中储式制粉系统锅炉向邻炉输粉方案

(重庆发电厂，重庆 400053)

带有中间储仓的煤粉锅炉在我国电站锅炉中占有较大比例，当锅炉停运时需要将储仓内剩余的煤粉排出，以防止煤粉长期堆积引起自燃和爆炸[1]。

煤粉自燃和爆炸与煤粉的挥发分、水分、灰分的大小，煤粉温度，煤粉浓度和氧浓度有密切的关系。其中，煤的挥发分是最重要因素。一般来讲，挥发分在10%以下的无烟煤基本不存在爆炸危险，随着燃煤挥发分的增大，煤粉自燃和爆炸性倾向将增强[2]。

为解决燃煤紧张、煤质低劣的问题，同时为了在燃用低热质、高灰分煤时稳定燃烧，一些中储式制粉系统锅炉开始掺烧易燃易爆的烟煤、褐煤等。如重庆发电厂在2013年就引进神华烟煤，与本地无烟煤进行掺烧。由于掺烧了挥发分高的烟煤，在锅炉停运后就需要将粉仓内的煤粉尽快排空，防止存粉自燃和发生爆炸。

根据中储式制粉系统特点，有以下较简单的方法可选。

方法一：人工空仓清粉。人工清粉是目前长时间停炉后常采用的方法。使用该方法清粉，由于煤粉浮疏，不易收集，一般是将粉仓内的煤粉直接排入锅炉的灰、渣系统。这会造成煤粉浪费，所以在能源日趋紧缺的今天，采用这种处理方法是非常不经济的；同时，排出的煤粉随灰渣水进入灰场，还造成环境污染和影响灰渣的综合利用。

方法二：临炉负压吸粉清仓。通过临时管道连接，将停运锅炉粉仓煤粉送入临炉制粉系统，利用临炉制粉系统负压作用，进行输粉和清仓。输粉管道接入临炉制粉系统又有两种接入方式，一是接入临炉球磨机出口；二是接入临炉排粉机入口。此方法会影响临炉的安全稳定运行。采用第一种接入方式，如果在煤粉输送过程中，停运锅炉粉仓或输粉管道中的煤粉发生自燃，则会引起临炉运行中的制粉系统发生自燃或爆炸。采用第二种接入方式，同样是在煤粉输送过程中，停运锅炉粉仓或输粉管道中煤粉发生自燃时，通过临炉制粉系统三次风再循环，会引起临炉制粉系统发生自燃或爆炸；并且煤粉接入排粉机入口，会加剧排粉机叶轮磨损；煤粉送入三次风燃烧器燃烧，会抬高炉膛火焰中心及增大飞灰含碳量。

为此，本课题致力于研究一种新型粉仓排粉方法，以克服上述两种方法带来的不安全、污染环境、浪费煤粉的问题。

1 新型停炉空仓方案选择

新型方案的设想是对拥有2台以上(含2台)中储式制粉系统煤粉锅炉的电站，采取将已停运锅炉粉仓内的煤粉送入临近正常运行的锅炉进行直接燃烧。新型方案既要做到及时清空停运锅炉粉仓存粉，又不能影响临炉正常运行，还要保证临炉制粉系统和锅炉安全可靠。

本文以重庆发电厂锅炉向邻炉输粉改造案例，介绍中储式制粉系统锅炉向邻炉输粉燃烧方案的研究。

重庆发电厂在掺烧神华烟煤后，在事故停炉或其他未燃完粉仓煤粉的停炉情况下，为防止粉仓煤粉自燃和爆炸，需要尽快排空粉仓内的煤粉。

重庆发电厂针对本厂锅炉及制粉系统特点，在大量分析研究的基础上，采用了一种将停运锅炉粉仓煤粉送入临炉一次风燃烧器直接燃烧的方法。

本方法首先从需停运锅炉排粉机出口接一根大口径输粉母管，母管前端安装若干个文丘里混合器。停运粉仓煤粉通过给粉机和临时连接的金属软管进入文丘里混合器。母管另一端分叉通过临时连接的金属软管接入临炉相应的一次风粉管的风粉混合器入口。利用排粉机提供的压力空气，在文丘里混合器喉部产生负压吸流区，将停运锅炉粉仓煤粉送入运行中的临炉的一次风燃烧器直接燃烧。临炉排粉装置如图1所示。

