NG-410/9.8-M 6型锅炉更换煤种的可行性分析

孔德臣

（中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300271）

NG-410/9.8-M 6型锅炉更换煤种的可行性分析

孔德臣

（中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300271）

通过对原燃用贫瘦煤的锅炉进行改造，使其具备燃用烟煤的能力，运行锅炉符合《大气污染防治行动计划》及政府相关政策规定要求。

燃煤锅炉；煤种更换；大气污染防治

2013年9 月10日，国务院颁发了国发[2013]37号文《关于印发大气污染防治行动计划的通知》，按照《大气污染防治行动计划》中要求“加快调整能源结构，增加清洁能源供应”。某发电厂座落于大气污染最为严重的京津冀地区，此发电厂积极响应国家政策导向，以降低主要空气污染物排放、改善空气质量为目标，以完善和提高现有系统安全运行为理念，通过一系列技术改造，使原燃烧贫瘦煤的锅炉具备燃烧烟煤的能力，从源头控制了环境污染的可能性。

1 改造前背景

该发电厂配备6台NG-410/9.8-M6型燃煤锅炉，均为高温高压自然循环固态除渣锅炉、单炉体负压炉膛、Π型布置，四角切圆燃烧、固态排渣、平衡通风。锅炉原设计煤种为贫瘦煤，2013年按照所在地政府部门相关规定，燃煤锅炉燃用煤炭质量必须达到全硫(St,d）≤0.80%、灰分(Ad）＜20.00%的要求。发电厂经过煤炭市场调研，在综合考虑燃料质量及煤量供需能力等因素后，确定采用某煤矿的烟煤作为替代煤种。锅炉改燃前后的煤质关键指标如下：

表1 燃料特性

煤种发生改变后，原设计锅炉是否能够满足新煤种燃烧条件，需要对锅炉进行安全性评估，并在评估基础上确定相应技术改造方案。

2 安全性评估

2.1 热力校核计算

结合该发电厂锅炉原设计和前期运行经验，在不改变目前制粉系统和输送粉系统参数的前提下，确定燃用烟煤后一次风温度为240℃，一次风率定为30%，在此基础上对新煤种进行热力计算。主要分析锅炉受热面是否需要改动、烟气量和空气量变化情况、各部件的烟气温度及换热情况、热风温度及脱硝区域烟气温度是否满足要求、排烟温度是否合适等等。

热力计算结果显示，现有锅炉在不改造的情况下燃烧烟煤，排烟温度会增加到172℃，二次风温度会增加到385℃，脱硝区域烟气温度会增加到415℃，以上参数显然无法满足脱硝和锅炉运行要求。为了保证锅炉燃烧烟煤后能正常运行，同时满足脱硝系统要求，需要对原锅炉受热面进行改造。

2.2 制粉系统安全性分析

煤粉为可燃物质，粉尘具有燃爆性。煤粉在运输过程中，经外界的干扰如设备运转的振动、碰撞或悬浮到空气形成粉尘，当粉尘在空气中达到一定浓度，在外界高温、碰撞、摩擦、振动、电火花的作用下会引起爆炸，爆炸后产生的气浪会使沉积的粉尘飞扬，造成二次爆炸事故。煤粉爆炸后不仅产生冲击波伤人和破坏建筑物，同时产生大量的一氧化碳，使人中毒死亡。

该发电厂原贫瘦煤挥发份低，其自燃性、爆炸性相对较小；而烟煤挥发份高、灰分低，大大增加了制粉系统爆炸的可能性，依据《电站磨煤机及制粉系统选型导则》DL/T466-2004中8.1条，须对现有制粉及输送粉系统进行改造，以达到抗爆防爆的目的。

2.3 燃烧器安全性分析

烟煤可燃基挥发分高、灰分少，与原煤种贫煤比，更易燃烧，燃烧火焰发生明显变化，燃烧器区域更易结焦，燃烧器容易烧坏。现场需要可通过调节燃烧器一次风量、一次风温度、煤粉细度等方式，防止或减少结焦，保护燃烧器。若通过调节无法避免结焦情况，则需要对燃烧器进行相应的改造。

