CN201748414U - 直吹式煤粉锅炉防爆处理系统 - Google Patents

直吹式煤粉锅炉防爆处理系统 Download PDF

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邹天舒
吴景兴
冷杰
蒋翀
纪宏舜
袁德权
王文生
陈大为
徐宪斌
韩志华
吴惠文
梁明文
苏东
刘学增
吴炬
张振杰
李彦龙
宋大勇
高吉录
张家维
丛日成
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Abstract

本实用新型属于发电安全的技术领域,特别是涉及一种直吹式煤粉锅炉防爆处理系统,该系统主要包括烟煤锅炉和一次风机,其特征在于:在烟煤锅炉的尾部烟道引风机的出口处通过管路和增压风机连接至一次风机入口处。本实用新型的目的在于解决直吹式中速磨制粉系统烟煤锅炉如何有效防爆这方面所存在的问题。

Description

直吹式煤粉锅炉防爆处理系统
技术领域:本实用新型属于发电安全的技术领域,特别是涉及一种直吹式煤粉锅炉上的防爆处理方法及所专用的系统。
背景技术:近年来,随着国民经济的发展,电力需求快速增长,火电装机容量迅猛增加,同时煤炭价格放开,完全市场化,电煤供需矛盾日益突出,部分区域火电机组经常面临煤碳短缺的困境,甚至出现产煤地区的发电公司反而无煤可烧的现象。而且,这个矛盾在未来相当长的时间里仍将持续下去。
随着东北地区原有烟煤资源日渐萎缩和枯竭以及煤炭价格的逐年攀升,更进一步促使发电公司寻求价格即低减少燃料成本又能保证大量燃用长期稳定供应的煤种。而东北地区近年来发现的数个褐煤露天煤田,无疑为东北地区发电机组提供了充足的褐煤煤源。由于褐煤挥发分高、水分大、着火温度低,属易燃易爆煤种。烟煤锅炉掺烧褐煤前后煤种特性表现出较大差异。
同时,由于双进双出钢球磨,具有两个对称又彼此独立的回路,风、煤、粉同处在进口和出口,因此,结构及运行方式复杂,很容易发生爆炸问题。在燃用烟煤期间,制粉系统曾数次发生爆炸事故,安全问题一直尤为突出。
直吹式制粉系统防爆问题又尤以双进双出钢球磨制粉系统技术难度最大。
因此,如何解决直吹式制粉系统防爆问题成为日益突出和亟待解决的技术难题。
实用新型内容:
实用新型目的:本实用新型提供一种直吹式中速磨制粉系统烟煤锅炉防爆处理方法及所专用的系统,其目的在于解决直吹式中速磨制粉系统烟煤锅炉不能有效防爆的问题。
技术方案:本实用新型是通过以下技术方案来实现的:
一种直吹式煤粉锅炉防爆处理系统,该系统主要包括烟煤锅炉和一次风机,其特征在于:在烟煤锅炉的尾部烟道引风机的出口处通过管路和增压风机连接至一次风机入口处。
在烟煤锅炉的尾部烟道引风机出口处分别通过两条管路和两个冷烟增压风机连接至一次风机入口处。
优点及效果:本实用新型提供一种直吹式煤粉锅炉防爆处理系统,该系统主要包括烟煤锅炉和一次风机,其特征在于:在烟煤锅炉的尾部烟道引风机的出口处通过管路和增压风机连接至一次风机入口处。
煤粉爆炸的基本条件是存在煤粉并形成一定的煤粉浓度、氧气浓度、足够的点火能量。制粉系统存在煤粉,其煤粉浓度均处于易爆范围,而且设备多、结构复杂,不可避免的存在积粉部位和流动死区,以及由此引发的阴燃。因此,要想有效消除制粉系统爆炸条件,只有在制粉系统中掺入惰化介质,大幅度降低氧气浓度,使氧浓度降低至煤粉空气混合物不能点燃的条件。
