电站燃煤机组煤粉细度优化分析_蔡杰进

第 37 卷第 5期 2006 年 9 月 锅 炉 技 术 BOILER T ECHNOLOGY Vol 37 No 5 Sep 2006 收稿日期 20050704 修回日期 20050919 作者简介 蔡杰进 1977 男 博士研究生 主要从事电站系统的研究 文章编号 CN311508 2006 05003905 电站燃煤机组煤粉细度优化分析 蔡杰进 马晓茜 华南理工大学 电力学院 广东 广州 510640 关键词 燃煤机组 煤粉细度 优化 摘 要 对某电厂 200 MW 燃煤机组运行过程中的煤粉细度进行优化分析 得出煤粉细度对机组运行性能 的影响规律 结果表明 煤粉细度 R90由 40 5 调整到 25 3 锅炉效率上升 0 31 排烟中 NOx含量降 低 65 mg m3 机组厂用电率增加 0 017 钢球消耗成本每小时增加 36 4 元 综合供电成本下降每千瓦时 0 000 41 元 另一方面 锅炉炉膛出口烟温下降 40 左右 改善了锅炉受热面的结渣情况 该机组的煤粉 经济细度 R90为 25 3 中图分类号 TK229 6 文献标识码 A 1 前 言 煤粉细度是燃煤机组的重要特性参数之 一 它是煤粉颗粒群粗细程度的反映 煤粉细 度 R90不仅对煤粉气流的着火 而且对焦炭的燃 尽都有直接影响 影响煤粉细度的因素主要 有 燃料的燃烧特性 挥发分高 发热量高 活性 强 活化能低的燃料一般容易燃烧 煤粉可粗一 些 磨煤机和分离器的性能 性能好的磨煤机和 分离器可使成粉的均匀性好 即使煤粉粗一些 也能燃烧得比较完全 燃烧方式 对于燃烧热负 荷很高的锅炉 如液态排渣炉 旋风炉 煤粉可 适当放粗 前人通过多年实践 摸索出适应我国煤种的 经济细度的推荐公式 数十年来一直应用于我国 电厂锅炉的设计 制造 运行 并写入了有关标准 中 文献 1 给出了一条关于煤粉细度的新公 式 由于机组的实际性能受大修 小修 以及机 组老化等原因的影响而不断变化 笔者认为对于 现役的火电机组 最好是定期地根据机组的实际 运行情况 对煤粉细度进行优化 使机组更经济 安全运行 以下针对国内某电厂 200 MW 燃煤机组的 实际运行情况 对煤粉细度进行研究 得出煤粉 细度的最优化参数 为运行参数调整 提高锅炉 效率 从而降低发电成本提供参考依据 2 设备简介 该机组电站锅炉系哈尔滨锅炉有限责任公 司厂生产的 HG 670 140 13 型超高压 一次 中间再热 平衡通风 自然循环燃煤锅炉 采用 中速磨直吹式制粉系统 直流燃烧器 四角切圆 燃烧 配有 5 台 ZQM 216A 球型中速磨煤机 每台磨煤机配备 1台型号为 RFJ 2225SM 型一 次风机 采用链条埋刮板式给煤机 2 1 锅炉设计参数 锅炉主要设计参数如表 1 所示 表 1 主要设计参数 序号项目单位数值 1额定蒸发量t h670 2经济蒸发量t h610 3再热蒸汽出口流量t h573 4过热器蒸汽压力MPa13 73 5过热器蒸汽温度 540 6再热器进口蒸汽压力MPa2 4 7再热器出口蒸汽压力MPa2 2 8再热器进口 蒸汽温度 316 9再热器出口蒸汽温度 540 10给水温度 247 11排烟温度 150 12炉膛出口烟温 1 088 13锅炉效率 90 19 锅 炉 技 术 第 37 卷 2 2 燃料特性 设计煤种 山西混煤 校核煤种 贵州原煤 运行煤种 山西优混煤 燃煤分析如表 2 所示 表 2 燃煤分析 项 目单 位 数值 设计校核运行 Car 55 6653 1353 94 Har 3 693 263 89 Oar 8 462 793 71 Nar 0 891 020 96 Sar 0 911 80 83 Aar 22 392923 67 Mt 8913 Vdaf 38 0726 3428 29 Qnet v arkJ kg21 65820 99722 539 HGI 53 587 566 5 DT 1 2401 3901 210 ST 1 2701 4201 