高水份准东煤磨煤机和制粉系统选型分析

摘要：针对新疆特变电工新疆硅业有限公司2×350MW自备热电站工程初设阶段使用的的高水份准东煤，介绍磨煤机和制粉系统的选型方案。

关键词：高水份；准东煤；制粉系统选型

中图分类号：X752文献标识码： A

1.工程概述：

新疆特变电工新疆硅业有限公司2×350MW自备热电站工程建设2×350MW超临界、燃煤、直接空冷、凝汽式机组，留有扩建余地。厂址位于新疆乌鲁木齐市高新区甘泉堡高新工业园区内。

新疆乌鲁木齐市高新区甘泉堡高新工业园区地处欧亚大陆腹地，远离海洋，气候干燥，属北温带大陆性干旱～半干旱气候，四季分明，光照充足，气候变化剧烈，冬夏季长而春秋季短，昼夜温差较大，干燥少雨，蒸发强烈，气温年季变化大：春季升温快，夏季炎热，秋季降温迅速，冬季漫长。气候特征参数如下：

累年平均气温： 7.0℃

累年极端最高气温： 41.5℃

累年极端最低气温： -37℃

累年平均气压： 955.8hPa

累年平均风速： 2.1m/s

最大风速及其风向与出现时间： 15.2 m/s，NW，2006年4月23日。

累年最大积雪深度及出现时间： 33cm，2000年2月2天

累年最大冻土深度及出现时间： 202cm，1969年3月5个

主厂房零米海拔高度： 509.7 m（1956年黄海高程系）

基本地震烈度： VII度（0.163g）

2.主机型式及参数：

2.1锅炉型式：超临界、中间再热、变压直流炉、四角切圆燃烧、单炉膛Π型布置、平衡通风、全钢构架悬吊结构、紧身封闭、固态排渣煤粉锅炉。空气预热器采用三分仓回转式预热器。锅炉不投油最低稳燃负荷为40%BMCR。

2.2汽轮机型式：超临界、中间再热、单轴、两缸两排汽、直接空冷、单抽汽凝汽式、电液（高压抗燃油）调节系统。

2.3汽轮发电机型式：三相两极同步发电机，采用水氢氢冷却方式，励磁方式为自并励静止励磁系统。

3.磨煤机和制粉系统选型

3.1制粉系统选型依据

本工程燃煤由五彩湾地区新疆天池能源有限责任公司准东南露天煤矿供应，煤质特性见下表

本工程煤质为高挥发份、中等发热量、低灰份、低硫份、高水份烟煤，具有易燃尽、易着火、强结焦等特性。

由于五彩湾地区燃煤相对疆内其他地区具有很大的价格优势，故目前疆内已投运的电厂多掺烧该地区燃煤。该煤种在新疆地区已运行锅炉中燃用结果表明，由于与实际锅炉设计煤有较大的差异，受制粉系统出力（该煤种水分偏高）、炉膛结渣以及受热面沾污（煤中碱金属含量高）的影响，非准东煤设计的锅炉普遍存在锅炉负荷不足、主蒸汽、再热汽超温现象；炉膛、水平烟道、尾部受热面上出现不同程度的结渣、沾污和制粉系统出力不足等问题，只能部分掺烧该煤种，国内尚无100%燃用同类型煤种的设计与运行经验。2012年9月在新疆召开了2012年中国动力工程学会锅炉专业委员会学术交流会，各参会单位对准东地区煤炭具有的三大特性：严重的沾污性、结渣性、高水份达成了共识，西安热工研究院及西安交通大学汇报了准东煤结焦沾污机理及防控技术研究的最新成果，锅炉厂提出了各自对准东煤的实验结果和在锅炉设计中的对策。本工程磨煤机与制粉系统的选型也参考了本次会议的研究成果。

