40F06981CJ0102锅炉制粉系统与磨煤机选型.docx
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40F06981CJ0102锅炉制粉系统与磨煤机选型
华润电力仙桃电厂新建
2×660MW超超临界燃煤机组工程
锅炉制粉系统及磨煤机选型
总工程师:
杨爱丽
项目经理:
杨青山国茂华
审核:
陈勇
校核:
王为
编制:
崔浩
【内容摘要】本专题根据本工程的煤质特点,结合现行规程对燃烧制粉系统和磨煤机的选型要求,对制粉系统作综合技术经济比较,推荐制粉系统为中速磨煤机冷一次风机直吹式制粉系统,每台炉按6台磨煤机设计。
1工程概况
1.1工程建设性质及规模
华润电力仙桃电厂规划容量为4×660MW机组,本期建设2×660MW超超临界燃煤发电机组,同步建设脱硫、脱硝装置,并预留扩建条件。
本期工程预计2016年12月正式开工,2018年底第一台机组投运,2019年二季度第二台机投运。
1.2燃煤
本工程的设计煤种为陕西黄陵煤,校核煤种为内蒙伊泰煤。
煤质资料如下表(暂定,最终以业主方提供的煤质资料为准):
序号
项目
符号
单位
设计煤种
校核煤种
1
煤质分析
1.1
碳(收到基)
Car
%
55.50
50.60
1.2
氢(收到基)
Har
%
3.50
3.40
1.3
氧(收到基)
Oar
%
9.60
9.40
1.4
氮(收到基)
Nar
%
0.80
0.80
1.5
硫(收到基)
St.ar
%
0.60
0.75
1.6
汞
Hgar
ug/g
0.083
0.091
1.7
全水分
Mar
%
20.00
20.00
1.8
灰分
Aar
%
10.00
15.05
1.9
挥发分(收到基)
Var
%
24.50
24.68
1.10
水分(空气干燥基)
Mad
%
9.00
8.00
1.11
挥发分(干燥无灰基)
Vdaf
%
35.00
38.00
1.12
低位发热量
Qnet,ar
kJ/kg
21771
20096
1.13
哈氏可磨性系数
HGI
-
55
55
1.14
变形温度
DT
℃
1120
1080
1.15
软化温度
ST
℃
1150
1110
1.16
灰半球温度
FT
℃
1170
1130
1.17
流动温度
FT
℃
1190
1150
2
灰分分析
2.1
二氧化硅
SiO2
%
32.00
37.00
2.2
三氧化二铁
Fe2O3
%
13.50
13.0
2.3
三氧化二铝
Al2O3
%
15.00
13.50
2.4
氧化钙
CaO
%
23.00
25.00
2.5
氧化镁
MgO
%
1.90
0.90
2.6
二氧化钛
TiO2
%
0.60
0.60
2.7
三氧化硫
SO3
%
10.00
7.00
2.8
五氧化二磷
P2O5
%
\
\
2.9
氧化锰
Mn3O4
%
\
\
2.10
氧化钠
Na2O
%
0.60
1.60
2.11
氧化钾
K2O
%
0.50
0.80
1.3燃煤消耗量
本期安装的2×660MW超超临界燃煤机组按带基本负荷设计,并具有一定的调峰性能,机组年利用小时暂定为4500h。
本期机组耗煤量见下表所示:
表1.3-1锅炉燃料消耗量
机组容量
(MW)
小时耗煤量
(t/h)
日耗煤量
(t/d)
年耗煤量
(1×104t/a)
设计
校核
设计
校核
设计
校核
1×660
248.00
268.47
4960
5369.4
111.6
120.8
2×660
496.00
536.94
9920
10738.8
223.2
241.6
注:
日运行小时数按20小时计,年利用小时数按4500h计。
1.4锅炉型式及锅炉主要辅助系统
本工程锅炉采用超超临界压力燃煤直流锅炉,单炉膛,一次中间再热、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢架悬吊结构。
锅炉暂按以下主要参数设计(以主机招标结果为准):
序
号
项目
单位
参数
1
最大连续蒸发量
t/h
1895.9
2
过热蒸汽压力
MPa(a)
29.12
3
过热蒸汽温度
℃
605
4
再热蒸汽流量
t/h
1595.5
5
再热蒸汽进口温度
℃
5.626
6
再热蒸汽进口压力
MPa(a)
350
7
再热蒸汽出口温度
℃
623
8
再热蒸汽出口压力
MPa(a)
5.40
9
给水温度
℃
300.6
10
保证热效率(BRL低位热值)
%
≥94.5
11
排烟温度(修正后)
℃
~120
本工程锅炉主要辅助系统按以下原则:
(1)制粉系统采用中速磨煤机正压直吹式冷一次风机系统,每台锅炉配6台中速磨煤机。
磨煤机的密封系统采用集中密封系统,每炉设2台密封风机,1台运行,1台备用。
(2)每台炉配6台称重式皮带式给煤机,对应设置6座钢制原煤斗。
(3)锅炉烟风系统按平衡通风设计,每台锅炉设有两台三分仓回转式空气预热器。
(4)采用微油节油点火方式。
(5)风机配置:
一次风机、二次风机、引风机均采用2×50%动调轴流式风机。
(6)采用高效双室五电场低低温静电除尘器,除尘效率要求不低于99.91%,除尘器出口粉尘浓度≤20mg/Nm3,结合炉后湿法脱硫75%的除尘效率,可满足烟囱出口烟尘排放浓度小于5mg/Nm3。
(7)采用石灰石-石膏湿法脱硫方案,不设烟气旁路,不设GGH,脱硫增压风机与引风机合并。
脱硫吸收剂采用外购石灰石粉,厂内制浆方案。
烟囱出口SO2排放浓度暂按不超过35mg/Nm3控制,脱硫效率暂按98.2%。
(8)采用选择性催化还原法(SCR),不设置SCR和省煤器烟气旁路装置。
还原剂采用尿素,催化剂按2+1层的布置方式。
烟囱出口NOx排放浓度按不超过45mg/Nm3控制。
2煤质资料分析
2.1煤质资料综合判别
准确判别燃料的燃烧特性,对锅炉的设计性能具有重要的指导意义。
我国发电煤粉锅炉用煤主要是将影响锅炉运行的煤的特性参数:
干燥无灰基挥发分Vdaf、干燥基灰分Ad、收到基水分Mar、干燥基全硫分Sd和灰熔融性软化温度ST作为主要分类指标,以收到基低位发热量Qnet.ar作为辅助分类指标,即发电用煤国家分类标准(GB/T7562-2010),将发电煤粉锅炉用煤技术条件按无烟煤锅炉、贫煤锅炉、烟煤锅炉、褐煤锅炉分别进行划分。
表2.1-1发电厂煤粉锅炉用煤技术要求(GB/T7562-2010)
项目
符号/
单位
技术要求
无烟煤
贫煤
烟煤
褐煤
挥发分
Vdaf/%
>6.50~10.00
>10.00~20.00
>20.00~28.00
>28.00~37.00
>37.00
>37.00
发热量
Qnet,ar/MJ/kg
>24.00
>21.00~24.00
>24.00
>21.00~24.00
>18.50~21.00
>24.00
>21.00~24.00
>18.00~21.00
>16.50~18.00
>18.00
>14.00~18.00
>12.00~14.00
灰分
Ad/%
≤20.00
>20.00~30.00
≤20.00
>20.00~30.00
>30.00~40.00
≤10.00
>10.00~20.00
>20.00~30.00
>30.00~40.00
≤10.00
>10.00~20.00