3 改造实施方案

3.1 省煤器改造

考虑到热风温度、脱硝空间和对烟气温度的要求，SCR的布置需要由原来的省煤器和空预器之间改为布置在两级省煤器之间，将下级省煤器放在SCR后。

根据热力计算数据可知，为保证出口烟气温度满足脱硝要求，需要调整省煤器面积，上级省煤器需由20排增加到48排，下级省煤器由16排减为12排。但是原SCR烟道空间无法满足省煤器面积的增加，因此考虑将原光管省煤器改为螺旋鳍片管省煤器。经初步计算，改为螺旋鳍片管后，上级省煤器布置20排即可满足换热要求，与原有省煤器面积相同；下级省煤器布置8排即可满足换热要求。改造后的热力计算主要参数见下。

表2 省煤器改造后热力计算数据

3.2 制粉系统及输送粉系统改造

制粉系统及输送粉系统的改造主要分六大部分。

3.2.1 磨煤机出口温度控制

磨煤机出口风粉混合物温度必须保证风粉混合物在进入炉膛前的管道中不发生结露现象，仅用热空气做干燥剂时，必须控

制磨煤机出口风粉混合物温度不宜过高。另外为防止煤粉在煤粉仓内结块，磨煤机出口风粉混合物温度应高于露点10℃。综合考虑制粉系统出力及安全性问题，对于钢球磨煤机贮仓式制粉系统，磨煤机出口最高温度控制在70℃。

主要改造措施为（1）在磨煤机前的热风管道上增加带压冷风管道，作为调温风。（2）磨煤机出口处增设热电偶测点，联锁冷风管道上的电动风门，对磨煤机出口温度进行调节，保证磨煤机出口温度在60℃～70℃。（3）增加一次风冷风管道、带压冷风管道。

3.2.2 煤粉仓、给粉机防爆处理

煤粉自燃是产生爆炸的火源，煤粉长时间在粉仓中沉积会引起煤粉的自燃，煤粉温度越高，自燃越快。因此，为防止煤粉的爆炸，在非计划长时间停炉时需将煤粉仓的煤粉放尽。放粉系统采用通过输粉机将煤粉仓的煤粉放至邻炉的形式。主要利用邻炉制粉负压轴吸系统与氮气吹扫相结合，放粉至邻炉磨煤机出口；非计划停炉时间较长时使用本放粉设施，煤粉自燃时不得使用；放粉时先拆去给粉机下部短管接入本系统，先开氮气门再开给粉机，适当控制氮气及粉量，以免管道堵塞；停止时先停给粉机，将系统管道吹扫干净后再关氮气门，并用转换堵板关断。

3.2.3 防堵煤、防积粉处理

原煤仓下煤斗物料愈向下流动、面积愈小，侧壁对物料逐渐增加挤压使其磨煤阻力增大，这样往往造成堵塞。为防止原煤仓下煤斗堵塞，需在每台炉下煤斗处各增加2台疏通机，进行有效疏松。

磨损的管道容易造成积粉导致煤粉自燃甚至发生爆炸。因此，（1）需要对磨损严重的制粉系统管道进行光滑性处理。（2）对磨煤机出入口、排粉机调整门前后、木块分离器前后、粗粉分离器出口等关键部位内部添加龟甲网，以提高这些部位的光滑度和耐磨性。

3.2.4 通风设计

煤粉在运输过程中，经外界的干扰如设备运转的振动、碰撞或悬浮到空气形成粉尘，当粉尘在空气中达到一定浓度，在外界高温、碰撞、摩擦、振动、电火花的作用下会引起爆炸，爆炸后产生的气浪会使沉积的粉尘飞扬，造成二次爆炸事故。煤粉爆炸后不仅产生冲击波伤人和破坏建筑物，同时产生大量的一氧化碳，使人中毒死亡。给煤间是产生粉尘比较大的空间，具有一定的危险性，需增设防爆轴流通风风机。

