褐煤高溫熱煙氣干燥的調(diào)整范文

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《電站系統(tǒng)工程雜志》2014年第三期

1褐煤干燥工程的調(diào)試

1.1系統(tǒng)的啟停本工程采用高溫熱煙氣和褐煤直接接觸的干燥工藝，相比蒸汽管式干燥、蒸汽回轉(zhuǎn)式干燥和蒸汽流化床干燥工藝等以蒸汽作為干燥介質(zhì)，直接或者間接接觸的干燥工藝，本工藝的安全系數(shù)較低。褐煤極易自燃的特性要求褐煤干燥必須重視安全運行，特別是系統(tǒng)啟動、停運等參數(shù)擾動較大的過程，必須對粉塵濃度、火源（溫度）、氧量三個條件嚴格控制。經(jīng)過摸索和實踐，熱煙氣褐煤干燥系統(tǒng)可采用大風量吹掃再點火的方案。啟動過程中，滾筒入口溫度是隨干燥出力提高而升高，而系統(tǒng)氧量無法像蒸汽干燥工藝噴入大量惰化蒸汽來控制，必須控制粉塵濃度。經(jīng)過大風量吹掃可以盡可能清理系統(tǒng)內(nèi)積粉，控制投煤干燥前系統(tǒng)內(nèi)粉塵濃度在較低范圍內(nèi)，減少積粉自燃、爆炸的危險。在投煤干燥后，主要通過燃燒調(diào)整，控制系統(tǒng)氧量在惰性氣氛（氧量小于12%）內(nèi)，以保證系統(tǒng)安全運行。正常停運過程中，氧量會隨著燃燒的降低而不可避免升高，必須盡可能降低滾筒干燥機入口溫度。停運時首先增加再循環(huán)風機出力來降低滾筒干燥機入口溫度，隨著給粉機停運，在氧量逐漸升高至惰性氣氛時，開啟旁路煙囪抽吸冷風，快速降低滾筒干燥機入口溫度。從而盡早停運原煤給煤機，減少煤粉的產(chǎn)生，煤粉收集器粉倉內(nèi)的煤粉通過溢流給粉機盡快排空。排粉過程保留送、引風機運行，把存粉（積粉）產(chǎn)生的熱量和可燃性氣體抽走，煤粉排空之后再進行大風量吹掃，保證系統(tǒng)的安全運行。

1.2系統(tǒng)邏輯聯(lián)鎖為了干燥系統(tǒng)的安全運行，制定了主燃料跳閘（MFT）邏輯，見表1。在表1中任一觸發(fā)條件滿足時觸發(fā)MFT動作，燃料全部切斷，即停運4臺燃料給粉機和關(guān)斷各燃油電磁閥，同時關(guān)閉4個燃燒器一次風門。系統(tǒng)進行10min吹掃后自動復位MFT，方可重新進行點火。