>20.00~30.00
全水分
Mar/%
≤8.0
>8.0~12.0
≤8.0
>8.0~12.0
≤8.0
>8.0~12.0
>12.0~20.0
≤30.0
>30.0~40.0
>40.0
全硫
St,d/%
≤1.00
>1.00~2.00
>2.00~3.00
≤1.00
>1.00~2.00
>2.00~3.00
≤1.00
>1.00~2.00
>2.00~3.00
≤0.50
>0.50~1.00
>1.00~1.50
煤灰融性软化温度
ST/℃
>1450
>1350~1450
>1250~1350
>1450
>1350~1450
>1250~1350
>1450
>1350~1450
>1250~1350
>1150~1250
>1350
>1250~1350
>1150~1250
哈氏可磨性
HGI
>60
>40~60
>80
>60~80
>80
>60~80
>40~60
/
根据以上判定标准,本工程设计煤种和校核煤种均属于高挥发分烟煤。
2.2煤的磨制特性及爆炸特性
煤的可磨性、磨损特性及爆炸特性是制粉系统型式的选择及制粉系统设计的重要依据,分析燃煤的磨制特性及爆炸特性对合理地选择和设计制粉系统有着重要的意义。
2.2.1煤的可磨性
煤的可磨性指数是煤磨制难易程度的指标,我国常用KVT1或HGI指数进行判断煤的可磨性,煤的可磨性分级判别指标如下:
表2.2-1煤的可磨性分级指标(GB/T2565-1998)
哈氏可磨性指数HGI
可磨性
设计煤种
校核煤种
<40
难磨
HGI=55
较难磨
HGI=55
较难磨
>40~60
较难磨
>60~80
中等可磨
>80~100
易磨
>100
极易磨
2.2.2煤的磨损特性
煤的磨损特性表示煤在被破碎时,煤对研磨件磨损的强弱程度,用磨损指数来表示。
国内在制粉系统设计时主要采用冲刷磨损指数Ke,该指数是国内特有的燃煤磨损特性指标,具体数据通过试验测定,具体的试验方法按照电力行业标准DL/465《煤的冲刷磨损指数试验方法》执行。
根据DL/T466-2004《电站磨煤机及制粉系统选型导则》中的规定,煤的磨损性和煤的冲刷磨损指数Ke的关系见下表:
煤的冲刷磨损指数Ke
磨损性
<1.0
轻微
1.0~2.0
不强
2.0~3.5
较强
3.5~5.0
很强
>5.0
极强
本工程煤质资料中未提供冲刷磨损指数Ke。
根据DL/T466-2004《电站磨煤机及制粉系统选型导则》中的规定,在未取得煤的磨损指数的情况下,煤的磨损性Ke可以按灰的成分粗略判别:
1)如果灰中SiO2<40%,磨损性Ke属轻微,SiO2>40%难以判别。
2)如果SiO2/Al2O3<2.0时,磨损性Ke在较强以下;SiO2/Al2O3>2.0难以判别。
3)如果灰中石英石的含量小于6%~7%,磨损性Ke在不强以下;如果灰中石英石的含量大于6%~7%,磨损性难以判别。
灰中的石英石含量计算如下:
(SiO2)q=(SiO2)t-1.5(Al2O3)
(SiO2)q-灰中石英石含量,%
(SiO2)t-灰中SiO2含量,%
(Al2O3)-灰中Al2O3含量,%
项目
设计煤种
校核煤种
SiO2
32,轻微
37,轻微
SiO2/Al2O3
2.13,难以判别
2.74,难以判别
石英石含量
9.5,难以判别
16.75,难以判别
根据初步判断,本工程煤质设计煤种和校核煤种的磨损性属于轻微。
2.2.3煤的爆炸特性
2.2.3.1采用挥发分判别
煤粉的爆炸特性可用煤的挥发分含量近似判定,判别分级方法见下表:
表2.2-3干燥无灰基挥发分与煤的爆炸性(DL/T5145-2002)
