澳洲煤及其他进口煤燃烧特性

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-07-07 矿业澳洲


国华台山电厂5台600MW锅炉均为上海锅炉厂有限公司生产的600MW亚临界控制循环锅炉,采用正压直吹式制粉系统,配6台HP983型中速磨煤机。锅炉燃烧方式为四角喷燃切圆燃烧,设计燃用神华煤。


台山电厂从2009年6月开始大量燃用印尼、澳洲和南非等地的进口煤,为了保证燃煤的安全性、经济性、环保性,对进口煤的煤质特性进行了详细分析,并对各种影响进口煤与神混煤、石炭煤掺烧的因素进行了研究,提出了进口煤的掺烧建议,并对进口煤的掺烧研究结果进行了分析。


【进口煤的燃烧特性研究】目前电厂常用煤种主要包括神混煤、石炭煤、印尼煤、澳洲煤和南非煤,在掺烧过程中掺烧比例是需要确定的关键参数之一。影响掺烧比例的因素比较多,根据进口煤和神混煤的特点,主要包括着火特性、结渣特性、爆炸特性、流动性和磨煤机出力,以及硫含量、除灰除渣系统出力等。本文在研究过程中除了进行常规工业、元素分析外,还在西安热工院爆炸试验台上对各煤种的爆炸特性进行了试验研究,利用西安热工研究院的爆炸特性指标对燃煤爆炸特性进行判断,采用混煤的表面水分作为流动性判别指标对煤的流动性进行判别,并按煤种计算出磨煤机的干燥和磨煤出力,作为各煤种掺烧研究的基础。


【常规煤质特性】电厂常用煤种的品质特性见表1。




从表1不同燃煤的品质特性可以看出,与电厂常用的神混煤相比,各进口煤具有以下特点:


a)印尼煤的含水量高,灰分和热值较低,这样磨煤机的干燥出力会出现较大幅度的下降,锅炉带负荷能力也可能受到影响,同时较高的水分也会降低煤的流动性;南非煤、澳洲煤的水分和热值与神混煤比较接近,灰分相对较高,这样可能会出现除灰、除渣系统出力不足的情况。


b)进口煤的挥发分均处于较高水平,其中南非煤的挥发分略低,印尼煤和澳洲煤的挥发分均高于神混煤,各煤种的着火、燃尽都比较容易,但过高的挥发分则可能增加制粉系统积粉爆炸的可能性,同时在煤场堆放过程中,若存煤时间过长则可能发生热值损失过多和自燃现象。


c)进口煤可磨性与神混煤一样,属难磨煤种。


d)印尼煤的灰熔点较低,属于易结渣煤种,结渣特性与神混煤类似;南非煤的灰熔点居于中等水平,具有中等结渣特性;澳洲煤灰熔点在1500℃以上,属于低结渣特性煤,其结渣特性与石炭煤类似。


e)印尼煤的硫含量较低,对于减少锅炉的沾污、结渣和高、低温腐蚀比较有利;南非煤和澳洲煤的硫含量较高,可能会出现脱硫系统出力不足的情况。


【爆炸特性】电厂常用煤种煤粉的爆炸特性见表2。




爆炸特性试验在煤粉温度为60℃的情况下进行,采用煤粉爆炸下限热量浓度Q作为判别指标,当Q≥10MJ/m3时,煤粉具有低爆炸倾向;当7MJ/m3<Q<10MJ/m3时,煤粉具有中等爆炸倾向;当Q≤7MJ/m3时,煤粉具有易爆炸倾向。


从表2可以看出,印尼煤属易爆炸煤,与神混煤相似;澳洲煤和南非煤的爆炸倾向较低,属低爆炸特性煤。印尼煤的爆炸下限热量浓度最低,即在相同热量浓度下,该煤粉样的爆炸倾向最高,其次是澳洲煤和南非煤。从爆炸后的最高压力(代表破坏性)来看,进口煤爆炸后的破坏性均低于神混煤。从降低爆炸性的角度来说,将易爆炸的印尼煤、神混煤与低爆炸性的澳洲煤和南非煤掺烧可降低其爆炸性。


【流动性】根据台山电厂的燃用经验,单独燃用印尼煤时曾多次出现磨煤机落煤管堵塞、磨煤机内存煤过度研磨而导致磨煤机爆炸的现象。经分析,是因为印尼煤的水分高、流动性差,为避免再次出现因流动性差引起制粉系统爆炸问题,需要对混煤的流动性进行分析和评价,评价结果见表3。




常用的原煤流动性判别指标主要有安息角和表面水分的质量分数wf(M)。由于安息角的测量影响因素较多,准确性不易保证,这里采用wf(M)来进行各煤种流动性的判别:当wf(M)≤8%时,输煤正常;当8%<wf(M)≤12%时,可能出现原煤仓落煤管堵塞情况;当wf(M)>12%时,输煤系统难以安全运行。


