高溫煙氣與原中溫煙氣混合作為干燥劑根據現場考察結果，暫定抽煙口位置位于主燃燒區(qū)域上方的吹灰器標高位置，抽煙口見圖6-3。圖6-3抽煙口的現場示意圖7.制粉系統(tǒng)改造的計算內蒙古電廠1號鍋爐制粉系統(tǒng)改造方案提出以后，下面根據煤質特性、計算結果等對制粉系統(tǒng)和相關設備進行核算，最終確定改造方案的可行性。7.1主要參數的影響和選取7.1.1煤粉水分煤粉水分越高，所需磨煤機的碾磨出力和干燥出力就越大，所需抽取的高溫煙氣總量也就越多；反之，抽取的煙氣量就越少。按低氮改造設計煤種Mt=38-42,Mp.c=7.8進行計算。7.1.2高溫煙氣的參數根據改造前摸底試驗的結果，并為涉及留出一定的裕度，高溫煙氣在500MW電負荷下取1100℃，過量空氣系數為1.24，煙道壓力為-200Pa；在400MW電負荷下取1050℃，過量空氣系數為1.3，煙道壓力為-200Pa；300MW電負荷下取1000℃，過量空氣系數為1.35，煙道壓力為-200Pa。本次計算按高溫煙氣溫度1000℃選取。7.1.3制粉系統(tǒng)末端氧量褐煤的制粉系統(tǒng)終端氧量規(guī)定不高于16%。7.1.4制粉系統(tǒng)終端溫度見4.2.2，制粉系統(tǒng)的終端溫度t2應介于最低要求67℃和最高限制180℃之間，取目前電廠運行規(guī)范中要求的制粉系統(tǒng)終端溫度為130℃。加入高溫煙氣后，假定制粉系統(tǒng)終端溫度提高到150℃。7.1.5磨煤機碾磨出力DL/T5145-2002《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定》中的相關章節(jié)規(guī)定：對于風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)而言，鍋爐裝設磨煤機的計算總出力按設計煤種不應小于鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時所需耗煤量的115%，按校核煤種也不應小于鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時所需耗煤量。所以，1號鍋爐燃用褐煤進行制粉系統(tǒng)改造計算時，單臺磨煤機的碾磨出力儲備系數選取不低于115%。7.2制粉系統(tǒng)熱力計算制粉系統(tǒng)計算結果匯總，見表7-1.從下表看出，抽一部分高溫爐煙后，磨煤機入口混合煙氣溫度從656℃提高到736℃，煙氣溫度提高80℃，磨煤機出口溫度可提高20℃；假設煙氣速度20m/s,在每個側墻各開三個取煙孔，半徑大小為0.897m。表7-1制粉系統(tǒng)計算結果序號名稱單位抽高溫煙氣前抽高溫煙氣后抽高溫煙氣后1鍋爐負荷MW5005004002煤粉收到基水份Mt42%42%42%3煤粉水份Mp.c7.8%7.8%7.8%4煤粉低位發(fā)熱量Qnet.ar10830KJ/KG10830KJ/KG10830KJ/KG5耗煤量Bj444.62t/h444.62t/h356t/h6磨煤機投運數量臺7757每臺運行磨煤機原煤出力Bm63.5t/h63.5t/h71.2t/h8磨煤機儲備系數1.831.531.839磨煤機出口通風量QV287912m3/h287912m3/h287912m3/h磨煤機進出口溫度計算10磨煤機進口煙氣溫度T3℃656假設736假設73611煤粉溫度℃20202012磨煤機進口混合溫度kg/h61268267714干燥劑初始量g12.13kg/kg2.01kg/kg1.8kg/kg15磨煤機出口溫度℃130150148含氧量計算--1.516干燥劑空氣中氧容積Vda.o20.1750.1670.15417熱煙中氧容積Vhg.o20.0430.0410.03618終端介質中氧容積份額rag2.o27.817.88含氧量O2容積份額不大于12%(褐煤)滿足要求滿足要求滿足要求因此第10項磨煤機進口煙氣溫度假設736℃無問題。高溫煙氣量計算19高溫爐煙溫度T1℃/1000100020中溫爐煙溫度T2℃65665665621高溫爐煙占干燥劑質量份額%0%23%23%22中溫爐煙占干燥劑質量份額%100%77%77%23干燥介質的體積V2.d.n2.32Nm3/kg2.