1.3重要參數(shù)調(diào)整(1)滾筒干燥機入口煙溫入口煙溫以熱煙氣發(fā)生爐燃燒調(diào)節(jié)為主，以再循環(huán)煙氣調(diào)節(jié)為輔。在啟動過程投油預暖過程中，僅小油槍投入，再循環(huán)風機勺管開度30%，把煤粉收集器出口熱煙氣再次送入爐膛，以充分利用熱煙氣熱量；在投煤干燥之后，大、小油槍均投入，再循環(huán)風機勺管開度40%以上，以減少滾筒出口塊煤攜帶的煤粉量；在投粉之后，調(diào)整燃料給粉機頻率和投入數(shù)量，再循環(huán)風機勺管開度50%以上，控制爐膛溫度在1100℃以內(nèi)，且控制入口煙溫在700℃以內(nèi)。(2)滾筒干燥機出口煙溫從系統(tǒng)干燥出力（原煤量）上考慮，滾筒干燥機出口煙溫越低，成品煤水分越高，干燥程度越輕，干燥出力越大。但出口煙溫過低會造成褐煤干燥過程中析出的水蒸氣在濾袋上重新凝結(jié)、糊袋，從而造成煤粉收集器阻力增加；溫度過高容易影響煤粉收集器濾袋壽命，同時造成滾筒出口成品煤水分過低影響干燥出力。綜上考慮，滾筒干燥機出口煙溫控制原則是高于水分凝結(jié)的露點溫度，且低于濾袋最高瞬時溫度，在此基礎(chǔ)上，盡量提高系統(tǒng)干燥出力。經(jīng)過計算，本工程額定負荷下水露點溫度為80℃，低負荷工況下（氧量16%）濾袋最高瞬時溫度為120℃，因此控制滾筒干燥機出口煙溫90～120℃。在入口煙溫基本穩(wěn)定的情況下，調(diào)節(jié)原煤給煤機出力，以使出口煙溫維持90℃~120℃。若原料煤水分和設(shè)計煤種相近，則控制在~120℃；若原料煤水分較低，則適當降低滾筒干燥機出口煙溫，并根據(jù)成品煤的取樣分析對運行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整。(3)氧量在投油工況下，燃油的燃燒特性決定了無法通過燃燒來實現(xiàn)低氧量運行，而系統(tǒng)沒有設(shè)計其它手段來降低氧量，存在著潛在的危險性。在投粉之后，在保證燃燒的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化配風和燃燒調(diào)整，控制氧量在5%～8%。

2干燥系統(tǒng)改造及初步分析

2.1燃燒器一次風管改造原一次風管（設(shè)計院段）與燃燒器一次風噴口（熱煙氣發(fā)生爐廠家段）接口處存在縮徑，即管道由φ325mm縮徑為φ245mm。在投粉過程中發(fā)現(xiàn)，在燃料給粉機接近額定出力時，若一次風母管低于4.2kPa，則容易發(fā)生堵管，不能長期運行；而一次風母管壓力在4.2kPa以上時，就地觀察火焰已穿過擋火墻進入調(diào)溫室，嚴重影響滾筒干燥機的安全運行。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，母管壓力4.2kPa時，一次風管（設(shè)計院段）風速為30.5m/s，則換算到變徑后燃燒器噴口一次風速為55.5m/s。同時根據(jù)燃燒器設(shè)計數(shù)據(jù)，每只燃燒器額定出力為2.6t/h，設(shè)計風煤比為2.82，修正溫度為60℃，靜壓為90160Pa。則額定出力下（一次風管尺寸為φ245mm）風速為52m/s。以上實測數(shù)據(jù)和理論計算均表明，燃燒器噴口一次風速遠超過設(shè)計值（26m/s）和常規(guī)旋流燃燒器的一次風速推薦值[9]。根據(jù)相關(guān)規(guī)程，貯倉式制粉系統(tǒng)熱風送粉的推薦風速一般為28～32m/s，若將一次風管（設(shè)計院段）由φ325mm改為φ245mm，則燃燒器一次風速最大為32m/s時，僅為滿負荷風速52m/s的61%，在風煤比不變的情況下，燃燒器出力只有額定出力的61%。因此，在保證燃燒器出力的前提下，必須對燃燒器一次風噴口（熱煙氣發(fā)生爐廠家段）進行改造，改造前后對比見表2。改造后觀察著火距離明顯縮短，且均在擋火墻之前，未進入調(diào)溫室，為系統(tǒng)的安全運行和達到滿負荷出力提供了保證。

