电站锅炉制粉系统在高温空气及可燃煤粉介质的工况下运

1、电站锅炉制粉系统在高温空气及可燃煤粉介质的工况下运行，如果系统设计或运行调整不当，可 能产生热爆等安全隐患，严重影响着电厂的安全经济运行。据国内150台运行锅炉调查统计，约 有42%的燃煤锅炉发牛过热爆问题。据美国epri统计，在美国的361台燃煤锅炉中，平均每台 锅炉毎年发生制粉系统着火1. 26次,每年爆炸0.31次，美国有差不多22%的燃煤机组存在着着 火或爆炸问题，其中有18%的燃煤机组存在着严重的爆炸问题。因此，制粉系统的热爆问题引起 了各发电厂商的高度重视。一次风管内流动的是风粉混合物，由于各种各样的原因，近几年一次风管热爆问题时有发生, 有的烧毁火嘴，有的靠近火嘴的一次风管管段烧

2、红、变形，共至爆裂，导致机纟1非计划停机， 危及机组的安全经济运行。本文结合某厂一台670 t / h锅炉,对一次风管煤粉爆燃问题展开实验 及理论分析研究。1锅炉概况及研究方案该锅炉型号为hg-670 / 140-9,锅炉本体采用单炉膛ii型布置，炉膛宽度13. 66 m,深度1 1.66 m,其设计煤种为开滦洗中煤，制粉系统为屮储式，燃烧器采用四角布置切圆燃烧方式。每 组燃烧器由6层二次风喷嘴、4层一次风喷嘴和2层三次风喷嘴组成。该锅炉口 1997年以來，主要燃用山西贫煤与烟煤的混煤，由丁所燃用的煤种有所变化，锅 炉燃烧的稳定性变差。燃用某些煤种(或混煤)时，炉内发生灭火，与此同时，在燃用另

3、一些煤 种时，乂出现一次风管爆燃的事故。主要表现：火嘴烧坏，与火嘴连接的一次风管发牛振动，m 至一次风管烧红而爆裂，煤粉泄漏。出现上述情况，故障停机，造成巨人的经济损失。根据事故的特点以及该锅炉燃烧的历史状况，初步认为，造成一次风管爆燃的根本原因是,该锅炉所燃用的煤种发生了变化，而由于锅炉结构的限制，锅炉运行无法根据煤种的变化作出相应调整，导致煤质特性与当前炉型及制粉系统不和适应，从而产牛烧毁喷嘴及一次风管爆燃的事故。根据上述初步分析，有必要首先将该锅炉冃前所用煤种的燃烧特性(尤其是煤的着火特性)研究清楚，为此，木论文将开展如下实验研究：(1) 对该锅炉目询燃用的三种典型煤种进行常规特性分析，

4、主耍是煤的工业分析和元素分析；(2) 对上述三种煤种进行热失重分析，主要了解其着火燃烧性能；(3) 在实验室小型实验炉(一维炉)进行热态实验，进一步了解上述三种煤的着火性能。在上述实验研究的基础上，进行理论分析，提出推荐煤种，指导电厂锅炉运行。2实验设备及煤质特性煤质特性分析采用的是lec0公司生产的ma-500型工业分析仪，以及chns-600型元索分析 仪。煤的热重分析(tga)采用徳国netsch公司的sta-409热重分析仪，气氛为空气，温度范围为01 000°c,升温速率为20°c / min,样品为煤粉。热态燃烧实验在实验室一维炉上进行，一维炉的结构及流程示意图

5、参见图1。实验系统由给 粉机、燃烧器、燃烧室、尾部烟道、烟气净化装置及烟凶组成，燃烧器为同心套管直流燃烧器, 内管为一次风口，外管为顶二次风口，燃烧室侧面布置三层二次风口。燃烧室由6段炉体组成, 每段炉体上布置有取样孔及热电偶温度测点。通过改变给粉机的振动频率來改变给粉量，给粉量 可在13 kg/h范围内无级调整，以适应不同工况、不同煤种的实验耍求。燃烧室的温度由敷 在保温砖上的耐高温电阻丝加热维持，实验过程屮由控制盘上程序口动控制加热温度。在炉体的 每个取样孔及燃烧室尾部均可抽取烟气进行烟气分析，并可获収固体灰样，考察其燃尽性能。i维炉结构及漁讯术童图!m机m讯门3 itmihl次纯ths魁

