褐煤高温热烟气干燥的调整范文

《电站系统工程杂志》2014年第三期

1褐煤干燥工程的调试

1.1系统的启停本工程采用高温热烟气和褐煤直接接触的干燥工艺，相比蒸汽管式干燥、蒸汽回转式干燥和蒸汽流化床干燥工艺等以蒸汽作为干燥介质，直接或者间接接触的干燥工艺，本工艺的安全系数较低。褐煤极易自燃的特性要求褐煤干燥必须重视安全运行，特别是系统启动、停运等参数扰动较大的过程，必须对粉尘浓度、火源（温度）、氧量三个条件严格控制。经过摸索和实践，热烟气褐煤干燥系统可采用大风量吹扫再点火的方案。启动过程中，滚筒入口温度是随干燥出力提高而升高，而系统氧量无法像蒸汽干燥工艺喷入大量惰化蒸汽来控制，必须控制粉尘浓度。经过大风量吹扫可以尽可能清理系统内积粉，控制投煤干燥前系统内粉尘浓度在较低范围内，减少积粉自燃、爆炸的危险。在投煤干燥后，主要通过燃烧调整，控制系统氧量在惰性气氛（氧量小于12%）内，以保证系统安全运行。正常停运过程中，氧量会随着燃烧的降低而不可避免升高，必须尽可能降低滚筒干燥机入口温度。停运时首先增加再循环风机出力来降低滚筒干燥机入口温度，随着给粉机停运，在氧量逐渐升高至惰性气氛时，开启旁路烟囱抽吸冷风，快速降低滚筒干燥机入口温度。从而尽早停运原煤给煤机，减少煤粉的产生，煤粉收集器粉仓内的煤粉通过溢流给粉机尽快排空。排粉过程保留送、引风机运行，把存粉（积粉）产生的热量和可燃性气体抽走，煤粉排空之后再进行大风量吹扫，保证系统的安全运行。

1.2系统逻辑联锁为了干燥系统的安全运行，制定了主燃料跳闸（MFT）逻辑，见表1。在表1中任一触发条件满足时触发MFT动作，燃料全部切断，即停运4台燃料给粉机和关断各燃油电磁阀，同时关闭4个燃烧器一次风门。系统进行10min吹扫后自动复位MFT，方可重新进行点火。

1.3重要参数调整(1)滚筒干燥机入口烟温入口烟温以热烟气发生炉燃烧调节为主，以再循环烟气调节为辅。在启动过程投油预暖过程中，仅小油枪投入，再循环风机勺管开度30%，把煤粉收集器出口热烟气再次送入炉膛，以充分利用热烟气热量；在投煤干燥之后，大、小油枪均投入，再循环风机勺管开度40%以上，以减少滚筒出口块煤携带的煤粉量；在投粉之后，调整燃料给粉机频率和投入数量，再循环风机勺管开度50%以上，控制炉膛温度在1100℃以内，且控制入口烟温在700℃以内。(2)滚筒干燥机出口烟温从系统干燥出力（原煤量）上考虑，滚筒干燥机出口烟温越低，成品煤水分越高，干燥程度越轻，干燥出力越大。但出口烟温过低会造成褐煤干燥过程中析出的水蒸气在滤袋上重新凝结、糊袋，从而造成煤粉收集器阻力增加；温度过高容易影响煤粉收集器滤袋寿命，同时造成滚筒出口成品煤水分过低影响干燥出力。综上考虑，滚筒干燥机出口烟温控制原则是高于水分凝结的露点温度，且低于滤袋最高瞬时温度，在此基础上，尽量提高系统干燥出力。经过计算，本工程额定负荷下水露点温度为80℃，低负荷工况下（氧量16%）滤袋最高瞬时温度为120℃，因此控制滚筒干燥机出口烟温90～120℃。在入口烟温基本稳定的情况下，调节原煤给煤机出力，以使出口烟温维持90℃~120℃。若原料煤水分和设计煤种相近，则控制在~120℃；若原料煤水分较低，则适当降低滚筒干燥机出口烟温，并根据成品煤的取样分析对运行参数优化调整。(3)氧量在投油工况下，燃油的燃烧特性决定了无法通过燃烧来实现低氧量运行，而系统没有设计其它手段来降低氧量，存在着潜在的危险性。在投粉之后，在保证燃烧的基础上，通过优化配风和燃烧调整，控制氧量在5%～8%。

