高水分褐煤运煤系统的设计优化

周丽，唐畅，赵瑞娥

（1.湖北省电力勘测设计院，武汉 430040；2.中南电力设计院，武汉 430071）

高水分褐煤运煤系统的设计优化

周丽1，唐畅1，赵瑞娥2

（1.湖北省电力勘测设计院，武汉 430040；2.中南电力设计院，武汉 430071）

针对火电厂燃用高水分褐煤时，堵煤故障频发的问题，以印尼某电厂为例，分析运煤系统出现堵煤故障的原因，提出设计优化方案。应用结果表明：采用齿辊破碎机替代一级筛碎设备，采用高幅筛+可逆锤破碎机替代二级筛碎设备，可逆锤破碎机的破碎板设电加热装置，同时修改落煤管的尺寸，可有效降低堵煤的故障率。

高水分；褐煤；运煤系统；设计优化

印尼某2×330 MW循环流化床锅炉（CFB）燃煤电站以高水分褐煤作为燃料，投产后运煤系统堵煤问题频发，严重影响电站的稳定运行。应业主要求，对运煤系统进行改造，以解决堵煤问题。本文主要研究该运煤系统的设计优化，为今后燃用高水分褐煤火电站运煤系统的设计提供参考和指导依据。

1 运行现状及需要解决的问题

1.1 运煤系统运行现状

印尼某燃煤电站建设容量为2×330 MW的发电机组，采用1105 t/h亚临界循环流化床锅炉。本工程设计煤种和校核煤种均采用印尼本地产高水分褐煤。褐煤有热值较低［1］、水分较高、黏性大［2-8］等特点。设计煤种的煤质分析见表1。

表1 煤质分析

由表1可知，设计煤种的收到基全水份高达49.5%，高于正常标准（20%～35%），属于高水分褐煤，黏性很大。锅炉耗煤量见表2、表3。耗煤量按锅炉额定蒸发量时的耗量计算，其中日耗量按日运行小时24 h计算，年耗量按年利用小时数7 450 h计算。

表2 锅炉设计煤种耗煤量

表3 锅炉校核煤种耗煤量

由表2和表3可知，电站最大耗煤量为628 t/h，运煤系统考虑135%的系数，最大出力为850 t/h。综合表1、表2和表3的数据，正是由于褐煤水分较高，造成锅炉耗煤量较大，从而导致运煤系统出力较大。

电厂投运后，运煤系统堵煤故障频发，且主要发生在碎煤机室内。碎煤机室内布置有两级破碎设备，一级破碎采用一级振动筛+环锤破碎机，二级破碎采用二级振动筛+可逆锤破碎机。经现场调研，一级筛碎设备共出现7次故障，除1次是因为破碎机更换锤头外，其余6次均为振动筛进出口或筛内发生堵煤；二级筛碎设备共出现5次故障，其中1次因为破碎板堵煤造成停机，另1次因为破碎机下部的篦板堵煤造成停机，其余3次均为振动筛堵煤造成停机；落煤管发生过3次堵煤故障，其中2次发生在带式输送机至一级破碎机进料口的落煤管，另1次发生在二级破碎机出料口至带式输送机的落煤管。目前现场采用人工疏通方式，不仅增加了运行人员的工作强度，而且降低了运煤系统的稳定性。

1.2 设计优化需解决的问题

针对以上堵煤故障的多发位置，本次改造对燃煤破碎系统进行优化设计，需解决三个重点部位的堵煤问题：

（1）一级筛碎设备。主要是一级筛分设备的进出料口和设备内部，同时注意一级破碎机因煤粉粘黏导致的堵煤问题。

（2）二级筛碎设备。重点关注二级筛分设备及破碎机本体，同时注意二级破碎机下部篦板的堵煤问题。

（3）落煤管。主要关注一级破碎机进料口和二级破碎机出料口的落煤管，同时注意落煤管的布置及尺寸导致的堵煤问题。

2 设计优化方案

2.1 一级筛碎设备

本工程来煤最大粒径为300 mm。一级筛碎设备额定出力850 t/h，入料粒度≤300 mm，出料粒度≤50 mm。考虑到振动筛进口容易堵煤与其自身的机械结构相关［9-11］，很难通过设计优化避免，故更换一级筛碎设备，取消破碎机进口的振动筛，将环锤破碎机改为双齿辊破碎机。

