印尼褐煤锅炉制粉系统选型研究

1、印尼褐煤锅炉制粉系统选型研究【摘要】通过对印尼代表煤种煤质特性的分析，提出了适应印尼煤种的制粉系统的方案，并对方案进行了分析比较，最后对制粉系统的安全性进行了详细的分析。【关键词】印尼煤 制粉系统 安全性1 印尼煤质的特点及分析1.1 印尼煤炭资源特点1印尼全国共有煤炭资源约为505亿吨，约94的煤炭资源储于苏门答腊和加里曼丹，目前已探明的可采储量约52.2亿t。印尼主要以生产褐煤为主，印尼褐煤、次烟煤和烟煤的所占比例分别为59 ，27和14，无烟煤比例不足0.5。印尼的含煤地层属第三纪的始新世到上新世。烟煤和次烟煤为始新世和中新世，而褐煤通常为中新世，煤层厚度从0.3m以下到70m，通常为5

2、 15 m，特厚层为劣质煤，埋藏较浅，倾角较缓，煤质较硬，围岩较软，涌水量不大，瓦斯含量较低。印尼主要的煤田有翁比林煤田和武吉阿桑煤田。翁比林煤田位于苏门答腊中央山区，面积155 km ，地质年代属第三纪。武吉阿桑煤田位于苏门答腊南部，属第三纪晚期煤田。2004年，位于印尼东加里曼丹、南加里曼丹和苏门答腊的35座煤矿生产烟煤和次烟煤。印尼煤炭几乎全部由露天矿生产，只有两三座小型的井工矿。表1列出了印尼主要煤炭公司的代表性煤质参数。表1序号煤种全水分Mt工业分析Qnet,ar空干基水分Mad干燥基灰分Ad干燥无灰基挥发分VdafMJ/kgkcal/kg1气煤7.83.644.8347.6127.

3、5265802气煤73.582.447.7829.0369403长焰煤19.415.170.9249.5926.0962404长焰煤18.012.04.954.523.4856175长焰煤13.06.56.445.727.3665456长焰煤9.86.81654.524.5258607褐煤29.5248.854.1915.6937508褐煤30.426.2913.355314.6735109褐煤33.423.763.2452.7216.59397010褐煤25.014.51.251.517.40416311褐煤23.014.59.752.716.78401412褐煤35.023.05.152.

4、017.73424213褐煤26.018.05.454.521.03503114褐煤21.011.56.840.018.934529从表1中还可以看出，印尼褐煤的水分高，其全水分基本都在30左右，其空气干燥基水分也大多在2426，但灰分和硫分均不高，其干燥基灰分仅在3.28.8，最高的也仅16.0，硫分最低的为0.16，最高的为0.77，干燥无灰基挥发分则均在50以上，相当于中国云南省境内的年轻褐煤，因而印尼褐煤也属于低灰低硫煤。印尼气煤的发热量最高可达27.2MJkg以上，灰分低至5以下，硫分也小于0.5，挥发分45以上，是较为理想的动力用煤。印尼的长焰煤的发热量稍低于其气煤而仍明显高于褐煤

5、，其发热量在24.530MJkg以上，尤其是表1中第3种煤的灰分比木炭还低，灰分在1以下，发热量在6000kcal/kg以上，可以说如此优质的动力用煤在国内还从未发现过。1.2印尼煤质的分析下面采用普华煤质特性判别准则来分析表1中所列印尼煤质的燃烧特性：1.2.1 着火稳定性系数RWRW3.590.054Vdaf表2RW<444.654.65555.7>5.7着火稳定性极难难中等易极易1.2.2 燃烬特性指数RjRj1.220.11 Vdaf表3Rj<2.52.53.03.04.44.45.7>5.7燃烬性指数极难难中等易极易1.2.3 燃料比KbKb(100- Vda