240 FT 1 3401 4601 320 2 3 制粉系统 锅炉的制粉系统采用 ZQM 216A 球型中 速磨煤机正压直吹式制粉系统 配有 5 台磨煤 机 MCR 工况下 4 台磨煤机运行 1 台备用 设 计参数如表 3所示 表 3 磨煤机设计参数 序号项 目单位数 值 1型号 ZQM 216A 球型 2生产厂家 北京发电设备厂 3最大出力t h27 4 HGI 50 4煤粉细度 R75 30 HGI 50 5磨环轨道直径mm2 160 6磨球数量 10 7磨球直径mm654 8磨盘转速r min40 9出口温度 80 90 10配备电动机型号 YSOFW 11电机额定功率kW220 12电动机电压kV6 13电动机转速r min986 3 数据整理分析 3 1 数据整理分析及敏感性分析 以粗粉分离器挡板开度为调整手段 针对该 200 MW 燃煤机组进行性能试验 随机选取 E 磨煤粉细度作为调整的对象 而 A B C 磨的煤 粉细度均保持在适当值不变 试验工况取 200 MW 额定运行工况 整理数据得到煤粉细度 R90 和排烟温度 飞灰可燃物含量 炉渣可燃物含量 的关系 如图 1 所示 在此基础上 进行机组的 热力计算 2 3 并进行敏感性分析 得到煤粉细度 R90变化对排烟损失 固体未完全燃烧热损失 锅 炉热效率的影响 如图 2 所示 图 1 煤粉细度 R90对燃烧的影响 图 2 煤粉细度 R90对锅炉效率的影响 3 2 热经济分析 电站燃煤锅炉运行过程中 煤粉细度的大小 与排烟温度 飞灰可燃物含量 排烟热损失 固体 未完全燃烧热损失之间存在着很强的相关性 4 锅炉燃烧对煤粉细度敏感性较强 尤其是煤粉的 燃尽度 煤粉细度的减小会使煤粉更加容易燃 尽 飞灰和炉渣可燃物含量减少 燃烧更加充分 因而导致固体未完全燃烧热损失的减少 由上 面计算分析可知 如果煤粉细度 R90由 40 5 调 整到 25 3 在其他运行条件不变时 飞灰可燃 物含量降低了 0 43 炉渣可燃物含量变化不 大 从而使得固体未完全燃烧热损失降低了 0 1 另一方面 由于煤粉粒径减小 煤粉着火提 前 使得排烟温度也降低 从而引起锅炉排烟热 损失的减少 所以 此过程中排烟热损失也降低 40 第 5 期蔡杰进 等 电站燃煤机组煤粉细度优化分析 了 0 22 由于固体未完全燃烧热损失均有所 降低 总的热损失是降低的 此过程中 总的热 损失下降了 0 32 锅炉的热效率上升了 0 32 可见 随着煤粉细度的降低 锅炉热效率 增大 3 3 考虑钢球消耗量的综合供电成本分析 随着煤粉细度的降低 锅炉热效率增大 发 电煤耗率降低 但此时磨煤机的电功率也增加 厂用电率增大 所以还要考虑供电成本的变化情 况 另外 随着煤粉细度的降低 钢球的消耗量 也增大 因此 计算综合供电成本时 要综合考 虑供电成本和钢球消耗成本 如以钢球价每吨 2 000 元 煤价每吨 600 元 结合相应的数据进行计算 得到煤粉细度 R90与 机组厂用电率 发电标准煤耗率 供电标准煤耗 率 供电成本 钢球消耗成本及综合供电成本的 关系 如图 3 图 4 所示 这里 供电成本是指只 考虑厂用电和发电煤耗的成本 综合供电成本考 虑厂用电 发电煤耗及磨煤机钢球消耗的成本 图 3 煤粉细度 R90对煤耗率的影响 图 4 煤粉细度 R90对成本的影响 由图 3 可见 如果煤粉细度 R90由 40 5 调 整到 25 3 其他运行条件不变 锅炉热效率的 增大使得机组发电标准煤耗率由 327 35 g kW h 下降到 326 21 g kW h 另一方面 煤粉细 度减少 则磨煤机的功耗增加 使得此过程中机 组的厂用电率也由 6 010 增加到 6 027 综合发电标准煤耗率的降低与机组的厂用电率 的增加 供电标准煤耗率有可能增大或者减小 此过程中 供电标准煤耗率是下降的 下降 1 15 g kW h 由图 4 可知 对于此机组煤粉细度 R90由 40 5 调整到 25 3 的同一过程中 由于机组 供电标准煤耗率减少 所以机组的供电成本也由 