3.2.5 吹扫处理

本次改造项目吹灰系统依托原有设施。原制粉系统采用蒸汽消防，作为灭火介质，运行中发现导致系统内水分增多，容易造成管道堵塞。依据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》DL/T5121-2000第9.1.2条，本设计采用氮气作为消防介质。由于本制粉系统中消防、吹扫及惰化介质都采用氮气，故共用一套系统。由于热电部3#、4#炉改烧烟煤后，其挥发分在30%左右，容易自燃引发爆炸，为防止煤粉自燃，本设计对原煤仓、煤粉仓、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器等部位通入氮气进行防护，防止煤粉自燃。

3.2.6 监测系统完善

为提高系统运行的安全性，需要加强现场监控。一是在一次风管风粉混合物、磨煤机出口、排粉机入口、细粉分离器下三通阀积粉点等处增加温度测点；二是在给煤间及输煤层增加含氧量检测仪；三是在原煤斗加煤位测量装置、给煤机加装断煤信号；四是所有现场安装的电子式仪表采用隔爆型，防爆等级至少满足Exd IIBT4；现场安装的电子式仪表至少满足IP65的防护等级。粉尘爆炸危险区域内电气设备选型防护等级不低于IP65，防爆等级不低于DIPA20T4，其他电气设备区域防护等级不低于IP65。

3.3 燃烧器改造必需性分析

该电厂在燃烧器改造方案确定前，积极开展锅炉掺烧烟煤试验，其中烟煤掺烧比例高达70%。

运行调整及监控措施：（1）调整粗分离转速，煤粉细度甲侧21.6%，乙侧23.68%（2）初期降低一次风温至200℃，根据着火距离提高一次风温至300℃，最终控制在280℃。在一次风温在300℃时，一次风煤粉气流着火距离喷口400mm以上，风粉混合温度，燃烧器壁温均不超限，无异常，为了确保安全最终控制一次风温在280℃。（3）观察甲磨单运、乙磨单运和双磨联运三种方式，汽温、烟温、排烟温度均能在正常范围内，排烟温度最高至143℃（相变换热器已退出）。在双磨运行稳定的情况下，进行了一次风温调整实验，将一次风温由300℃降低至250℃，排烟温度升高不到3℃。（4）双磨运行、锅炉负荷390t/h、一次风温300℃工况下，炉膛温度（主燃烧区）数据处于正常范围内。

表3 炉膛温度（主燃烧区）数据

试验结论：（1）试验中未出现制粉系统和燃烧器安全问题。在实验期间，看火间隔不超过半小时一次。观察燃烧器附近轻微结焦，水冷壁无结焦，炉膛吹灰器吹灰前后，各点汽温及排烟温度均无变化。（2）在烟煤煤质稳定的条件下，运行人员能通过调整稳定燃烧。燃烧器可不改造。

3.4 投资费用

项目总投资包括建设投资、流动资金。其中建设投资包括固定资产费用及预备费。初设阶段项目投入总投资估算如表3所示。

表4 项目投入总资金汇总表（万元）

4 改造后的效果评估

该电厂3台锅炉的改造完成后，分别于2014年4月、5月、6月投入运行，100%燃烧烟煤，汽温、烟温、排烟温度均能在正常范围内。从环保数据来看，粉尘浓度进一步降低，NOx稍有增加，但仍在合格范围内。通过改造，3台炉顺利完成了煤种更换任务，也为后续3台炉的改造提供了经验。

该项目的实施极大地改善环境空气质量，既实现了经济效益、社会效益和环境效益的统一，又符合国家关于发展绿色经济的倡导。

[1]NG-410/9.8-M6型燃煤锅炉使用说明书.

[2]NG-410/9.8-M6型燃煤锅炉热力特性计算书.

[3]DLT5203-2005火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程.

[4]黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整,2003.

孔德臣（1969—），男，1991年毕业于中国纺织大学化学纤维专业，高级工程师职称，现主要从事发展规划和投资项目管理工作。