干燥无灰基挥发分Vdaf
爆炸
等级
煤粉
爆炸性
设计煤种
校核煤种
<6.5
0
极难爆炸
Vdaf=35%
极易爆炸
Vdaf=38%
极易爆炸
6.5~10
Ⅰ
难爆炸
10~25
Ⅱ
中等爆炸性
25~35
Ⅲ
易爆炸
>35
Ⅳ
极易爆炸
注:
灰分高于40%的煤种按其挥发分所定的爆炸性降低一个等级。
2.3煤粉气流的着火特性
2.3.1煤的着火及燃烧稳定性判别
判别着火稳定性可采用煤质分析法、着火指数炉法和热天平法,煤质分析法只需要根据干燥无灰基挥发分Vdaf,同时参考Aar、Mar含量,这种方法尽管不能准确的反映煤的特性,但是由于使用方便,至今仍在一般设计中采用。
为了优化设计,应该广泛使用热天平和着火指数炉的测试数据来判别着火稳定性。
2.3.1.1用干燥无灰基挥发分Vdaf判别
普华中心编制的《大型煤粉锅炉燃烧设备性能设计方法》(以下简称普华)推荐的分类判别方法如下:
表2.3-1按干燥无灰基挥发分Vdaf判别燃烧稳定性等级分类表(普华推荐)
干燥无灰基挥发分Vdaf
燃烧稳定性
设计煤种
校核煤种
≤9.0
极难稳定区
Vdaf=35%
易稳定区
Vdaf=38%
褐煤区
9.0~19.0
难稳定区
19.0~30.0
中等稳定区
30.0~37.0
易稳定区
>37.0
褐煤区
判别方法说明:
Vdaf>37.0%称为褐煤区而不称极易稳定区的原因在于,当水分达40%~60%以上的褐煤,虽然Vdaf很高,但在采用低温燃烧技术时,仍应注意燃烧的稳定性问题;当灰分Aar>35.0%或褐煤水分大于45%时,其判别等级要相应地降低半级到一级。
2.3.1.2用着火稳定性指数判别
这种方法是采用工业分析数据来表征热天平试验分析结果,利用逐次回归法找到的Mad、Aad、Vdaf与着火稳定性指数Rw的关系。
根据哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心编制的《大型煤粉锅炉燃烧设备性能设计方法》拟合的相关系数最大的关系公式为:
Rw=4.24+0.047Mad-0.015Aad+0.046Vdaf
该关系式的相关性指数R=0.9254,根据着火稳定性指数进行燃烧稳定性分级判别的方法如下:
表2.3-2按着火稳定性指数Rw判别燃烧稳定性等级分类表(普华推荐)
着火稳定性指数
Rw
燃烧稳定性
设计煤种
校核煤种
≤4.0
极难稳定区
Rw=6.12
褐煤区
Rw=6.13
褐煤区
4.0~4.65
难稳定区
4.65~5.0
中等稳定区
5.0~5.7
易稳定区
>5.7
褐煤区
根据机械行业标准JB/T-10440《大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器设计规范》中拟合的公式为:
Rw=3.59+0.054Vdaf
分级判别的方法如下:
表2.3-3按着火稳定性指数Rw判别燃烧稳定性等级分类表(按JB/T-10440)
着火稳定性指数
Rw
燃烧稳定性
设计煤种
校核煤种
≤4.02
极难着火煤种
Rw=5.48
易着火煤种
Rw=5.64
极易着火煤种
4.02~4.67
难着火煤种
4.672~5.0
中等着火煤种
5.0~5.5
易着火煤种
≥5.5
极易着火煤种
2.3.1.3用煤粉气流着火温度IT判别
根据DL/T831-2002《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》中推荐的Vdaf与煤粉气流着火温度IT的关系曲线,本工程的设计煤种和校核煤种的煤粉气流着火温度IT均小于700℃,基本可以判断属于较易着火煤种。
