1 000 MW超超临界褐煤锅炉制粉系统选型优化

　　拟建的内蒙古克什克腾电厂规划容量为6x1―期工程拟建设2x1MW级超超临界国产燃煤空冷机组，燃煤为内蒙古锡林浩特胜利露天煤矿褐煤。该煤具有碳化程度低、水分高、灰分大、热值低等特点。煤的燃烧特性，包括着火、燃尽特性及在炉内的结渣特性和对受热面的沾污特性等是锅炉基金资助项目：国家高技术研究发展计划项S（2006AA05Z320）。

　　表1设计和校核煤种的煤质分析项目设计煤种校核煤种工全水分M，V3033业空气干燥基水分Mad/14，915.2分干燥无灰基挥发分V45.744.8析收到基灰分A/17.9718.45元素分析收到基低位发热量a.p/（kkg“）13 17211918哈氏可磨性系数HGI5047冲刷磨损指数1.131.4灰变形温度DT/'C11101100熔软化温度sire11401140性流动温度fttc12201200燥时，温度调节比较方便，对燃料的变化也较容易适应；但也存在提升压头低、磨损较严重、易磨损部件寿命短、检修工作量大等不足。在国内300，600MW机组采用风扇磨煤机负压直吹式制粉系统已有成熟的运行经验，但国产1 000MW机组配风扇磨的锅炉及风扇磨尚无制造及运行业绩。

　　中速磨具有系统简单、操作简便、控制灵活、检修工作量较少的特点，尤其是易磨损部件寿命较长，提升压头高，有利于燃烧器参数的合理选择。但该系统是否适应本工程燃烧褐煤的要求，关键在于其干燥出力能否满足要求。据资料记载，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PortAuqusta电厂燃用褐煤，其水分26~35，灰分11.5~23.5，配MPS180/190中速磨煤机；我国的元宝山电厂3号机组、上都电厂1-4号炉燃用褐煤采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，运行良好。以上工程应用实例证明了中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统在解决好干燥出力的前提下，可以应用于褐煤电厂。

　　2种制粉系统方案技术上的利弊1.2.1对原煤水分的适应性燃用褐煤设计时首先应考虑制粉系统的干燥能力问题。中速磨煤机的结构本身决定了其所使用的入口干燥剂温度只能低于400°C，常用热风作干燥剂，干燥能力受到限制；风扇磨能抽取温度在900 1000°C的高温炉烟作为干燥介质，干燥能力很强，再配以热风和冷炉烟，系统的干燥出力调节幅度大，对煤的水分变化适应能力强。因此，燃用高水分（一般认为H>40）和偏高水分（一般认为M，在30~40之间）褐煤的锅炉，采用风扇磨直吹式制粉系统较好。对于燃用中等水分（一般认为M，在2035之间）褐煤的锅炉，其制粉系统采用风扇磨和中速磨系统都是可取的，这就需要结合煤种其他特性（如挥发分、可磨性指数、磨损指数）、锅炉对制粉系统的要求及锅炉燃烧的适应能力综合考虑，选取较为合适的磨型。

　　按德国的经验，燃用高水分和偏高水分褐煤的锅炉，一般采用风扇磨直吹式制粉系统；澳大利亚也是从德国引进褐煤燃烧技术，大多采用风扇磨直吹式制粉系统；而在美国，当水分小于40时，一般采用中速磨直吹式制粉系统，取得了良好的运行经验和效果。

　　借鉴不同国家的经验，本工程采用2种不同的方案，在技术上都是可行的。

　　1.2.2可磨性和磨损性对制粉系统的影响根据美国CE公司经验，中速磨磨制褐煤时，褐煤与热风在磨中混合后，当煤的水分降低到25以下，HGI逐步上升，即可磨性提高。

　　本工程煤质磨损指数为1.131.4，属不强，对中速磨和风扇磨都适用。但由于磨煤机结构特性原因，风扇磨的大弱点就是较中速磨磨损严重，检修频繁，连续运行时间短。

　　风扇磨磨损寿命超过2 000h已属较高，而中速磨磨损件寿命至少8000h，原电力部电力建设研究所曾对东北3种褐煤（平庄、扎赉诺尔、霍林河）进行试验，试验报告表明，在煤粉细度一致的情况下，MPS中速磨的金属磨损率明显低于风扇磨（4倍左右），而研磨部件的金属利用率MPS中速磨为50，风扇磨仅为30左右。相比而言，中速磨的研磨件使用寿命要长得多，而使用寿命的长短，将影响电厂的安全运行和经济利益。