2.2粉倉結(jié)露及電加熱改造干燥系統(tǒng)試運初期，曾出現(xiàn)以下問題：投煤初期，粉倉內(nèi)煤粉較潮，部分有板結(jié)現(xiàn)象，流動性差；投粉初期，粉倉經(jīng)常出現(xiàn)蓬粉，下粉不通暢，造成給粉機經(jīng)常卡澀；在粗粉分離器出口進行等速取樣時，抽出來大量的水蒸汽且很快凝結(jié)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，煤粉收集器粉倉電加熱功率不夠，且煤粉收集器上部沒有保溫，造成粉倉保溫性差，倉壁溫度較低，褐煤干燥過程中蒸發(fā)出來的大量水分遇冷發(fā)生重新凝結(jié)和結(jié)露。為避免粉倉結(jié)露而影響投粉，對電加熱進行改造。粉倉原電加熱為電熱線，螺旋纏繞在粉倉外壁，每層間隔50cm左右，且功率較低，無法滿足加熱要求。現(xiàn)改為板式電加熱，每塊板電功率為400～700W，且粉倉分為上、中、下三層單獨控制。改造后，粉倉電加熱效果明顯，可以從環(huán)境溫度-30℃升至90～110℃，可有效避免水蒸氣凝結(jié)。但粉倉上、中、下三層電加熱功率相同，表面積卻逐漸減小（倒錐形），熱密度必然逐漸增大，因此電加熱定值（外壁溫度）不宜太高。根據(jù)實測，內(nèi)壁溫平均值比定值低50～60℃，且溫度分布不均勻，最高點比平均值高15～20℃，存在局部過熱情況。某次電加熱投運時，定值設(shè)為200℃，在電加熱的干燥作用下（未曾投油點火），粉倉內(nèi)煤粉的全水分降低至6%，低位發(fā)熱量升高至4928kcal/kg，此時煤粉極易著火自燃。為此電加熱投煤前定值設(shè)定為120℃，投煤后降為90℃，正常運行過程中粉倉溫度滿足要求時可停運電加熱。

2.3系統(tǒng)預暖褐煤在干燥過程中，大量水蒸氣析出后隨熱煙氣一起進入煤粉分離系統(tǒng)，若系統(tǒng)預暖不充分，在粗粉分離器中水蒸氣遇冷凝結(jié)后和回粉管內(nèi)的煤粉混合成煤泥狀，從而造成回粉管堵塞，影響系統(tǒng)安全運行；在煤粉收集器中水蒸氣遇冷結(jié)露后流入粉倉，造成粉倉內(nèi)煤粉潮濕板結(jié)，影響正常下粉和燃料投運。因此在啟動前4h投入電加熱溫控自動的基礎(chǔ)上，啟動初期還必須加強系統(tǒng)預暖。為保證預暖效果，采用投入2～3只小油槍，加大再循環(huán)風量（即系統(tǒng)通風量）的形式，預暖過程中維持滾筒干燥機出口煙溫110±10℃，保證系統(tǒng)充分暖透。在脫硫入口煙溫達到100℃時，此時再循環(huán)煙氣已達到～110℃，表明整套系統(tǒng)已完成充分預暖，可以進行投煤干燥。