每千瓦时 0 208 97 元下降到每千瓦时 0 208 28 元 但是磨煤机的钢球消耗成本亦由每千瓦时 0 000 329元增加到每千瓦时 0 000 511 元 因 为机组供电成本减少的幅度较大 所以综合机组 供电成本的减少和钢球消耗成本的增加 综合供 电成本是减少的 减小了每千瓦时 0 000 41 元 3 4 对结渣影响分析 由表 2 燃料分析可知 锅炉运行煤种的灰熔 点 ST 温度为 1 240 灰熔点较低 在机组运 行时 煤粉细度变化对焦炭的燃尽等燃烧特性都 有直接影响 进而引起锅炉结焦情况的变化 这 里 根据炉膛出口烟温来预测锅炉运行时的结渣 情况 5 此锅炉炉膛出口烟温设计值是 1 060 但在实际运行过程中 发现若按此温度运行 机组结渣严重 所以一般控制在 980 以内 不 同煤粉细度下炉膛出口烟温如图 5 所示 图 5 煤粉细度 R90对炉膛出口烟温的影响 由图 5 可见 随着煤粉细度增大 炉膛出口 烟温升高 这主要是因为燃用较粗的煤粉时 燃 尽时间延长 火炬拖长 炉膛出口烟气温度较高 当煤粉细度 R90高于 39 时 炉膛出口烟温也高 于 980 炉内受热面容易结渣 因此对于此机 组 煤粉细度 R90应控制在 39 以内 才能有效 地防止炉内受热面的结渣 41 锅 炉 技 术 第 37 卷 另一方面 燃用较粗的煤粉时 燃尽时间延 长 火炬拖长 粗煤粉因惯性作用会直接冲刷受 热面 同时粗煤粉燃烧时 粒子温度很高 熔化比 例大 冲刷受热面后易产生结渣 因此燃用较细 的煤粉对防止结渣和尾部受热面的磨损都是有 好处的 3 5 对烟气 NOx的影响分析 煤粉细度与烟气中 NOx含量也有较大的相 关性 由图 6可见 随着煤粉细度 R90的减少 烟 气中的 NOx的析出量明显减小 产生这种变化 规律的原因 主要是由于挥发分氮析出的规律与 NOx还原规律的综合效应所致 煤粉细化后 随 着煤粉粒度的减小 煤粉燃烧速率提高 温度峰 值提高 挥发分析出量增加 挥发分以更强烈的 喷射方式 由颗粒内部向外释放 导致煤焦表面 的凹凸 孔隙及尺寸得到强化 为异相还原反应 提供了良好的反应条件 另一方面 单位质量的 焦炭参与化学反应的比表面积也相应增大 从而 增加了与 NOx的接触面积 对 NOx的还原效果 增强 6 煤粉粒度较大时 由于颗粒间的空隙相 对较大 所以充分燃烧空间较大 易于生成 CO2 NOx等气体 随着煤粉粒度的减小 其燃烧速率 显著提高 O2的消耗加速 因此颗粒表面附近 O2 分压力降低较快 从而生成了大量 CO 气体 而以 CO 为主的还原性气体在减少 NOx的释放方面 起着突出的作用 使 NOx析出量减小 图 6 煤粉细度 R60对烟气 NOx含量的影响 3 6 煤粉经济细度分析 降低煤粉细度有利于提高锅炉效率 也有利 于降低烟气中的 NOx含量 且燃用较细的煤粉对 防止结渣和尾部受热面的磨损都是有好处的 对于本台机组 按现有运行条件下达到的煤粉 细度 R90 25 3 运行时 锅炉的热效率已经 达到 90 51 高于额定工况下锅炉效率设计 值 煤粉细度满足机组经济运行的要求 如果 进一步采用更细的煤粉细度 一方面锅炉的热 效率上升的相对幅度很小 另一方面仅仅通过 调整粗粉分离器已经不能满足要求 需要通过 对磨煤机进行较大的改造 如更换为其它型式 的磨煤机 成本投入增加很多 因此建议 5 台 磨在现有条件下 以较小的煤粉细度运行 利用 适当机会 采取措施改善磨煤机分离器调节特 性 使机组运行更加经济安全 经过上述的计 算分析 煤粉细度 R90 25 3 是本文考察机 组的煤粉经济细度 4 结 论 由于煤粉细度的减小使固体未完全燃烧热 损失与排烟热损失降低 锅炉热效率有一定幅度 的提高 同时 煤粉细度的减小有利于防止锅炉 的结渣和降低烟气中的 NOx含量 但是 磨制煤 粉的制粉电耗将会增加 钢球的消耗量也增大 因此 电站锅炉运行过程中煤粉细度存在一个最 佳煤粉细度 本文所考察机组的最佳煤粉细度 R90为 25 3 此时 考虑供电成本和钢球消耗成本 