6、f)/ Vdaf表4Kb<22339>9燃烧性能好较好差极差1.2.4煤粉的爆炸性分析爆炸的过程是悬浮在空气中的煤粉的强烈燃烧的过程。判断煤粉爆炸性的分类准则是爆炸性指数Kd。它是考虑燃料的活性(可燃挥发分的含量及其热值)以及燃料中的惰性(燃料中灰分和固定碳的含量)的综合影响的结果。爆炸性指数Kd按下式计算2： （1） （2） （3） （4） （5）式中：Kd-煤粉的爆炸性指数；Vd-煤的干燥基挥发分，%；Vvol,que-燃烧所需可燃挥发分的下限(考虑灰和固定碳)，%；Vvol-不考虑灰和固定碳时燃烧所需可燃挥发分的下限，%；Qvol-挥发分的热值，kJ/kg；Qnet,v,da

7、f-煤的干燥无灰基低位发热量，kJ/kg；FCdaf-煤的干燥无灰基固定碳含量，%；Vdaf-煤的干燥无灰基挥发分含量。表5 煤粉的爆炸性和煤粉的爆炸性指数的关系Kd<1.01.033.0煤粉的爆炸性难爆中等易爆1.2.4 燃烧特性的综合判别表6序号RW结果Rj结果Kb结果Kd结果16.16极易着火稳定6.46极易燃烬0.52燃烧性能好9.65易爆26.17极易着火稳定6.48极易燃烬0.52燃烧性能好10.39易爆36.27极易着火稳定6.67极易燃烬0.50燃烧性能好11.58易爆46.53极易着火稳定7.22极易燃烬0.46燃烧性能好10.86易爆56.06极易着火稳定6.25极易

8、燃烬0.54燃烧性能好9.69易爆66.53极易着火稳定7.22极易燃烬0.46燃烧性能好9.13易爆76.52极易着火稳定7.18极易燃烬0.46燃烧性能好8.10易爆86.45极易着火稳定7.05极易燃烬0.47燃烧性能好7.17易爆96.44极易着火稳定7.02极易燃烬0.47燃烧性能好9.39易爆106.37极易着火稳定6.89极易燃烬0.49燃烧性能好8.44易爆116.44极易着火稳定7.02极易燃烬0.47燃烧性能好7.50易爆126.40极易着火稳定6.94极易燃烬0.48燃烧性能好10.06易爆136.53极易着火稳定7.22极易燃烬0.46燃烧性能好10.86易爆145.7

9、5极易着火稳定5.62易燃烬0.60燃烧性能好6.22易爆由以上分析可知，表1中所开列的印尼煤是极易着火、极易(或易)燃烬、极易稳燃、燃烧性能好、煤粉易爆炸的煤种。1.3 煤的磨损性分析煤的磨损性是反映煤对磨煤机碾磨部件金属表面的磨损特性，以判断碾磨件的使用寿命。用磨损指数Ke表示。煤的磨损特性的等级划分为2：Ke1.0轻微1.0Ke2.0不强2.0Ke3.5中等3.5Ke5.0很强Ke5.0极强按照经验分析2，Ke与煤灰中的硅铝比SiO2/Al2O3有关，根据研究，SiO2/Al2O32.0的煤种，几乎所有煤种的Ke都小于3.5，即Ke3.5。印尼煤多属于年青褐煤，煤化程度不高，Ke值多数小

10、于3.5，属中等及以下磨损性。磨煤机碾磨件寿命一般可达到10000小时左右。2 燃用印尼褐煤的锅炉制粉系统的选型2.1原煤的内在水分原煤的全水分Mt(%)由外在(表面)水分Mf(%)和内在水分Minh(%) (即空气干燥基水分Mad)组成。三者之间的关系如下2： （6）表1中列出的煤种其原煤外在水分Mf的计算结果见表7：表7 序号1234567891011121314Mf4.323.554.996.826.953.227.245.5812.6412.289.9415.589.7610.73从表7中可以看出：表1中列出的煤种的外在水分都在19%以下。2.2 制粉系统选型适用于褐煤的制粉系统有两种