　　1.2.3制粉系统漏风问题风扇磨直吹式制粉系统由于磨煤机前的系统内为负压运行，故制粉系统的漏风不可避免，这是造成制粉系统干燥出力不足的主要原因。制粉系统的漏风一般为30，由于漏风较大，有组织的二次风减少，造成燃烧工况恶化。同时经空气预热器的风量降低，使锅炉排烟温度升高，导致锅炉运行效率降低。

　　1.2.4煤粉水分值的选取及干燥出力煤粉含水分过大时，煤粉在炉内飞扬不良，着火迟缓，燃烧不完全，制粉系统内的风粉混合物的露点高时，易引起堵塞；但煤粉过于干燥，对于挥发分高的煤，将增加自燃和爆炸的可能性。

　　项目中速磨苴吹式风扇磨直吹式本。I：程原煤水分M，可磨性磨损性煤粉水煤粉细度高海拔系漏粉的制统风系防粉的制统爆对磨煤机出力对磨煤机出力有-有走影响定影响适宜5.0的褐煤2种方案在技术上都是可行的正压茛吹式，无漏风一般褐煤煤粉水分的选取对风扇磨按0.51倍的空气干燥基水分，因为风扇磨所磨制的煤粉较粗（煤粉细度。=4050），因此较高的送粉温度和要求较低的煤粉水分才能保证可靠燃烧。对中速磨来说，可按空气干燥基水分选取。美国CE公司一般对高水分的褐煤，其煤粉水分按原煤水分的一半选取。

　　德国EVT公司通常是对煤样试磨后提供较准确的煤粉水分值。

　　1.2.5煤粉细度佳煤粉细度与燃烧设备、燃烧方式和燃煤特性有着密切的关系。对本工程中速磨来说，ft=40.对风扇磨来说，/9.=4555，煤粉较粗，但由于干燥温度较高，煤粉含水分较低，可保证可靠燃烧。

　　1.2.6关于风扇磨的提升扬程及设备制造能力000MW机组，一次风喷口标高较已有运行业绩的300，600MW机组一次风喷口要高得多，再加上高海拔带来的不利影响，风扇磨由于受冲击轮线速度的限制而采用低转数，提升扬程要比300MW机组高，大型风扇磨国内没有制造和运行经验（包括锅炉），如采用风扇磨方案，则需考虑引进技术合作制造或风扇磨进口。中速磨直吹式制粉系统不存在此问题。

　　1.2.7制粉系统防爆由于褐煤高水分、高挥发分的固有特点，制粉系统需满足干燥出力和防止系统内的自燃与爆炸这个相互矛盾而又必须同时兼顾的要求，风扇磨直吹式制粉系统由于可以引用炉烟与空气混合干燥，呈惰化气氛输送。在采用抽取高温炉烟以保证原煤干燥的同时，能有效防止制粉系统的自燃和爆炸。

　　中速磨系统需采取有效的防爆措施：在保证高于系统内风粉混合物露点46°C的前提卞，磨煤机出口温度不高于65°C，煤粉管道的设计流速选用较高流速值，当磨煤机低负荷运行时，保证煤粉管道流速大于18m/s.保证设备及管道空间无死角、无积粉现象。制粉系统设置有效的惰化措施和灭火系统。

　　1.2.8高海拔地区燃用高水分褐煤对锅炉及辅助系统和设备的影响高海拔地区大气压力降低，空气、烟气密度减小，会导致燃料燃烧反应速度的降低，同时由于空气及烟气体积膨胀而必须相应增大炉体，否则易导致锅炉燃烧不完全、蒸发出力可能不足、炉膛出口烟温升高、过热器和再热器沾污加剧、长期运行会发生对流受热面局部过早磨穿的现象。另外，由于气压低，烟风系统阻力增加，在系统计算和通风设备选型上需充分考虑大气压对设备扬程的修正。本工程厂址地处高海拔地区，年平均气压为0.09MPa，必须考虑高海拔对设备能力的影响。火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程）P对高海拔地区制粉系统及烟风煤粉管道如何进行设计修正有明确的规定。