因此,本实用新型反复论证提出了抽取低温烟气作为制粉系统介质的技术路线,通过在烟煤锅炉的尾部烟道引风机的出口处设置增压风机,将低温烟气通过管路输送至一次风机入口处,经过回转式空气预热器重新加热,作为一次风再送入制粉系统,改变制粉系统内部的工作介质和成分,增加惰性气体含量,将制粉系统末端O2水平控制在不超过16%(湿烟气)的技术指标,以此提高制粉系统的防爆能力。而增加低温烟气介质后,制粉系统防爆能力得到全面提高。
该实用新型结构简洁合理,很好的解决了直吹式中速磨制粉系统烟煤锅炉不能有效防爆的问题。
附图说明:
图1为本实用新型主要结构示意图;图中:1、一次风机;2、引风机;3、增压风机;4、烟囱;5、磨煤机;
图2为本实用新型的结构示意简图;
图3为煤粉着火指数与燃烧气氛(含O2)的关系曲线图;
图4为本实用新型的背景技术附图。
具体实施方式:
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明,但不因具体的实施例限制本实用新型。
如图1所示,本实用新型提供一种直吹式煤粉锅炉防爆处理系统,该系统主要包括烟煤锅炉、及与该锅炉连接的制粉系统,制粉系统包括给煤机、磨煤机5、一次风管路,一次风管路连接一次风机1,在烟煤锅炉的尾部烟道引风机2出口处通过管路和增压风机3连接至一次风机入口处。图1中标号“5”所示为烟囱。
如图2中所示,在烟煤锅炉的尾部烟道引风机出口处分别通过标号为“A”和“B”的两条管路和两个增压风机连接至一次风机入口处。
该实用新型的直吹式煤粉锅炉防爆处理系统提出增加低温烟气系统的改造技术。其工作原理就是利用引风机出口经过净化约为140℃的低温烟气,通过增压风机送入一次风机,经过回转式空气预热器重新加热,作为一次风再送入制粉系统,改变制粉系统内部的工作介质和成分,增加惰性气体含量,降低制粉系统末端氧量水平不超过16%,以此提高制粉系统的防爆能力。
加入的低温烟气经空气预热器加热后作为一次风,温度较之前略有上升,提高5~7℃,排烟温度上升2℃左右。具体结构如图1所示。
该实用新型的防爆参数的确定:
各国通常采用控制O2的容积额作为防爆指标,我国DL/T5203-2005《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》中有关按惰性气氛设计的标准为O2不大于14%,是参考前苏联和西方国家的相关标准得来的。德国TRD413规定,按湿烟气计算,烟煤为14%,褐煤为12%;前苏联标准按干烟气计算为16%,按不包括混合物中的水蒸汽来限制氧含量,两者相似。
图3给出了霍林河褐煤煤粉着火指数与燃烧气氛(含O2)的关系,可以看出,在煤粉浓度为(0.3~1.0)kg/kg范围内,煤粉的着火指数(温度)均随着含O2的减少而增大,即随着O2的减少,着火的难度逐渐增大;而当O2减少到某一数值时,继续减少O2,着火指数不再随之增加,这个O2即为着火性能发生突变的临界O2。在工程上,可以把这个临界值作为着火/燃烧被抑制点,也可以作为煤粉不发生爆炸的临界O2。由图2可知,无论在何种煤粉浓度下,霍林河褐煤(其它褐煤的燃烧特性与此相当)的这个临界O2均为16.5%。煤粉浓度对着火指数也有较大影响,随着煤粉浓度的增加,着火指数呈下降趋势,即更易着火和燃烧。