导则中也指出,IT与Vdaf之间仅有相当松散的关系性,Vdaf参数常不能确切地反映煤种的着火特性,煤粉气流的着火温度应该以实测值为准。
根据IT判别煤的着火特性的分类方法见下表:
表2.3-4按IT温度判别燃烧稳定性(DL/T831-2002)
区域
IT℃
Vdaf%
燃烧稳定性
Ⅰ
>800
<10
较难着火煤类
Ⅱ
800~700
15~20
中等着火煤类
Ⅲ
<700
>25
较易着火煤类
对以上判别方法说明如下:
Vdaf>25%煤种均可认为是较易着火煤种(IT<700℃);Vdaf=15~20%的煤种均可认为是中等着火煤种(IT=700~800℃);Vdaf<10%的煤种均可认为是较难着火煤种(IT>800℃);Vdaf=20~25%的煤种既可能是较易着火煤种,也可能是中等着火煤种,IT温度需要测定;Vdaf=10~15%的煤种既可能是中等着火煤种,也可能是较难着火煤种,IT温度需要测定。
本工程的设计煤种和校核煤种的Vdaf均>25%,用此方法判断可知,本工程燃煤属于较易着火煤。
3制粉系统选型
3.1磨煤机及制粉系统选择原则
《大中型火力发电厂设计规范》(GB50660-2011)中规定了大型火力发电厂设计应遵循的原则与建设标准,对于磨煤机及制粉系统的选择,在该规程8.2.1条中给出了指导性的原则,其相关内容如下:
(1)磨煤机和制粉系统型式应根据煤种的特性、可能的煤种变化范围、负荷性质、磨煤机的适用条件,并结合锅炉燃烧方式、炉膛结构和燃烧器结构形式,考虑有利于安全运行、提高燃烧效率、降低NOx排放等因素,经过技术经济比较后确定。
(2)大容量机组在煤种适宜时,宜选用中速磨煤机。
(3)燃用高水分、磨损性不强的褐煤时,宜选用风扇磨煤机;当制粉系统的干燥能力满足要求并经论证合理时,也可采用中速磨煤机。
(4)燃用低挥发分贫煤、无烟煤、磨损性很强的煤种时,宜选用钢球磨煤机或双进双出钢球磨煤机。
(5)采用中速磨煤机、风扇磨煤机或双进双出钢球磨煤机制粉设备时,宜采用直吹式制粉系统。
(6)当燃用非易燃易爆煤种且采用常规钢球磨煤机制粉设备时,宜采用贮仓式制粉系统。
DL/T466-2004《电站磨煤机及制粉系统选型导则》和《火力发电厂制粉系统设计技术导则》(中国电力工程顾问集团公司企业标准Q/DG1-J012-2011)对磨煤机及制粉系统选择均为如下要求:
表3.1-1磨煤机及制粉系统的选择条件
煤种
Vdaf
%
IT
℃
Ke
Mf
%
R90
%
R75
%
磨煤机及制粉系统
无烟煤
6.5~10
>900
不限
≤15
~4
~8
(1)中间储仓钢球磨煤机炉烟干燥热风送粉;
(2)双进双出钢球磨煤机半直吹式
800~900
不限
≤15
4~6
8~10
(1)中间储仓钢球磨煤机热风送粉;
(2)中间储仓钢球磨煤机炉烟干燥热风送粉;
(3)双进双出钢球磨煤机半直吹式;
(4)双进双出钢球磨煤机直吹式(配双拱燃烧锅炉)
贫煤
10~15
800~900
不限
≤15
4~6
8~10
(1)中间储仓钢球磨煤机热风送粉;
(2)中间储仓钢球磨煤机炉烟干燥热风送粉;
(3)双进双出钢球磨煤机半直吹式;
(4)双进双出钢球磨煤机直吹式(配双拱燃烧锅炉)
15~20
700~800
>5.0
≤15
~10
~15
双进双出钢球磨煤机直吹式
700~800
≤5.0
≤15
~10
~15
中速磨煤机直吹式
烟煤
20~37
500~800
≤5.0
≤15
10~20
15~26
中速磨煤机直吹式
500~800
>5.0
≤15
10~20
15~26
双进双出钢球磨煤机直吹式
褐煤
>37
<600
≤5.0
≤19