11、：中速磨煤机直吹式制粉系统和风磨煤机直吹式制粉系统。推荐的选型原则如下2： (1) 当磨制褐煤的磨损指数Ke<3.5，且煤的外在水分Mf>19%时，宜选用风扇磨煤机炉烟干燥直吹式制粉系统。当磨制褐煤的全水分>40%时，宜选用带乏气分离装置的风扇磨煤机(带粗粉分离器或无粗粉分离器)炉烟干燥直吹式系统。(2) 当磨制褐煤的外水分Mf19时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。(3) 当磨制褐煤的全水分Mt>30%时，如选用风扇磨煤机炉烟干燥直吹式系统时，在验算系统末端的烟气含氧量合格的情况下，宜优先选用热烟-热风二介质干燥系统。根据表1和表7中可以看出，虽然印尼褐煤的全水分一般都在

12、2033%之间，但是其外在水分都不超过19%，又考虑到中速磨煤机初投资低磨损部件的使用寿命较长，其更换可随主机一起进行，电厂日常维护工作量较少，因此中速磨煤机制粉系统比较受关注。2.3 中速磨煤机直吹式制粉系统和风扇磨煤直吹式机制粉系统的比较表8项 目中速磨煤机直吹式制粉系统风扇磨煤机直吹式制粉系统工作原理原煤(粒度30mm)经落煤管落入磨碗上后，在离心力作用下沿径向朝外移动，在磨碗上形成一层煤床，煤床在可绕轴转动的磨辊装置下通过。加装装置产生的碾磨力通过转动的磨辊施加在煤上。煤在磨碗衬板与磨辊之间被碾磨成粉。作径向和周向移动的煤携带着被破碎的煤粉越过磨碗边缘进入输送介质通道。煤粉被气态输送介

13、质(热空气)连续地从磨碗上吹起，进入送粉管道送至锅炉。(HP磨)风扇磨煤机属于高速磨煤机。其工作原理为：原煤(粒度30mm)与干燥介质一同通过落煤管。达到预热和干燥后到达磨煤机人口煤沿着冲击轮内径分布，进入机壳，在叶轮的冲击和摩擦作用下被粉碎并完成了充分的干燥。输送气体和煤粉在机壳蜗壳区内运动。最后进入磨机出口分离器中叶轮起着粉碎煤和通风的作用干燥介质典型输送介质：热一次风可由高温烟气、冷烟气和热风3种介质组成也可由高温烟气和热风2种介质组成干燥能力对煤的全水分的适应范围取决于磨煤机前的干燥剂温度。从磨煤机磨辊能承受的温度来看，此温度不能超过420适用于水分较高的褐煤。磨煤机人口温度可达550

14、以上。并可使一次风率为20%25%，煤粉水分为6%左右从而保证锅炉燃烧的要求防爆要求制粉系统按防爆要求设计。为防止爆炸，制粉系统需设置可靠的防爆门，还需设置惰性气体管道用于消防。由于采用高温炉烟、热风和冷炉烟(或冷风)的3介质或高温炉烟、热风的2介质作为干燥剂，使其系统的CO2含量超过4，含氧量低于12。可大大简化制粉系统的防爆设计运行和维修维护量大，易磨件的使用寿命一般在400015000h。运行时需排出石子煤维护量大易磨件的使用寿命一般在15002000 h检修较为频繁。必须配置专用的检修工具。制粉系统布置特点占地面积较风扇磨煤机小，典型布置在主厂房与锅炉房之间的煤仓间，目前也有布置在锅炉

15、一侧或两侧的方案，但应用不多。需预留空间作为磨煤机的检修空间。干燥介质在由炉前母管引出至单台磨煤机，并设有冷风作为调温风，以使磨煤机入口干燥介质温度满足。各管系布置顺畅，结构合理本体占地面积相对中速磨煤机要大，一般布置在炉膛四周。由于制粉系统干燥要求抽炉烟，而炉烟温度一般为8001150。为不影响炉膛热负荷分布，锅炉设计抽炉烟口由炉膛上部抽出，因抽炉烟管道管径较大不易布置，故将磨煤机尽量布置在炉膛四周更为合理，送粉管道的布置也更为简洁初投资基数+7%电耗基数-12%本体阻力5.07.5kPa2.162.56kPa从表8可以看出，中速磨煤机制粉系统和风扇磨煤机制粉系统都有其自身的优缺点，制粉系统