工程上,制粉系统含O2受多种因素约束,要想控制在很低水平是十分困难的。按照《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》的标准,虽然安全更有保证,但余量偏大,条件过于苛刻,工程中一般均难以实现。根据上述研究结果,我们提出将制粉系统含O2量控制在16%以内,既满足工程的需要,又有实验作为理论依据。多家电厂制粉系统改造后的运行效果表明,其防爆效果足以满足工程需要,对制粉系统防爆具有普遍的指导意义。考虑到混煤的防爆应按混煤中的易爆煤种选择,因此,制粉系统末端湿烟气氧量按褐煤选取为不大于16%。
本实用新型的具体好处:
早期褐煤锅炉均采用风扇磨直吹系统,通过高温烟气+低温烟气+热风解决制粉系统防爆与干燥,近年,褐煤锅炉中速磨直吹式系统,主要采用系统抗爆设计和足够的防爆泻压手段,而烟煤锅炉难以实现。国内最近有关直吹式制粉系统烟煤锅炉掺烧褐煤所取得的成果及发表的相关文献,仅是一些工业试验,特别是均主要从干燥能力考虑,而未真正解决防爆问题,并未达到大比例(50%以上)掺烧的能力。
理想的直吹式制粉系统若想同时解决制粉系统防爆和干燥问题,必须利用高温烟气或中温烟气。由于直吹式制粉系统风压较高,在7~11kPa之间,直接进入其内部的介质必须高于其风压,输送高温、高风压、高灰浓度的介质,风机技术无法突破。国内、外有从锅炉炉膛以及引风机出口抽取烟气直接加入制粉系统防爆和干燥的例子,但均为处于负压工作条件下的中储式制粉系统。因此,国内、国外至今尚无直吹式制粉系统加入烟气惰化以及干燥的工程研究和技术应用的例子。
前苏联、德国、澳大利亚、美国等储存有大量的褐煤,在燃用褐煤上具有一定的经验,锅炉掺烧煤的主要目的是为了降低污染物排放,或者解决结焦问题,而且由于这些国家的能源政策,燃煤锅炉数量很少,并未开展烟煤锅炉掺烧褐煤技术研究。
直吹式制粉系统锅炉防爆问题尤以双进双出钢球磨制粉系统技术难度最大。该项技术开发了用于直吹式制粉系统的低温烟气惰化系统,得出了控制制粉系统末端湿烟气含氧量不大于16%的技术指标,有效地防止了制粉系统爆炸。
本实用新型的技术现已在阜新发电公司3、4号2台350MW机组锅炉得到实验,掺烧褐煤比例已达到50%以上,低负荷和中间负荷已达到全烧褐煤,另有2台350MW机组锅炉在方案设计中。1台350MW机组锅炉每年节约成本约3205万元。
特别是从根本上解决了直吹式制粉系统爆炸而造成的人身伤害和设备重大损坏事故率的发生,减少了机组非停次数,安全和经济意义重大。
因低温烟气惰化系统的采用,减少NOX排放8.9%。
该项技术,拓宽了锅炉燃用煤种范围,改变了锅炉燃用单一煤种的状况,煤源供应得到一定的保障。为直吹式制粉系统烟煤锅炉掺烧褐煤取得宝贵的经验,可广泛推广。
该实用新型在直吹式制粉系统烟煤锅炉进行改造试验,防爆设计按最易爆炸的褐煤设计,投运低温烟气惰化系统,以检验直吹式制粉系统防爆效果。其中,烟煤锅炉尤以掺烧挥发分最高的褐煤最为容易发生爆炸,在此煤质条件下,如锅炉及制粉系统长期安全运行,即认为对其它煤种具备防爆能力。
低温烟气惰化系统改造试验
(1)、低温烟气惰化系统惰化试验
在掺烧50%比例褐煤时,在锅炉高低负荷下,制粉系统终端含氧量约为16%,低温烟气惰化系统完全能够满足掺烧褐煤后制粉系统的安全防爆要求。并进行停止冷烟风机后利用一次风机入口负压抽取烟气量试验,根据试验结果,无需在冷烟风机事故跳闸后联跳一次风机,从而提高整个机组运行的稳定性。
(2)、投入低温烟气惰化系统对NOx排放量影响试验