　　1.3制粉系统选型结论2种制粉系统方案技术上的利弊汇总见表2.表22种制粉系统方案技术上的利弊汇总户、阳扭平K牡适宜原煤水分=全水分侧为30、不人于3533，2种方案在技褐煤m「4术上都是可行的HGI分别为50、47，属难磨煤种。2种方案在技术上都是可行的，对中速磨的出力须通过试磨确定适宜冬3.5的褐煤风扇磨都适用，但风扇磨磨损寿命低得按不通常按。5~“的3 3可按。亡。飞千媒：宇气千燥某水分洗分另为14.9、15.2，对基水分选取中速磨的出力须通过试磨确定对设备及系统备及系统能力的影要高得多，风扇磨提能力的影响响升扬程不够，再加上高海拔带来的不利影响，风扇磨不适宜磨煤机前的系统内为负压运行，故漏风扇磨直吹式不利风问题比较突出须采取有效i 2种方案在技术上都施i输送，土月1是可行的磨煤机损严重，检修频繁，连续运行时间较型式短，而且随着磨损的加剧磨煤机的通~~综上所述，本工程终选用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统。

　　1000MW超超临界褐煤锅炉制粉系统设计参数与锅炉燃烧配合优化2.1褐煤锅炉炉型及基本参数本工程锅炉选用哈尔滨锅炉厂有限责任公司（简称哈尔滨锅炉厂）生产的超超临界参数变压运行，墙式双切圆燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭布置、全钢构架的n型直流炉。锅炉主要技术参数如表3.项目锅炉大蒸发量工况下的数值过热蒸汽流量/（t-h'）过热器出口蒸汽压力/MPa（g）过热器出口蒸汽温度/‘c再热蒸汽流量/（tho再热器进口蒸汽压力/MPa（g）再热器出口蒸汽压力/MPa（g）再热器进口蒸汽温度/°c再热器出口蒸汽温度/°c省煤器进口给水温度/sc空气预热器出口烟气修正后温度厂C锅炉保证热效率（按低位发热量）/ 2.2中速磨煤机选型国内4家中速磨煤机制造厂家均具有生产满足1000MW机组要求的中速磨煤机的能力。

　　北京电力设备总厂：具有多台中速磨煤机出口业绩，品种有ZGM113N，ZGM133G，ZGM123N型中速磨煤机，签订了国电北仑和大唐潮州电厂等1000MW机组中速磨煤机。

　　上海重型机器厂有限公司：生产的HP磨煤机已经大量用于华能玉环电厂、国华宁海电厂、华电芜湖电厂等国内百万千瓦机组中，出力大的是华电芜湖电厂HP1163型磨煤机。

　　沈阳重型机械集团公司：用于1组的中速磨煤机有国电泰州电厂及国投天津北疆电厂等。

　　长春发电设备有限责任公司：目前生产的MPS235HP-型及MPS245HP-型磨煤机台数近百台，其中大唐长山热电厂MPS245HP-型中速磨煤机用于霍林河褐煤，神华胜利电厂MPS245HP-型中速磨煤机用于锡林浩特褐煤。

　　对于本工程褐煤，4种型式的中速磨煤机从技术上均可满足要求，如ZGM133GI型（在ZGM133G的基础上，转速增加10，加载力增加20，通风能力按ZGM145G）、HP1163型（在HP1163的基础上，通风能力按HP 1203）、MP275B型（在MPS275的基础上，转速增加15，加载力增加40煤机。