10~20
中速磨煤机直吹式
<600
<600
≤3.5
≤3.5
>19
Mt>40
45~50
50~60
三介质、二介质干燥风扇磨煤机直吹式带乏气分离风扇磨煤机直吹式
注:
IT—着火温度;Ke—冲刷磨损指数;Vdaf—干燥无灰基挥发分;R90—煤粉细度;Mf—外在水分。
3.2煤粉经济细度的选择
随着煤粉变细磨煤机电耗增加而锅炉燃烧效率提高,因此存在一个经济煤粉细度,经济煤粉细度的选取主要考虑以下三个因素:
(1)煤的燃烧特性。
一般来说挥发分高、灰分少、发热量高的煤燃烧性能好,煤粉细度可以放粗。
(2)燃烧方式、炉膛的热强度和炉膛的大小。
对旋风炉、炉膛的热强度高及大炉膛时,煤粉细度可以放粗。
(3)煤粉的均匀性系数。
均匀性好,煤粉细度可以放粗。
对于固态排渣煤粉炉燃用无烟煤、贫煤和烟煤时,在无燃尽率指数分析值时,煤粉细度按照下式选取:
R90=0.5×n×Vdaf
式中:
R90—用90μm筛子筛分时筛上剩余量占煤粉总量的百分比,%;
n—煤粉均匀性指数,静态分离器n=1.1,动态分离器n=1.2。
根据上述原则,当选用静态分离器时,设计煤种、校核煤种的煤粉细度R90分别为20.3%、20.8%;当选用动态分离器时,设计煤种、校核煤种的煤粉细度R90分别为22.1%、22.7%。
3.3各型磨煤机性能综合比较
《电站磨煤机及制粉系统选型导则》(DL/T466-2004)综合对比了各型磨煤机性能,如下表所示。
表3.3-1各型磨煤机性能综合比较(DL/T466-2004)
项目
低速磨煤机
中速磨煤机
风扇磨煤机
筒式磨煤机
双进双出钢球磨煤机
RP(HP)
MPS
E
阻力
kPa
2.0~3.0
2.0~3.0
3.5~5.5
5.0~7.5
5.0~7.5
2.16~2.56
磨煤电耗
kWh/t
15~20(烟煤)
20~25(无烟煤)
20~25(烟煤)
25~29(无烟煤)
8~11
6~8
8~12
通风电耗
kWh/t
8~15
10~19
12
14~15
14~16
制粉电耗
kWh/t
22~35(烟煤)
30~40(无烟煤)
30~44(烟煤)
35~48(无烟煤)
20~23
20~23
22~28
13~15
磨耗
g/t
100~150
100~150
15~20
10~15
15~20
15~30
研磨件寿命
1~2年
1~2年
4000~15000h
4000~15000h
4000~20000h
800~3000h
煤粉细度R90
%
4~25
4~25
8~25
15~35
10~25
25~50
检修维护
工作量
系统部件多,故障相对较多
维护件少
维护量较MPS磨大
更换磨辊工作量大
维护量大
更换叶轮工作量大
煤种适应性
无烟煤、
低挥发分贫煤
无烟煤、低挥发分贫煤、磨损指数高的烟煤
高挥发分贫煤和烟煤,表面水分19%以下的褐煤
高挥发分贫煤和烟煤,表面水分19%以下的褐煤
高挥发分贫煤和烟煤,表面水分19%以下的褐煤
褐煤
根据本工程煤质等边界条件,对中速磨煤机和双进双出钢球磨煤机进行初步的经济性对比,见下表,供业主参考。
表3.3-2中速磨煤机和双进双出钢球磨煤机初步技术经济比较
序号
项目
单位
中速磨煤机
双进双出钢球磨煤机
1
设备初投资(一台炉)
磨煤机差价
万元
基准
+2400
一次风机及电动机差价
万元
基准
-300
总的设备价差(P)
万元
基准
+2100
2
年厂用电费(O/M
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- 40 F06981CJ0102 锅炉 制粉 系统 磨煤机 选型