2干燥系统改造及初步分析

2.1燃烧器一次风管改造原一次风管（设计院段）与燃烧器一次风喷口（热烟气发生炉厂家段）接口处存在缩径，即管道由φ325mm缩径为φ245mm。在投粉过程中发现，在燃料给粉机接近额定出力时，若一次风母管低于4.2kPa，则容易发生堵管，不能长期运行；而一次风母管压力在4.2kPa以上时，就地观察火焰已穿过挡火墙进入调温室，严重影响滚筒干燥机的安全运行。根据实测数据，母管压力4.2kPa时，一次风管（设计院段）风速为30.5m/s，则换算到变径后燃烧器喷口一次风速为55.5m/s。同时根据燃烧器设计数据，每只燃烧器额定出力为2.6t/h，设计风煤比为2.82，修正温度为60℃，静压为90160Pa。则额定出力下（一次风管尺寸为φ245mm）风速为52m/s。以上实测数据和理论计算均表明，燃烧器喷口一次风速远超过设计值（26m/s）和常规旋流燃烧器的一次风速推荐值[9]。根据相关规程，贮仓式制粉系统热风送粉的推荐风速一般为28～32m/s，若将一次风管（设计院段）由φ325mm改为φ245mm，则燃烧器一次风速最大为32m/s时，仅为满负荷风速52m/s的61%，在风煤比不变的情况下，燃烧器出力只有额定出力的61%。因此，在保证燃烧器出力的前提下，必须对燃烧器一次风喷口（热烟气发生炉厂家段）进行改造，改造前后对比见表2。改造后观察着火距离明显缩短，且均在挡火墙之前，未进入调温室，为系统的安全运行和达到满负荷出力提供了保证。

2.2粉仓结露及电加热改造干燥系统试运初期，曾出现以下问题：投煤初期，粉仓内煤粉较潮，部分有板结现象，流动性差；投粉初期，粉仓经常出现蓬粉，下粉不通畅，造成给粉机经常卡涩；在粗粉分离器出口进行等速取样时，抽出来大量的水蒸汽且很快凝结。经过分析发现，煤粉收集器粉仓电加热功率不够，且煤粉收集器上部没有保温，造成粉仓保温性差，仓壁温度较低，褐煤干燥过程中蒸发出来的大量水分遇冷发生重新凝结和结露。为避免粉仓结露而影响投粉，对电加热进行改造。粉仓原电加热为电热线，螺旋缠绕在粉仓外壁，每层间隔50cm左右，且功率较低，无法满足加热要求。现改为板式电加热，每块板电功率为400～700W，且粉仓分为上、中、下三层单独控制。改造后，粉仓电加热效果明显，可以从环境温度-30℃升至90～110℃，可有效避免水蒸气凝结。但粉仓上、中、下三层电加热功率相同，表面积却逐渐减小（倒锥形），热密度必然逐渐增大，因此电加热定值（外壁温度）不宜太高。根据实测，内壁温平均值比定值低50～60℃，且温度分布不均匀，最高点比平均值高15～20℃，存在局部过热情况。某次电加热投运时，定值设为200℃，在电加热的干燥作用下（未曾投油点火），粉仓内煤粉的全水分降低至6%，低位发热量升高至4928kcal/kg，此时煤粉极易着火自燃。为此电加热投煤前定值设定为120℃，投煤后降为90℃，正常运行过程中粉仓温度满足要求时可停运电加热。

2.3系统预暖褐煤在干燥过程中，大量水蒸气析出后随热烟气一起进入煤粉分离系统，若系统预暖不充分，在粗粉分离器中水蒸气遇冷凝结后和回粉管内的煤粉混合成煤泥状，从而造成回粉管堵塞，影响系统安全运行；在煤粉收集器中水蒸气遇冷结露后流入粉仓，造成粉仓内煤粉潮湿板结，影响正常下粉和燃料投运。因此在启动前4h投入电加热温控自动的基础上，启动初期还必须加强系统预暖。为保证预暖效果，采用投入2～3只小油枪，加大再循环风量（即系统通风量）的形式，预暖过程中维持滚筒干燥机出口烟温110±10℃，保证系统充分暖透。在脱硫入口烟温达到100℃时，此时再循环烟气已达到～110℃，表明整套系统已完成充分预暖，可以进行投煤干燥。