　　2.3制粉系统设计与锅炉燃烧系统配合优化2.3.1磨煤机入口热风温度与空气预热器出口一次风温的配合由于褐煤水分高，要求的磨煤机干燥出力大，在满足锅炉燃烧要求的一次风率及中速磨煤机耐温的条件下，为达到磨煤机干燥出力要求，经计算磨煤机入口混合后温风温度需在340.3~371°C之间。考虑10的调温冷风量，空预器出口一次风温为420°C.换热面积为106425m2. 2.3.2磨煤机干燥出力与锅炉一次风率的配合燃褐煤锅炉煤粉所需干燥出力较大，故锅炉一次风率比燃烟煤锅炉偏大较多，据哈尔滨锅炉厂和CE公司褐煤炉摆动燃烧器的设计经验，中速磨褐煤炉的一次风总风量（一次风加上周界风）不宜超过总风量的50，其中周界风是属于二次风的一部分，一次风率应为40左右。因为中速磨的煤粉较细，煤粉颗粒在炉膛内与热炉烟和热风有较大的接触表面，即使较高的水分也能保证良好的燃烧。故本工程按空气干燥基水分选取煤粉水分，干燥出力满足要求，一次风率（3540）取值也与锅炉设计相匹配。

　　2.3.3磨煤机运行台数与锅炉燃烧器布置的配合每台炉采用10台中速磨煤机，燃用设计煤种时，9台运行，1台备用。燃用校核煤种时，10台运行。与每台炉配置的10层燃烧器（每台磨煤机带1层燃烧器）相对应。

　　磨煤机运行台数与锅炉负荷配合见表4.表4磨煤机运行台数与锅炉负荷配合设计煤种燃料消耗量/磨煤机运行台数锅炉大连续出力负荷（BMCR）汽轮机大连续出力负荷（TMCR）100锅炉额定负荷（100BECR）75锅炉额定负荷（75BECR）50锅炉额定负荷（50BECR）低不投油稳燃负荷（40BMCR）高加全切负荷注：锅炉BECR工况对应于汽机热耗考核负荷（THA）。

　　MW褐煤锅炉制粉系统选型参数通过研究和已有燃用褐煤的中速磨冷一次风机直吹式制粉系统的运行经验，提出克什克腾电厂1 000MW褐煤锅炉制粉系统选型参数，并提出了1000MW褐煤锅炉制粉系统参数选择范围，见表5. 4结论大容量超（超）临界燃褐煤锅炉在超（超）临界和褐煤燃烧领域已有充分的理论和实践基础。从燃用煤种分析，本工程采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统技术上是可行的。

　　由于磨制褐煤且较大型磨煤机的运行业绩还属首例，提高转速和增大加载力后对磨制褐煤出力的增加值以及对振动的影响有待验证。根据锅炉燃烧试验和以往工程经验提出百万千瓦等级褐煤锅炉制表5 1000MW褐煤锅炉制粉系统参数选择范围项目褐煤机组中速磨直吹式系统相关规程规定克什克腾电厂1000MW褐煤机组设计参数1000MW褐煤机组建议参数范围中速磨直吹式系统）原煤水分适宜原煤水分不大于35的设计煤种为30、校核煤褐煤种为33建议不大于35设计煤种为29.5、校核煤种为33；实际煤种为33~38，短时40以上磨损性适宜矣5.0的褐煤设计煤种为1.13、校核煤种为1.4，属不强建议不大于5.0设计煤种为0.72、校核煤种为0.8：实际煤种偏高，其中海神煤为5.33入炉煤粉水分可按空气干燥基水分选取设计按空气干燥基水分，设计煤种为14.9、校核煤种为15.2对中速磨的出力须通过实际煤粉水分大于空气干燥基水分，入炉煤试磨确定粉水分为42〗煤粉细度设计实际凡hp3436一次风率设计一次风率为38°/.，实际4551磨煤机入口混合后温风温度设计煤种为340.3核煤种为371.02°C（空预与一次风率、磨煤机出器出口热风温度约口温度综合考虑实际317341°C（实际受空预器出口热风温度所限，一般情况下，空预器出口热风温度低磨煤机出口温度<7（TC，并高于露点温度+2r建议6（X5风煤比2.2左右设计1.93，实际机组大部分运行时间风煤比在3.0以上采用ZGM丨33G-I型（在ZGM133G的基础上，转速增加10，加载力增加20，通风能力按单台磨煤机实际出力不HP1103型。一般运行中，磨煤机的出力可以t/h，计算大出力t/h，末期保证出力粉系统的一次风率、一次风温、煤粉细度、风煤比、磨煤机入口风温和入炉煤粉水分的设计参数值、运行参数值及其范围等数据需得到工程实际的考验。