磨煤机与制粉系统的确定，需根据煤的燃烧特性、磨损性、爆炸特性，煤粉细度的要求，结合锅炉的炉膛结构、燃烧器结构统一考虑，并考虑主厂房布置、设备投资、电厂检修运行水平及设备的配套、煤源等因素，以达到磨煤机、制粉系统、燃烧装置和锅炉炉膛匹配合理的目的，保证机组的安全经济运行。根据以上燃煤分析，本工程煤种干燥无灰基挥发份均较高，属于易着火、易燃烬煤种，容易导致煤粉爆炸、煤粉仓自燃等事故的发生，应采用直吹式制粉系统；设计与校核煤种收到基灰分最高为3.80%，灰分含量较低，对着火、燃烬、稳定燃烧及磨煤机出力等无限定因素；煤种收到基水分最大34%，而空气干燥基水分相对偏低，对制粉系统、磨型的选择影响很大。

3.2制粉系统选型分析

由于准东煤的特殊性，西安热工研究院针对本工程煤质进行了试磨试验及燃烧试验，得出以下结论：

磨煤机试磨试验表明如果按照常规烟煤的煤粉细度的选取方法，磨煤机出力较小，因此可适当提高煤粉细度，满足磨煤机出力要求。试磨结果和干燥出力计算结果表明，煤样适应中速磨系统。

选用中速磨，要求较高的一次风率，一次风率控制在30%左右较为合适，且要求较高的磨煤机入口风温。

磨煤机运行温度：中速磨设计出口温度一般取为70～90℃。对于本次燃烧性能较好的煤种，推荐运行时维持在65～70℃。

变一次风率的试验结果表明一次风率升高时，燃尽率下降，炉膛后期燃烧温度升高，NOx排放增加，其中炉膛后期燃烧温度升高将会加剧屏区的结渣，因此应选较适中的一次风率，根据试磨结果和燃烧试验结果，建议一次风率选取在30%左右较为合适。

根据西安热工研究院的试验结果，经与锅炉厂和磨煤机厂沟通，确定本工程制粉系统采用冷一次风机中速磨正压直吹式系统。

由于本工程煤质具有强结焦性，燃烧试验结果要求采用较低的炉膛燃烧器区壁面热负荷，采用6台中速磨煤机后可降低单只燃烧器的热功率，对于减少炉膛燃烧器区壁面热负荷，避免炉膛燃烧器区壁面结焦非常有利。经过咨询，国内300MW级锅炉在燃烧同类高水份煤质时，均选用6台中速磨煤机，锅炉设置6层一次风燃烧器。而且锅炉厂亦推荐本工程配置6台中速磨煤机。同时由于本工程煤质的外水较高，需要磨煤机具有较大的干燥出力，当选五台磨煤机时磨煤机的型号、出口送粉管道管径均大于常规350MW机组，对主厂房布置不利。故本工程确定配置六台中速磨煤机。通过咨询磨煤机厂，对于高水份煤，磨煤机出口温度选择65℃。

4.结论

每台锅炉配置5台中速磨煤机为国内300MW级机组典型设计方案，在本工程初设阶段通过与锅炉厂和磨煤机厂沟通，并借鉴目前掺烧准东煤的现役电厂的运行经验，认为每台炉配置6台中速磨煤机方案可降低喷燃器磨损，增强实际运行中机组的调峰能力。在锅炉本体设计过程中，采取足够大的炉膛断面、炉膛容积和燃尽高度，合理配风保证燃烧器区域的水冷壁壁面处于氧化性气氛，上炉膛采用大节距的分隔屏和后屏受热面等措施，可有效防止燃烧褐煤锅炉的炉膛及受热面容易结焦的问题。故将采用冷一次风机中速磨正压直吹式系统，每台炉配置6台中速磨煤机方案做为本工程制粉系统最终选型方案。

目前国内普遍采用的有辊式（MPS、ZGM）和碗式（HP）两种中速磨。辊式中速磨的主要特点是耐磨性能好、石子煤量小；碗式中速磨的主要特点是检修方便、启动负荷较小、电动机功率较小。与MPS（ZGM）磨煤机相比，HP磨煤机具有体积小、阻力小、检修方便、通风电耗低等优点。按现有煤质资料，上述二种磨型均能适应本工程布置、系统运行等方面的实际要求，具体型式需通过招投标来最终确定。

参考文献

[1] 火力发电厂设计技术规程DL 5000-2000 DL/T 5054―1996

[2] 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定 DL/T 5145-2002