1、2为粉仓；3、4为给粉机；5、6为金属软管；7、8为给粉机下粉管；9为文丘里混合器；10、13、14为阀门；11为文丘里混合器进口管；12为输粉母管。

图1临炉排粉装置

此方法需预先在现场安装输粉母管和文丘里混合器，母管与排粉机出口之间安装隔离门，并将母管两端(含文丘里混合器及分叉管)设计成可倒换形式，即在一台炉给粉机处的母管上设计安装若干个文丘里混合器，在另一台炉给粉机处设计安装若干段与文丘里混合器一样长度尺寸和接口的短管。当不同的锅炉停运时，将文丘里混合器和该短管互换位置，方便两炉用同一根母管互相排粉进入临炉燃烧。锅炉停运前，母管上的隔离门处于关闭状态，金属软管不与给粉机连接，处于备用状态；锅炉停运后，给粉机停止下粉，拆下给粉机下粉管，使用金属软管将给粉机出口管接至文丘里混合器。同时，停运临炉选定的需倒粉燃烧的燃烧器相对应的给粉机，用同样的金属软管将输粉母管另一端的分叉管接至该炉相应的一次风粉管风粉混合器。拆除提供输粉汽源的已停运的排粉机与输粉母管间的堵板，并开启隔离门，启动运行该排粉机，启动需排粉给粉机。通过给粉机的叶轮给粉和文丘里混合器喉部的负压吸流作用，即可将粉仓余粉送入临炉燃烧。

此方案可避免燃煤浪费，提高经济效益；可避免煤粉飞扬和排放地沟，减少环境污染。

2 粉仓存粉进临炉直接燃烧系统设计

下面结合图1说明本方案的系统设计。

当锅炉停运后，停运锅炉煤粉仓1内还存有未燃用尽的煤粉。将给粉机3下部下粉管(图中虚线)7拆除，通过金属软管5将给粉机与文丘里混合器9的喉部接管座连接。

根据临炉负荷情况，停运临炉若干台给粉机4，拆除其下粉管8，用金属软管将输粉母管12与邻炉相应的一次风管风粉混合器相连接，通过阀门13控制开关。

文丘里的进口管11与气源连接，气源由排粉风机(也可以用压缩空气等气源，根据电厂现场情况确定)提供。

排粉系统各部件连接完成后，接通气源，开启阀门10和阀门13，调节阀门10可调节风量；开启给粉机3送粉，调节给粉机的转速可以控制给粉量。运行中的临炉的其余给粉机可根据负荷和燃烧情况进行开启和给粉调节。粉仓1内的煤粉即可通过送粉系统进入临炉系统燃烧。

以上实施方案中是以连接两台给粉机为例介绍的，实际也可多台给粉机同时与文丘里装置连接(为减小对临炉的影响，以不超过一层燃烧器的数量为好)，同时进行送粉以加快粉仓排粉速度。停运锅炉过来的风、粉混合物也可通入运行炉的多个一次风管，以减少系统阻力及各角燃烧器粉量偏差。

3 重庆发电厂临炉排粉装置实例介绍

3.1 现场及系统基本情况

经测量，重庆发电厂两台锅炉粉仓之间距离91 m，粉仓宽度各10 m，即煤粉最远输送距离有111 m。

煤粉输送风来自于锅炉排粉机，额定压力14.4 kPa，额定风量120 000 m3/h。本方案拟采取的方法是风粉气流通过给粉机下边的下粉管进入一次风管风粉混合器，然后再通入炉膛。由于下粉管外径为Φ159 mm，下粉管内流速较高(可达50 m/s)，估计阻力较大；由于设计资料缺失，风粉混合器阻力系数未知，只能实验测得。因此，目前无法准确计算风粉混合物经落粉管进入该一次风主管的阻力准确值。但根据现有运行参数可以进行估算。

3.2 系统参数设计

根据现运行参数，正常运行时从风粉混合器一次风进口到燃烧器喷口的阻力损失在1 000～1 350 Pa左右。一次风经过混合器的阻力在100 Pa左右，而风粉气流经下粉管进入一次风主管的阻力应稍大于一次风经过混合器的阻力。因此，设计时考虑足够的余量，风粉气流经下粉管进入一次风主管再到炉膛的阻力应不小于1 500 Pa。

系统参数设计如表1所示。

表1 粉仓存粉进临炉直接燃烧系统参数设计

表1中送粉母管设计参数为输粉母管的主要计算结果。输送管道的粉风比0.8 kg/kg计算，则空气量需要18.75 t/h，体积流量为14 500 Nm3/h。将排粉过程中的空气定为与外界大气相当，温度为30 ℃，计算管内实际流速为35.6 m/s，则送粉母管内径为400 mm，长度为111 m管道的沿程阻力损失约882 Pa。加上风粉气流经下粉管进入一次风主管，再到炉膛的阻力1 500 Pa，送粉母管及到燃烧器喷口阻力之和为2 382 Pa。

正常运行时排粉机进口风门开度在50%～70%之间，风机出口压力在8～10 kPa左右，停炉后排粉机仅用作排粉，压头有足够的余量可以克服管道阻力，风量足以满足输粉要求。