2.4不同煤種干燥結(jié)果的初步分析在改造完成和嚴格執(zhí)行系統(tǒng)預暖的基礎(chǔ)上，干燥系統(tǒng)實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運行。在運行參數(shù)基本相同（滾筒出、入口溫度）的情況下，對不同煤種的干燥特性進行了對比，分別在原料煤給煤機入口、滾筒干燥機出口、粉倉料斗等對煤質(zhì)進行取樣分析，干燥結(jié)果對比見表3。從表3可知，在運行參數(shù)基本相同的情況下，原料煤初始水分越低，干燥后滾筒出口塊煤和粉倉內(nèi)粉煤全水分越低，滾筒出口塊煤發(fā)熱量增加幅度越小，粉倉內(nèi)粉煤發(fā)熱量還可能隨著灰分的增加而降低。對于干燥后灰分的增加，可以如下考慮：為消除同一煤種3個取樣點（原煤，滾筒出口，粉倉）收到基水分的影響，假設(shè)對原煤進行不同水分下的工業(yè)分析，在不發(fā)生化學變化時，則各工業(yè)分析成分按比例變化，則各工業(yè)分析成分可按照下式進行換算（以揮發(fā)分為例）。從表4可知，對比滾筒出口和原煤折算到該水分（7.0%）下的工業(yè)分析，滾筒出口塊煤Var和FCar均較原煤增加，而Aar較原煤降低。原因是原煤中灰分多以細顆粒形式存在，離開滾筒時大部分灰分被高速煙氣攜帶走，灰分的降低造成其它工業(yè)分析成分（除水分）比重的增加，即FCar比例提高了5.11%，Var比例提高了3.97%；而Var提高幅度偏低的原因是褐煤在高溫干燥（溫度大于250℃）過程中有揮發(fā)分析出，揮發(fā)分比例會有所減少。對比粉倉和原煤折算到該水分（3.5%）下的工業(yè)分析，粉倉內(nèi)煤粉Var和FCar均較原煤明顯降低，而Aar較原煤明顯升高。原因是原煤中大部分灰分以細顆粒形式被高速熱煙氣帶離滾筒后進入煤粉收集器撲捉；灰分增加的另一個因素是熱煙氣發(fā)生爐燃燒煤粉產(chǎn)生的灰分在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，無法全部有效排出，隨著運行時間累積，灰分增加越多。為避免類似煤種2的褐煤在干燥后出現(xiàn)灰分過高，發(fā)熱量偏低的情況，一方面要控制原料煤水分和灰分接近設(shè)計煤種；另一方面若實際干燥煤種和設(shè)計煤種差別較大，則需要實時化驗，根據(jù)工業(yè)分析結(jié)果對運行參數(shù)進一步優(yōu)化，控制成品煤的水分和灰分符合設(shè)計值。控制成品煤水分的意義在于，干燥后水分過低會加劇滾筒出口塊煤的破碎，造成輸送過程中產(chǎn)生更多煤粉揚塵；水分過低會造成粗粉分離器回粉水分過低，不利于提高成型機的成球率。在原料煤初始水分較低時，應(yīng)適當降低滾筒干燥機出口溫度，盡量控制成品煤水分在10%～15%，避免出現(xiàn)過干燥，同時保證系統(tǒng)出力。控制成品煤灰分的意義在于，干燥后灰分過高會導致提供給熱煙氣發(fā)生爐的燃料發(fā)熱量偏低。一方面會使燃燒器在設(shè)計給粉量時產(chǎn)生的熱量低于額定值時，從而影響熱煙氣發(fā)生爐的帶負荷能力；另一方面，在產(chǎn)生相同干燥熱量時，需要投入更多燃料燃燒，從而產(chǎn)生較多的灰分進入系統(tǒng)循環(huán)，進一步降低粉倉煤粉的發(fā)熱量，影響系統(tǒng)物料平衡。

3結(jié)論

褐煤極易自燃的特性要求干燥工藝必須重視安全運行，通過采用大風量吹掃再點火的方案和制定主燃料跳閘邏輯，系統(tǒng)完成吹掃復位后方可進行點火，減少了積粉自燃、爆炸的危險。根據(jù)試運實踐，提出了滾筒干燥機入口煙溫，出口煙溫，氧量等重要參數(shù)的調(diào)整原則。在完成燃燒器一次風管改造、粉倉電加熱改造及嚴格執(zhí)行系統(tǒng)預暖完成再投煤的基礎(chǔ)上，干燥系統(tǒng)實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運行。不同煤種干燥結(jié)果表明，原料煤初始水分越低，干燥后滾筒出口塊煤和粉倉內(nèi)粉煤全水分越低，滾筒出口塊煤發(fā)熱量增加幅度越小，粉倉內(nèi)粉煤發(fā)熱量還可能隨灰分的增加而降低。必須加強對成品煤水分和灰分的控制和運行參數(shù)實時優(yōu)化，避免出現(xiàn)成品煤過干燥和破壞系統(tǒng)物料平衡。

作者：李戰(zhàn)國溫志強韓昕張清峰單位：華北電力科學研究院有限責任公司