煤粉細(xì)度的合理選擇

煤粉細(xì)度的合理選擇0引言提高鍋爐燃燒效率一直是電廠鍋爐工作者追求的目標(biāo)，降低飛灰可燃物含量是其重要手段之一。近年來(lái)，由于環(huán)保意識(shí)不斷強(qiáng)化，飛灰的綜合利用得到重視。飛灰能否得到利用，其可燃物含量又是一個(gè)重要的控制指標(biāo)。然而，從國(guó)內(nèi)大容量火電機(jī)組運(yùn)行狀況看，一些燃用低揮發(fā)分煤種的鍋爐飛灰可燃物含量一直居高不下，往往大于10%乃至更高。一些采用先進(jìn)的低NOx燃燒器的燃用中等揮發(fā)分煤種鍋爐的飛灰可燃物含量也往往大于5%，降低了飛灰的等級(jí)，影響了其利用。從近年從事燃燒優(yōu)化的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，燃用的煤粉細(xì)度適度變化，能顯著降低飛灰可燃物含量，解決上述問(wèn)題。1煤粉細(xì)度及現(xiàn)用的推薦值煤粉細(xì)度是煤粉最重要的特性之一，它是煤粉顆粒群粗細(xì)程度的反映。煤粉細(xì)度是指：把一定量的煤粉在篩孔尺寸為x微米的標(biāo)準(zhǔn)篩上進(jìn)行篩分、稱(chēng)重，煤粉在篩子上的剩余量占總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)定義為煤粉細(xì)度Rx。在我國(guó)，電廠鍋爐煤粉細(xì)度常用篩孔尺寸為200和90um的2種篩子來(lái)表示，即、。和、，而R90又是電廠鍋爐運(yùn)行最常用的控制指標(biāo)。煤粉細(xì)度r90不僅對(duì)煤粉氣流的著火，而且對(duì)焦炭的燃盡都有直接影響。從燃燒的觀點(diǎn)看，煤粉磨的愈細(xì)愈好，但磨制煤粉的制粉電耗將會(huì)增加，因此鍋爐實(shí)際選用的煤粉細(xì)度是根據(jù)不同煤種的燃燒特性對(duì)煤粉細(xì)度的要求與制粉系統(tǒng)費(fèi)用兩者進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定的，通常把機(jī)械不完全燃燒損失與制粉電耗之總和為最小值時(shí)所對(duì)應(yīng)的R稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)細(xì)度(或最佳細(xì)度)。影響煤粉細(xì)度的因素主要有：90燃料的燃燒特性。揮發(fā)分高、發(fā)熱量高、活性強(qiáng)、活化能低的燃料一般容易燃燒，煤粉可粗一些；磨煤機(jī)和分離器的性能。性能好的磨煤機(jī)和分離器可使成粉的均勻性好，即使煤粉粗一些也能燃燒得比較完全；燃燒方式。對(duì)于燃燒熱負(fù)荷很高的鍋爐，如液態(tài)排渣爐、旋風(fēng)爐，煤粉可適當(dāng)放粗。我國(guó)鍋爐工作者通過(guò)多年實(shí)踐，摸索出適應(yīng)我國(guó)煤種的經(jīng)濟(jì)細(xì)度的推薦公式，即：R90=0.5Vdaf+4 (%) (1)若進(jìn)一步考慮煤粉的均勻性，上式可修改為：R9o=O.5nVdf+4 (%) (2)式中，Vdf為煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分，％；n為煤粉的均勻性系數(shù)。以上推薦公式數(shù)十年來(lái)一直應(yīng)用于我國(guó)電廠鍋爐的制造、設(shè)計(jì)、運(yùn)行，指導(dǎo)我國(guó)電廠鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，并寫(xiě)入了有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中。2修改改推薦公式的原因20世紀(jì)80年代末，華能?chē)?guó)際電力公司率先引進(jìn)了6臺(tái)350MW容量等級(jí)的“W”火焰鍋爐。運(yùn)行實(shí)踐表明，這種燃用低揮發(fā)分煤種的新?tīng)t型在燃燒穩(wěn)定性、低負(fù)荷穩(wěn)燃能力、變負(fù)荷能力和可用率方面顯示了巨大的優(yōu)越性，大大提高了電力生產(chǎn)部門(mén)燃用低揮發(fā)分煤種的信心。90年代初國(guó)內(nèi)制造商引進(jìn)了這種爐型的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，大大推動(dòng)了該爐型在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。截至2002年，全國(guó)已陸續(xù)有11個(gè)火電廠投運(yùn)了32臺(tái)“W”火焰鍋爐，總?cè)萘考s10GW，另有10余臺(tái)處于在建中，因此，這種爐型在我國(guó)應(yīng)用的數(shù)量處于世界首位。然而，在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，該爐型的燃燒效率普遍低于期望值，尤其在燃用VdfJ、于等于12%的煤種時(shí)，飛灰可燃物含量大于15%，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和飛灰的綜合利用。另外，隨著我國(guó)加大環(huán)境保護(hù)的力度，出臺(tái)了NOx排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，控制電廠NOx排放引起了高度重視。