为防止输粉空气反窜进入煤粉仓和保证给粉机下粉顺畅，文丘里管内部设计有前伸托板，以使文丘里管在落粉管处形成一定的负压(按-100 Pa设计)吸流区[3]，保证正常落粉。文丘里管结构如图2所示。

图2 文丘里管设计图

在粉仓排粉时，同时可开启进入粉仓的氮气系统，向粉仓内充氮，使粉仓内形成正压。这既可防止粉仓空气进入发生自燃，也可加快排粉速度(重庆发电厂掺烧神华烟煤时，每个粉仓都设计安装了1套氮气惰性灭火系统)。

需要说明的是，引射器内流速高，磨损严重，且有可能产生静电。管道应有可靠的接地装置，管道法兰之间应安装防静电金属连接板,以释放静电，防止火花产生。

排粉管道风粉介质经下粉支管进入临炉一次风管风粉混合器，此处阻力损失未知，若阻力过大会降低输粉能力，使排粉时间延长。

3.3 系统运行控制

锅炉计划停运，按照运行规程正常停炉方式燃空粉仓煤粉即可。本系统主要针对事故停炉或其他紧急停炉情况，清空粉仓存粉。

锅炉紧急停炉后，按照前述办法连通临炉输粉系统，根据粉仓粉位和临炉负荷情况安排投入的倒粉给粉机和临炉对应的燃烧器数量。为便于调节整个锅炉的燃烧，尽量限于安排最上一层一次风燃烧器作为清仓倒粉燃烧器，对角两两安排为佳。

本系统投入要保证临炉的正常运行，根据机组负荷和炉膛热负荷的适应情况，要及时调整燃烧强度。由于本系统输送距离长，系统情况较复杂，因此应优先调整其它燃烧器，尽量使本系统在比较稳定的状态下运行。

本系统的投入可能对临炉的燃烧工况产生影响，通过引风机的自动调节和各燃烧器风压调整，要始终保证炉膛负压在-30～-50 Pa范围波动，严禁正压运行；由于最上层参与临炉倒粉燃烧的燃烧器风量较大，可适当减少其下层燃烧器的一次风量，但一次风速不得低于25 m/s[4]，可间接起到低氧燃烧抑制NOx的产生；对二次风燃烧器，可采用“正塔形”(上二次风小，下二次风大)的配风方式[2]。总体来说，炉内平均烟气含氧量控制在3%～5%为宜，最低氧量值不低于2%。

锅炉负荷较低时，为稳定燃烧可减少倒粉燃烧的燃烧器台数和输粉量，同时增大主力燃烧器的燃烧，并可根据需要投入助燃油枪助燃。

通过观察燃烧器的火焰情况，以及根据提供输粉汽源的排粉机和倒粉给粉机的电流变化情况，可判断粉仓存粉清空程度。系统输粉逐步减少时，应适当调整增大其他燃烧器的燃烧量；判断粉仓已清空，应适当吹扫输煤母管，然后停运该系统，将临炉给粉系统恢复原状，适时投入已接回的燃烧器。

3.4 应用效果

重庆发电厂临炉排粉装置输粉母管系统于2013年4月在现场安装完成。2013年5月中旬，该厂1#机组按计划进行C级检修，锅炉按正常计划停运，粉仓余粉估计在40 t左右。锅炉停运后，按照同时进行2台给粉机下粉要求，完成现场下粉管接口，启动临炉排粉装置，输粉流畅，对临炉燃烧无明显影响。整个清仓作业持续7 h左右，排粉装置停运后，检查粉仓清粉情况，发现除粉仓底部死角有少量余粉外，基本清除干净。在之后1#和2#锅炉的历次非计划停炉中，都利用该装置进行了临炉倒粉燃烧，效果良好，既保证了锅炉非计划停运制粉系统及设备的安全，又取得了良好的经济性和环保效果。

4 结论

本方案可以使停运锅炉粉仓内的煤粉快速排空，保证粉仓的安全。排出的煤粉直接进入临近锅炉燃烧，避免了燃煤的浪费，可提高经济效益。通过合理设计的文丘里装置，可使排粉过程更顺畅，避免输送空气反串入煤粉仓，影响排粉。

[1] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程：DL/T 5203—2005[S].北京：中国电力出版社，2005：20-23.

[2] 樊泉桂，阎维平，闫顺林，等.锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，2008：60，322.

[3] 胡萌平，陈柏军，赵仲琥.电站锅炉手册[M].北京：中国电力出版社，2005：217-219.

[4] 张安国，梁辉.电站锅炉煤粉制备与计算[M].北京：中国电力出版社，2010：212.