6、功洽斡冷山一#rrn»7电si:从分ii屮烧分fuhhil? 卜肚分mkfti3实验结果及分析三种典型煤的煤质分析结果参见表1,热失重实验获得的燃烧分布曲线的特征参数参见表2。»1三种典型煤的煤就分析结果.煤种水分艸发份闰定试氢w1h 1817. 202356.613363. 95u096 62煤21.6123. 3515. 085刑眄鯛pswf.疔8x 15“31.2119.97<>859.493. 632. 49u121.32» 2三种典型煤的热分析燃烧分布曲线特征參敷tj c(dw/dr)mb/mg min 1f/煤113456£www

7、?* 酬%wet.oti188煤2391547.56 528 81.850 9煤3420557.3o. 515 74. $58 1煤粉着火稳定性指数fi表征燃料着火的难易程度，泄义如下：fi=a/ti+b/tlmax+c (dw/dt)max式中ti着火温度，°c；umax 最人燃烧速度所对应的温度，°c；(dw/dt) max 煤的故大燃烧速度，mg / min；a、b、c根据煤种不同而不同的计算常数。式中的ti、tmax> (dw/dt)max可从热重分析曲线获得。一般而言，煤粉着火稳定性指数fi越大，煤粉的着火性能越好。由实验结果可看出，三科|煤的着火性能高低排

8、列为：煤2-煤3-煤1,可见，在其它条件相同的惜况下，煤2较其它两种煤更容易着火，也就是说，在爆燃的外部条件具备的情况下，煤2较其它两种煤在一次风管内更具有潜在的爆燃危险性。三种典型煤的一维炉实验结果参见图25。由不同煤种沿燃烧室纵向温度分布曲线图可看出：30000. 15 0.3 0.45 0.6 0.76 0.91.051273k图2煤i燃烧气相温度分析誠阿l讥图3煤3燃烧气相温度分布1 100 -9u0700 500500 -00. is 0.3 0,45 0-6 0.75 0.9 i. oshaw ix/.6007008009001 000 i 100 1200炉卫/戈昙m i煤2燃烧

9、气相盘度分布ihs不同煤冲同已咚嶷斥性能 各燃烧工况下炉内气相温度分布各不相同，对于煤1和煤3,在700、800°c炉温下，其 炉内气相温度分布趋于平坦，虽然有放热反应发生，但不明显，当炉温控制在900、1 000°c时, 才有明显的燃烧放热曲线；对于煤2,在所有的实验炉温下，都呈现明显的燃烧放热过程，说明 煤2较煤1和煤3有着较好的着火性能。(2) 各燃烧工况下炉内最高气相温度各不相同，由高到低排序为煤2煤3煤1,说明在同样的外部条件下，煤2更容易着火燃烧。(3) 不同煤种不同加热温度的燃尽性能以飞灰含碳量表示，其实验结果如图5所示。由图5 看出，炉温越高，燃烧室出口的飞灰含碳量越小；在相同的炉温、相同的停留时间及配风工况下, 燃用煤2时，其炉膛出口飞灰含碳量较低，说明煤2着火及燃烧性能明显优于其它两种煤。(4) 上述分析表明，煤2着火点明显低于其它两种煤，着火性能优越，考虑到该锅炉一次风 管的结构特点及运行情况，为防止一次风管爆燃的频繁发牛，在该锅炉选用煤种时，建议不选用煤2,优先燃用煤1,慎用煤3,如燃用煤2,必须同时实施其它防爆燃措施。4结朿语本文从煤粉着火燃烧的角度出发，采用实验的方法，分析了三煤种的着火性能，为预防一次 风管爆燃，提出了建议采用的煤种。应该强调