双齿辊破碎机和环锤破碎机均为文献［12］推荐采用的破碎设备。双齿辊破碎机的煤种适应性不如环锤破碎机，但具有破碎兼筛分的功能［13］，粒径50 mm以下的物料直接从齿间隙漏下，不会受到二次破碎［14］，因而在一级破碎之前可不设置筛分设备。齿辊破碎机可对抗压强度≤160 MPa［15］的原煤进行破碎，出料粒度均匀，过粉率低［16］，满足生产要求。由于齿辊式破碎机采用螺旋齿板结构，低速相对咬合，动扰力不大［17］，基础荷载小于环锤破碎机，因此无需对现有碎煤机室的结构进行加固，只需对破碎机基础进行局部改造即可。

2.2 二级筛碎设备

本工程锅炉对燃煤的粒度要求为dmax＜20 mm，d50=1.5～2.8 mm。二级筛碎设备额定出力850 t/h，入料粒度≤50 mm，出料粒度≤20 mm。根据现有循环流化床锅炉的运行经验，可逆锤破碎机使用寿命长，能获得理想的破碎颗粒匹配曲线要求[18]，满足生产要求，故保留可逆锤破碎机，仅对设备做局部改造。取消破碎机进口的振动筛，改为高幅概率组合筛。来煤中含有的石块很少，在装车前可人工清除，而且锅炉厂允许入炉煤中含有不多于10%的石块，为简化系统及节省工程投资，在可逆锤破碎机出口不设筛分设备。

与振动筛相比，高幅概率组合筛的特点是筛机整体不振动，仅筛网振动，筛分过程中保持较大的振幅、筛分面积、筛网开孔率、筛面利用率，获得较高的筛分效率［19-20］。根据以往工程经验，高幅概率组合筛的防堵效果较好，适合本次改造。其额定出力860 t/h，筛分效率不小于85%［21］（振动筛筛分效率一般为70%），筛上物通过落煤管进入细碎机，筛下物粒度≤20 mm，直接进入带式输送机。

为防止煤粉粘结在破碎板的凹槽中形成堆积，影响破碎效果，引起破碎机内腔堵塞，对破碎板进行改造，采用电加热装置对破碎板进行加热，加热温度约150℃左右。加热元件敷设在破碎板与壳体之间，加热功率为30 kW。同时，根据工程运行经验，可逆锤破碎机下部的篦板也是堵煤多发点，故拆除篦板。

2.3 落煤管

现有落煤管为常规典型设计，角度为60°，截面尺寸为900 mm×900 mm，无疏通设备。根据现场布置条件文献［22］，对落煤管进行改造：角度改为65°，截面尺寸上调一级，改为1000 mm×1000 mm。同时，在落煤管上设电动振打器作为疏通设备。

3 效果评价

电站2016年4月正式并网发电，同年10月进行运煤系统设计优化及技改。由于土建工程量较小，历时2个月的技改后，电站于2016年12月底重新投运。至本年7月设计回访时，电站已平稳运行近7个月。运煤系统设计优化的效果如下。

3.1 一级筛碎设备

设计优化后，一级筛碎设备投运至今，没有出现因堵煤导致的停机事故。一级筛碎设备改为双齿辊破碎机后，经过7个月运行检验，根据运煤监测系统的记录数据，设备最大出力可达857 t/h，处理量达到设计要求。168 h调试期结束后，电站对破碎机出料粒度进行粒度检测：dmax＜50mm，d50=26～42 mm，出料粒度满足设计和生产要求。