16、的选型需经过具体工程的煤源情况和经济性对比最终确定。2.4两种制粉系统的应用情况在欧洲，磨制褐煤（尤其是水分较高的褐煤）通常采用风扇磨。在美国，褐煤电厂均采用中速磨煤机，对燃料水分的适应性美国CE公司推荐最大水分达39。美国的马丁湖电厂（750MW机组）燃用TEXAS褐煤，配10台RP-1003型中速磨；美国的羚羊谷电站（435MW机组）燃用北DAKOTA州褐煤，配9台RP-1003型中速磨，其煤种水分3839；澳大利亚Port Auqusta电厂燃用褐煤，其水分26 35，灰分11.5 23.5，配MPS180190中速磨煤机；在我国，元宝山电厂3号机组燃用褐煤采用中速磨制粉，运行良好。近几

17、年我国600MW等级机组除了伊敏电厂二期（收到基全水分为39.50）等少数电厂以外，其它机组多数采用了中速磨制粉。3 燃用印尼褐煤的锅炉制粉系统的安全性3.1煤粉爆炸原因煤粉爆炸的原因主要是煤缓慢氧化导致煤的热解，产生可燃气体，可燃气体与空气混合，达到一定浓度比例后遇火发生连锁爆炸。煤粉的爆炸需要3个基本条件，即煤粉的存在、合适的氧浓度和足够的点火能量。煤粉爆炸的过程是悬浮在空气中的煤粉的强烈燃烧过程，其主要过程有：(1)煤粉颗粒受热后表面温度上升。(2)颗粒表面的分子发生热解或干馏，产生的可燃气体与周围的空气混合。(3)气体混合物被点燃，产生火焰并传播。(4)火焰产生的热量进一步促进煤粉颜粒

18、的分解，继续放出可燃气体，燃烧持续下去。(5)燃烧速度加快而转化为爆炸。3.2影响煤粉爆炸的因素由于煤粉存在自燃性和爆炸性，而制粉系统中存在大量悬浮状态的煤粉，如果局部存在点火源，粉尘就会爆炸，火焰将以很大的速度在煤粉空气混合物中传播，造成制粉系统内部压力升高，导致制粉系统爆炸。影响煤粉爆炸的因素主要有煤质特性、煤粉混合物温度、煤粉细度和煤粉浓度等。3.2.1煤质特性煤质特性中影响煤粉爆炸的主要因素是挥发分，对于<10 的煤粉，几乎不会发生爆炸，随着挥发分的增加，煤粉爆炸的可能性增大；当V>20时，极易爆炸；当V =40时，堆积煤粉的着火温度仅为170，如在一次风管内沉积，即会发生

19、爆炸。实际上除了煤的挥发分外，煤的含硫量、灰分、水分和固定碳及元素成分都与煤粉的爆炸特性有关，如只用挥发分作为衡量煤粉爆炸特性的指标，有失全面。对于煤粉的爆炸特性见1.2.4。3.2.2煤粉温度当锅炉采用中速磨煤机直吹式制粉系统时，中速磨煤机最高出口温度t2可由下式计算2：当时， ºC （7）当时， ºC （8）印尼煤挥发份高，磨煤机出口温度过高会导致风粉混合物爆炸；磨煤机出口温度过低，煤粉可能因结露产生结块、沉积现象，造成煤粉在送粉管道内堵塞，从而导致煤粉在送粉管道内局部燃烧，甚至爆炸。因此燃用印尼煤时要控制磨煤机出口的温度适中。3.2.3 煤粉细度煤粉颗粒dp>200m时几乎不爆炸，粒度越细，爆炸可能性越大，当dp<200目（74m）时，爆炸的危险性已很大。对于固态排渣煤粉炉，燃用无烟煤、贫煤和烟煤时，煤粉细度按下式选取3： （9）式中：Vdaf-煤的干燥无灰基挥发分，%；n-煤粉的均匀性系数；3.2.4煤粉浓度当煤粉和空气的比例达到一定的浓度，一旦有点火源，就会发生煤粉爆炸。煤粉浓度大于34kg/m3(煤粉/空气)或小于0.320.47 kg/m3(煤粉/空气)时不易引起爆炸。因力煤粉浓度太高，氧浓度小；煤粉浓度太低，缺少可燃物。只有煤粉浓度为1.22 kg/m