2 方面 的综合供电成本达到最低 为每千瓦时 0 208 79 元 并能减少 NOx排放量 改善锅炉结渣情况 参考文献 1 毕玉森 陈国辉 煤粉细度的合理选择 J 中国电力 2004 37 1 40 42 2 冯俊凯 沈幼庭 杨瑞昌 锅炉原理及计算 第三版 M 北 京 科学出版社 2003 3 郑体宽 热力发电厂 M 北京 中国电力出版社 2000 4 Zajdlik R Jelemensky L Remiarova B et al Experimental and thermo investigations of single coal partice combustion J Chemical Engineering Science 2001 56 4 1355 1361 5 岑可法 周昊 池作和 大型电站锅炉安全及优化运行技术 M 北京 中国电力出版社 2002 6 刘忠 阎维平 高正阳 等 超细煤粉的细度对再燃还原 NO 的影响 J 中国电机工程学报 2003 23 10 204 208 42 第 5 期蔡杰进 等 电站燃煤机组煤粉细度优化分析 Optimization of Pulverized Coal Fineness on Coal fired Power Unit CAI Jie jin MA Xiao qian Electric Power Collegem South China University of Technology Guangzhou 510640 China Key w ords coal fired power unit pulverized coal fineness optimization Abstract Based on one 200 MW coal fired power unit the optimization of the pulverized coal fired fineness has been studied The influence law of pulverized coal fineness on the power unit operational performance is obtained Results show that when the pulverized coal fineness has been decreased form 40 5 to 25 3 the boiler efficiency the electrical consumption rate and the steel balls consumption cost rate have been increased 0 31 0 017 and 36 4 Yuan h respectively the NOxcontent in flue gas has been reduced 65 mg m 3 the gross cost has been decreased 0 000 41 Yuan kW h And the temperature of the flue gas in the furnace outlet has been forecasted to decrease about 40 the slagging in the heating surfaces will be improved This unit s optimal pulverized coal fineness R90is 25 3 上接第 4 页 Modification of a Set of Transfer Function in Common Use for Super heater in Boiler CHEN Gang REN Ting jin Key laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Tsinghua Univer