根据不同煤种的wf(M)指标可以看出,印尼煤wf(M)=20.26%,容易出现落煤管堵塞和落煤不畅问题;南非煤和石炭煤的wf(M)在8%以下,输煤和落煤系统正常;澳洲煤和神混煤的wf(M)介于8%~12%之间,可能会出现原煤仓落煤管堵塞。从各煤种之间的比较来看,印尼煤的流动性最差,澳洲煤和神混煤居中,南非煤和石炭煤的流动性最好。从改善原煤流动性的角度来说,除采取必要的防雨措施外,对于流动性低的印尼煤来说,采用掺配措施可以改善其流动性,掺配煤种应首选流动性较好的南非煤和石炭煤,其次是神混煤和澳洲煤。其中南非煤、澳洲煤的爆炸性较低,对改善印尼煤的爆炸性也有优势。在混煤流动性指标的选择上,根据wf(M)在其他电厂的应用情况,以wf(M)不大于12%为标准,否则可能影响原煤的流动性。印尼煤与其他煤掺配比例变化对混煤表面水分的影响如图1所示。




从图1可以看出,印尼煤与南非煤、石炭煤的掺配比例在40%~50%可使混煤保持较好的流动性,与神混煤、澳洲煤掺配比例在20%~30%可使混煤保持较好的流动性。以该比例为配煤原则,将印尼煤与其他煤预混掺配后再进入磨煤机,可大大降低落煤管堵塞的风险。


【制粉出力】从制粉系统的出力来看,单磨磨制澳洲煤和南非煤时的磨煤机出力均可满足锅炉带负荷能力的要求。由于印尼煤的水分较高,在磨入口风量不变、风温为260℃的条件下,磨煤机的干燥出力仅为27.6t/h,已不能满足锅炉5台磨煤机带600MW负荷出力对磨煤机出力(不低于50.3t/h)的要求,需要将其与其他进口煤以及神混煤进行掺烧。计算结果表明,采用预混掺烧的方法燃用印尼煤,为了保证不影响锅炉负荷,在5台磨磨制混煤的情况下,与神混煤、澳洲煤掺配时,印尼煤的比例应不大于40%;与南非煤掺配时,印尼煤的比例应不大于60%。


【进口煤掺烧特性研究】


【掺配比例】通过对进口煤的煤质特性分析可以看出,进口煤均具有良好的燃烧特性,但印尼煤的水分较高、流动性较差,易产生制粉系统爆炸和炉内结渣等问题,其结渣和爆炸特性与神混煤类似;南非煤和澳洲煤的结渣倾向较低,流动性较好,且不易产生爆炸问题。根据各煤种煤质特性,澳洲煤和南非煤可单磨磨制、炉内单烧,而印尼煤单独燃用则可能出现制粉系统出力不足、落煤管堵塞、炉内严重结渣等问题,所以不适合单独燃用,而需要与其他煤种掺烧。鉴于印尼煤与澳洲煤和南非煤具有较高的互补性,可以考虑通过掺烧高流动性煤的方法改善印尼煤的流动性和爆炸性,以免出现制粉系统爆炸;通过掺烧高灰熔点煤的方法改善炉内结渣特性,以免出现屏区结渣问题。推荐的印尼煤与其他煤种的掺配比例见表4。




从表4可以看出,印尼煤与澳洲煤、南非煤掺配后可改善其流动性,降低爆炸性和炉内结渣特性,将印尼煤比例分别控制在40%、60%以内不会降低锅炉5台磨煤机带600MW负荷的能力;印尼煤与神混煤掺配也可以提高其流动性,但对改善印尼煤的结渣和爆炸特性的效果不大,二者掺烧时需要再掺烧1~2台磨的高灰熔点的澳洲煤或石炭煤。以改善印尼煤流动性、保证制粉系统安全为原则,兼顾配煤工作的易操作性,终确定印尼煤与南非煤、澳洲煤、神混煤掺配的磨内比例分别为1∶1、1∶2、1∶2。


【掺配方式】澳洲煤和南非煤可进行单磨磨制、炉内单烧,其着火、燃尽特性较好,磨煤机的位置选择比较灵活,而印尼煤掺烧则应采取预混后入磨的方式。对于中速磨制粉系统来讲,采用预混掺配方式时,预混的地点既可以在电厂内,也可以在电厂外。电厂外的配煤地点为煤矿或中转码头,其具体方式是按不同的燃煤配比调整取料机速度,将各混合煤种倒换到同一皮带上,通过多次皮带转运进行混合,其混合效果较好,但要求有较大的煤场。电厂内进行预混时,除了要求有足够大的场地还应有足够的堆、取煤设备,主要有两种方式,一是掺烧煤种按一定比例分层堆放、断面取煤,二是2条皮带输送不同煤种然后汇入同一条皮带,通过调节皮带转速控制掺配比例。一般来讲,电厂配煤的均匀性较差,不均匀混煤可能会影响到锅炉的安全、经济运行,因此需加强配煤管理。国内目前有些电厂将拟掺配煤种先置入筒仓,通过调节筒仓给煤机转速调节拟掺配煤量,可以较准确地实现配煤比例控制。根据台山电厂的实际情况,目前主要采取厂内配煤的方式,即两条皮带输送不同煤种然后汇入同一条皮带,通过调节皮带转速控制掺配比例。




【结论】对国华台山电厂进口煤进行煤质特性分析和研究后,提出印尼煤与其他流动性较高、爆炸性和结渣性较低的进口煤掺烧是合理和有效的,取得了一定的经验和效果,可为燃用进口煤的同类电厂解决类似问题提供有益的参考。


——李占元,高鹏,杨忠灿,广东国华粤电台山发电有限公司,西安热工研究院


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