改造前一级筛碎设备的总电负荷为315 kW，改造后设备的总电负荷为200 kW。按厂用电成本为0.36元/kW（按印尼当地成本电价乘以汇率）计算，每年可节省运行电费：0.36×(315-200)×7450=308 430元。

3.2 二级筛碎设备

设计优化后，二级筛碎设备投运至今，没有出现因堵煤导致的停机事故。二级筛碎设备将振动筛改为高幅筛后，根据运煤监测系统的记录数据，设备最大出力可达857 t/h（由带式输送机上的电子皮带秤测得），处理量达到设计要求。168 h调试期结束后，电站对破碎机出料粒度进行粒度检测：dmax＜20mm，d50=1.6～2.8mm，出料粒度满足设计和生产要求。

根据监控室提供的“耗煤量-锅炉负荷曲线”，优化前锅炉的平均实际耗煤量和效率分别为281.3 t/h和86%，优化后锅炉的平均实际耗煤量和效率变为279.6 t/h和87.3%。这是因为煤粉的破碎粒度分布适应锅炉的稳燃，减少了机械未完全燃烧损失，在降低耗煤量的同时，提高了锅炉效率。

3.3 落煤管

设计优化后，落煤管运行至今，没有出现因堵煤导致的停机事故。由于现场雨季降水量大，入厂煤附加水分较多，需经干煤棚干燥几天后方能使用。现场运行人员反映，落煤管在雨季偶尔出现粘黏现象，导致系统运力下降，启动电动振打器后即可疏通。

4 结论

（1）针对高水分褐煤为燃料的CFB电站，设计优化方案仅采用齿辊破碎机作为筛分和破碎设备，取消一级筛碎设备，如此布置既节约空间，降低皮带机的爬升高度和碎煤机室的层高，又节省了设备投资和运行成本。

（2）设计优化方案采用高幅筛+可逆锤破碎机配置替代普通振动筛作为二级筛碎设备。可逆锤破碎机的破碎板设电加热装置，同时拆除下部的篦板。该设置既能将出现堵煤故障的风险降至最低，又可满足锅炉的稳燃要求，提高锅炉的效率。

（3）设计优化方案对煤管的尺寸进行优化，且将电动振打器作为疏通设备，虽然在一定程度上提高了落煤管的成本，但可以最大程度地降低堵煤故障的风险。与停机事故造成的损失相比，增加的这些成本是完全值得的。

（4）本次设计优化方案虽然针对燃用褐煤的300 MW CFB机组，但基于运煤系统的通用性，对600 MW及以上容量机组的运煤系统设计优化也可提供参考。燃用其它煤种的CFB电站，若煤质的黏性较大，也可参考本次设计优化方案进行设计及方案优化。

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Design optimization on coal handling system of high-moisture lignite

ZHOU Li1,TANG Chang1,ZHAO Rui’e2
(1.Hubei Electric Power Survey&Design Institute,Wuhan Hubei 430040,China;2.Central Southern China Electric Power Design Institue,Wuhan Hubei 430071,China）

For the fuel clogging often happened when the high-moisture lignite burned in the coalfired power plant,taking a power plant in Indonesia as an example,analyzes the causes of the fuel clogging faults appearing in the coal handling system,puts forward design and optimization schemes.The results show that the following methods:tooth roller crusher replaces the primary crushing equipment,high screen and reversible hammer crusher substitute the secondary crushing equipment,the crushing plates of reversible hammer crusher installs electric heating device,and modify the size of the coal falling pipe,can effectively decrease the failure rate of coal blockage.

high moisture;lignite;coal handling system;design optimization

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.012

2017-07-03

周丽，（1982），女，工程师，从事电厂设计及研究工作。

TK223.25

A

1672-3643（2017）05-0069-04

有效访问地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.012