2.4不同煤种干燥结果的初步分析在改造完成和严格执行系统预暖的基础上，干燥系统实现了连续稳定运行。在运行参数基本相同（滚筒出、入口温度）的情况下，对不同煤种的干燥特性进行了对比，分别在原料煤给煤机入口、滚筒干燥机出口、粉仓料斗等对煤质进行取样分析，干燥结果对比见表3。从表3可知，在运行参数基本相同的情况下，原料煤初始水分越低，干燥后滚筒出口块煤和粉仓内粉煤全水分越低，滚筒出口块煤发热量增加幅度越小，粉仓内粉煤发热量还可能随着灰分的增加而降低。对于干燥后灰分的增加，可以如下考虑：为消除同一煤种3个取样点（原煤，滚筒出口，粉仓）收到基水分的影响，假设对原煤进行不同水分下的工业分析，在不发生化学变化时，则各工业分析成分按比例变化，则各工业分析成分可按照下式进行换算（以挥发分为例）。从表4可知，对比滚筒出口和原煤折算到该水分（7.0%）下的工业分析，滚筒出口块煤Var和FCar均较原煤增加，而Aar较原煤降低。原因是原煤中灰分多以细颗粒形式存在，离开滚筒时大部分灰分被高速烟气携带走，灰分的降低造成其它工业分析成分（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温干燥（温度大于250℃）过程中有挥发分析出，挥发分比例会有所减少。对比粉仓和原煤折算到该水分（3.5%）下的工业分析，粉仓内煤粉Var和FCar均较原煤明显降低，而Aar较原煤明显升高。原因是原煤中大部分灰分以细颗粒形式被高速热烟气带离滚筒后进入煤粉收集器扑捉；灰分增加的另一个因素是热烟气发生炉燃烧煤粉产生的灰分在系统内部循环，无法全部有效排出，随着运行时间累积，灰分增加越多。为避免类似煤种2的褐煤在干燥后出现灰分过高，发热量偏低的情况，一方面要控制原料煤水分和灰分接近设计煤种；另一方面若实际干燥煤种和设计煤种差别较大，则需要实时化验，根据工业分析结果对运行参数进一步优化，控制成品煤的水分和灰分符合设计值。控制成品煤水分的意义在于，干燥后水分过低会加剧滚筒出口块煤的破碎，造成输送过程中产生更多煤粉扬尘；水分过低会造成粗粉分离器回粉水分过低，不利于提高成型机的成球率。在原料煤初始水分较低时，应适当降低滚筒干燥机出口温度，尽量控制成品煤水分在10%～15%，避免出现过干燥，同时保证系统出力。控制成品煤灰分的意义在于，干燥后灰分过高会导致提供给热烟气发生炉的燃料发热量偏低。一方面会使燃烧器在设计给粉量时产生的热量低于额定值时，从而影响热烟气发生炉的带负荷能力；另一方面，在产生相同干燥热量时，需要投入更多燃料燃烧，从而产生较多的灰分进入系统循环，进一步降低粉仓煤粉的发热量，影响系统物料平衡。

3结论

褐煤极易自燃的特性要求干燥工艺必须重视安全运行，通过采用大风量吹扫再点火的方案和制定主燃料跳闸逻辑，系统完成吹扫复位后方可进行点火，减少了积粉自燃、爆炸的危险。根据试运实践，提出了滚筒干燥机入口烟温，出口烟温，氧量等重要参数的调整原则。在完成燃烧器一次风管改造、粉仓电加热改造及严格执行系统预暖完成再投煤的基础上，干燥系统实现了连续稳定运行。不同煤种干燥结果表明，原料煤初始水分越低，干燥后滚筒出口块煤和粉仓内粉煤全水分越低，滚筒出口块煤发热量增加幅度越小，粉仓内粉煤发热量还可能随灰分的增加而降低。必须加强对成品煤水分和灰分的控制和运行参数实时优化，避免出现成品煤过干燥和破坏系统物料平衡。

作者：李战国温志强韩昕张清峰单位：华北电力科学研究院有限责任公司