從國(guó)情出發(fā)，目前我國(guó)電廠鍋爐NOx的控制是采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，其根本原理是控制空氣與燃料的混合，降低爐內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)。該技術(shù)投資少、使用方便，但缺點(diǎn)是使燃燒過(guò)程推遲從而導(dǎo)致飛灰可燃物上升。其次，飛灰利用在近10年內(nèi)引起了國(guó)內(nèi)火電廠的重視，飛灰利用變廢為寶，既可減少電廠修建灰場(chǎng)的投資，減輕其對(duì)環(huán)境的污染，又可為電廠增加一部分額外收入。但飛灰的利用對(duì)其可燃物有一定的限制，通常要求飛灰可燃物低于8%,最好低于5%。上述新情況對(duì)電廠鍋爐設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行提出了更高要求，也成為鍋爐工作者面臨的新問(wèn)題。國(guó)電熱工研究院在近年的燃燒優(yōu)化實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一些燃用中、低揮發(fā)分煤種的鍋爐，燃用更細(xì)一些的煤粉比優(yōu)化配風(fēng)對(duì)降低飛灰可燃物含量的效果更好。如某廠一臺(tái)210MW機(jī)組鍋爐在實(shí)施低NOx燃燒技術(shù)改造后，NOx排放顯著降低，低負(fù)荷運(yùn)行的能力顯著提高，但遺憾的是飛灰可燃物居高不下，經(jīng)優(yōu)化配風(fēng)后仍無(wú)變化，但經(jīng)大幅度改變煤粉細(xì)度后(吮從10%降至4%左右)，飛灰可燃物從8%?15%減少^06%左右。在對(duì)眾多類(lèi)似的工作總結(jié)后，推出如下煤粉細(xì)度新的推薦公式：R90=0.5Vdf (%) (3)或 R90=0.5nVdf(%) (4)上述公式已列入新近修訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》，并有望近期頒布執(zhí)行。3降低煤粉綱度的經(jīng)濟(jì)性分析降低煤粉細(xì)度運(yùn)行的綜合經(jīng)濟(jì)性是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，從以下4個(gè)燃用低揮發(fā)分煤種電廠的試驗(yàn)結(jié)果看，可得出肯定的結(jié)論。表1列舉了比較結(jié)果，在比較中，取電價(jià)0.3元/(kW-h)，鋼球價(jià)2000元/t，煤價(jià)200元/t，這些價(jià)格是適中的。燃料量按300MW機(jī)組鍋爐130t/h選取。由以上計(jì)算可明顯看到，由于鍋爐熱效率提高所帶來(lái)的效益均大于因磨煤電耗和鋼球消耗量增加而提高的制粉成本。需說(shuō)明的是，在以上經(jīng)濟(jì)分析中還沒(méi)有考慮由于飛灰可燃物下降而使飛灰品質(zhì)提高所產(chǎn)生的效益，對(duì)一臺(tái)300MW機(jī)組，此效益年可達(dá)千萬(wàn)元左右。表1降低煤粉細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果及經(jīng)濟(jì)性比較注：1)因?yàn)椴捎么蟮匿撉蜓b載量，磨煤電耗較高；2)磨煤電耗Em2按計(jì)算得出：E/E=]n(100/R2)o.5/ln(100/R1)0.5；"匕 m2ml 90 903）鋼球消耗量K按計(jì)算得出：K/K=ln（100/R2）/ln（100/R1）。m2 m2ml 90 904降低煤粉細(xì)度運(yùn)行的注意事項(xiàng)對(duì)于在役的火電機(jī)組，降低煤粉細(xì)度運(yùn)行的主障礙在于制粉系統(tǒng)出力能否滿足機(jī)組在滿負(fù)荷下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。因?yàn)榻档兔悍奂?xì)度必然會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)出力下降。這一問(wèn)題一般可通過(guò)制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整來(lái)解決。對(duì)于燃用低揮發(fā)分煤粉鍋爐通常配備的鋼球磨煤機(jī)，調(diào)整其鋼球裝載量，使其達(dá)到額定值是十分有效的手段之一。此外，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整不同直徑鋼球的比例，也是有效手段之一。降低煤粉細(xì)度后，有必要對(duì)鍋爐燃燒狀況做適當(dāng)調(diào)整。因?yàn)榧?xì)煤粉的著火會(huì)提前，若處理不當(dāng)，有可能因著火距離過(guò)近而燒壞燃燒器噴口。對(duì)于燃用揮發(fā)分較高的采用中速磨直吹式系統(tǒng)的電廠鍋爐，降低煤粉細(xì)度運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性也是顯而易見(jiàn)的，這可從國(guó)內(nèi)引進(jìn)的一些大容量煤粉鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐得到證實(shí)，如華能福州電廠設(shè)計(jì)燃用Vdaf=33%的大同煙煤，選用煤粉細(xì)度R90=10%;外高橋電廠燃用Vdaf=36%的神木和大同煙煤