机组负荷约在320MW时,保持锅炉氧量基本不变,未投入低温烟气系统时,折算后烟尘中氮氧化物排放浓度为440.8mg/m3,在投入低温烟气系统时,折算后烟尘中氮氧化物排放浓度为401.7mg/m3,比未投入低温烟气系统氮氧化物排放浓度降低了39.1mg/m3,其降低幅度为8.9%。
(3)、投入低温烟气系统有利于提高引风机出力
由于增加一部分再循环烟气量,当投入低温烟气系统后,引风机出入口压差变小,流量变大,风机电流下降3~5A,风机功率有所下降,在保持锅炉氧量不变的情况下,引风机将自动关小,因此当投入低温烟气系统后,在一定程度上可提高引风机出力。虽然掺烧50%褐煤后,由于总烟气量增大,消耗引风机出力的程度较大,但总体上引风机出力较改造前仍然是提高的。
(4)、磨煤机最大出力试验
在掺烧50%煤质条件下,收到基水分25.1%,收到基低位发热量16515kJ/kg,磨煤机最大出力为72t/h。实际磨煤机最大出力总和约216t/h,磨煤机出力裕量系数为1.09,完全能够满足机组带大负荷的出力要求。
(5)、投入低温烟气系统对主、再热汽温影响试验
在保持氧量、过热、再热汽温不变时,投入低温烟气系统后,过热蒸汽减温水量略有增加,燃烧器摆角下摆3.9°。投入低温烟气系统后主、再热汽温仍具有较大的调整裕度。
(6)、投入低温烟气系统对受热面壁温影响试验
机组负荷约为320MW时,投入比未投入低温烟气系统各级受热面壁温略有升高,平均上升4.58℃,各受热面壁温最高点均低于材质的许用温度,掺烧褐煤后对锅炉受热面壁温的影响不会影响机组的安全稳定运行。
(7)、投入低温烟气惰化系统对锅炉热效率影响试验
当负荷为320MW未投入低温烟气惰化系统时,修正后锅炉热效率为92.82%,投入低温烟气系统时,修正后锅炉热效率为92.25%。投入比未投入低温烟气惰化系统时修正后的锅炉热效率下降0.57个百分点。
(8)、提高热一次风试验
通过对比试验可知,在机组负荷、燃料量、运行氧量和环境温度(即送风机入口温度)基本相同的情况下,通过低温烟气惰化系统改造,在满负荷下系统一次风温升上升了约7℃,排烟温度上升了约2℃。
(9)、全烧褐煤试验
①、磨煤机在锅炉最低负荷下最大出力试验
在全烧褐煤的情况下,制粉系统最大出力可以达到65t/h,且磨煤机出口温度仍可维持在60℃以上。
②、最低负荷试验
最低负荷190MW,运行中炉膛负压稳定,主、再热汽温满足要求,运行正常。
③、锅炉最大负荷试验
锅炉在全烧褐煤条件下,出力同时受制粉系统出力和褐煤热值的制约,锅炉出力不能至额定,只能达到中间某一负荷。通过试验可知,机组全烧褐煤可带至约295MW。锅炉效率为92%,NOx排放525.35mg/Nm3
(10)、燃用70%褐煤+30%俄罗斯烟煤时机组锅炉热效率试验
在机组负荷310MW下,进行锅炉热效率试验,锅炉效率为92.04%。
该实用新型结构简洁合理,实用性和安全性很强,比较利于在发电安全的技术领域推广应用。

Claims (2)

1.一种直吹式煤粉锅炉防爆处理系统,该系统主要包括烟煤锅炉和一次风机,其特征在于:在烟煤锅炉的尾部烟道引风机的出口处通过管路和增压风机连接至一次风机入口处。
2.根据权利要求1所述的直吹式煤粉锅炉防爆处理系统,其特征在于:在烟煤锅炉的尾部烟道引风机出口处分别通过两条管路和两个冷烟增压风机连接至一次风机入口处。
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