程智海， 季明彬， 何 翔， 劉海龍， 金 鑫

（1.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海200240；2.內(nèi)蒙古蒙東能源有限公司，呼倫貝爾021000）

新疆準(zhǔn)東煤易著火、易燃盡，但其水分高、熱值不高及結(jié)渣和沾污嚴(yán)重，給鍋爐的安全運(yùn)行帶來(lái)了很大的困難，準(zhǔn)東地區(qū)多個(gè)火電廠出現(xiàn)過(guò)燃用準(zhǔn)東煤時(shí)鍋爐爐膛及各級(jí)受熱面不同程度的沾污、結(jié)焦、最終機(jī)組停機(jī)的情況［1］.目前，準(zhǔn)東地區(qū)電廠都進(jìn)行了準(zhǔn)東煤與地煤的摻燒，以減輕鍋爐各級(jí)受熱面沾污、結(jié)焦的程度.準(zhǔn)東煤的燃用問(wèn)題已經(jīng)引起業(yè)界廣泛關(guān)注，目前僅準(zhǔn)東五彩灣地區(qū)在建、規(guī)劃的機(jī)組已達(dá)到30幾臺(tái).但是對(duì)準(zhǔn)東煤制粉特性的研究尚不多見(jiàn)，大多都是近幾年對(duì)高鈉煤燃燒特性再結(jié)合鍋爐運(yùn)行特性的研究，這些研究有一個(gè)普遍的觀點(diǎn)，即燃用準(zhǔn)東煤時(shí)，煤粉較細(xì)為佳，給出可供參考的煤粉細(xì)度R90值為20%～25%［2－3］；磨煤機(jī)分離器出口溫度不低于70℃［3］；摻燒其他煤種時(shí)，準(zhǔn)東煤細(xì)度R90值小于20%［4］.除此之外，還有研究將準(zhǔn)東煤歸為典型的高鈉煤、高堿金屬煤，其灰渣中的Na2O含量多在5%以上［5］.張守玉等［6］認(rèn)為煤粉越粗，顆粒溫度比煙氣溫度越高，鈉更容易得到釋放，而煤粉越細(xì)，沉積量越大.于強(qiáng)等［7］認(rèn)為準(zhǔn)東煤灰中的CaO會(huì)在爐內(nèi)結(jié)合其他物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)后生成CaCl2和CaSO4（與煙氣中的SO3反應(yīng)），CaCl2可以冷凝在尾部煙道的管壁上，CaSO4在1 200℃以下是穩(wěn)定的具有黏結(jié)性的化合物，可以連續(xù)不斷地捕捉飛灰，使得管屏上的沾污層變厚.

對(duì)于準(zhǔn)東煤來(lái)說(shuō)，煤粉的特性不僅對(duì)燃燒特性有重要影響［8］，而且對(duì)其沾污、結(jié)渣等特性也有重要影響，故亟需開(kāi)展準(zhǔn)東煤煤粉特性的研究.

2012年，在某330MW供熱機(jī)組燃燒調(diào)整試驗(yàn)項(xiàng)目中，筆者針對(duì)制粉系統(tǒng)開(kāi)展了一系列試驗(yàn)，研究了準(zhǔn)東煤與地煤在煤粉細(xì)度等特性上的差異.

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某330MW供熱機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)型號(hào)為C124642，風(fēng)量為22.67m3／h，風(fēng)壓為18.111kPa，轉(zhuǎn)速為1 480r／min，效率為85.9%，風(fēng)機(jī)軸功率為1 294.6kW，電動(dòng)機(jī)功率為1 500kW.磨煤機(jī)部分規(guī)范見(jiàn)表1.

表1 HP863式磨煤機(jī)部分規(guī)范Tab.1 Technical specifications of the HP863coal mill

2 煤質(zhì)參數(shù)

試驗(yàn)煤種為準(zhǔn)東煤（采自五彩灣天池能源南礦區(qū)）和地煤（來(lái)自眾興礦業(yè)的井礦煤），其煤質(zhì)分析見(jiàn)表2.

表2 試驗(yàn)煤種的煤質(zhì)分析Tab.2 Quality analysis of Zhundong and local coal

3 試驗(yàn)方法及過(guò)程

3.1 煤粉取樣方法

風(fēng)粉管道上的取樣系統(tǒng)如圖1所示.按照DL／T 467—2004［9］的對(duì)數(shù)－線性法，圓形一次風(fēng)粉管道上煤粉取樣點(diǎn)沿直徑方向布置6個(gè)點(diǎn)，從管內(nèi)壁到測(cè)點(diǎn)距離分別為0.032D、0.135D、0.321D、0.679D，0.865D和0.968D，D為風(fēng)粉管道直徑.利用自主設(shè)計(jì)的可同時(shí)取樣且能調(diào)整取樣點(diǎn)位置的平頭式取樣槍伸入一次風(fēng)粉管道內(nèi)取樣，每根管道的取樣時(shí)間為4min.

圖1 煤粉取樣系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the pulverized coal sampling system

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

準(zhǔn)東煤和地煤的試驗(yàn)工況條件完全一致.磨煤機(jī)出力為35t／h，分離器葉輪轉(zhuǎn)速為350r／min，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量分別為70t／h和80t／h，準(zhǔn)東煤水分高，當(dāng)一次風(fēng)量為70t／h時(shí)，磨煤機(jī)分離器出口溫度80℃難以調(diào)節(jié)到位，故未得到該工況下的參數(shù).

機(jī)組解除AGC運(yùn)行方式，試驗(yàn)中磨煤機(jī)、熱風(fēng)、冷風(fēng)的擋板開(kāi)度和給煤量等主要運(yùn)行參數(shù)全部采用手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，各工況參數(shù)調(diào)整完畢后，穩(wěn)定10min再進(jìn)行煤粉取樣工作.

各根風(fēng)粉管道取的樣品質(zhì)量大于150g，煤粉樣品篩分前首先在烘箱內(nèi)55℃下烘干5h，烘干前后對(duì)每個(gè)煤粉樣品進(jìn)行稱(chēng)重，以求得煤粉樣品的外水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，再采用200μm、125μm、90μm、75μm和61μm的標(biāo)準(zhǔn)篩子進(jìn)行煤粉篩分，過(guò)篩的煤粉樣品質(zhì)量為25g.各級(jí)篩子上的煤粉質(zhì)量除以25g即可得到煤粉粒度分布百分比.

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 煤粉樣品外水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖2給出了各試驗(yàn)工況下煤粉樣品的外水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中準(zhǔn)東煤和地煤煤粉樣品的溫度分別從70℃和68℃開(kāi)始.由圖2可知，地煤煤粉樣品的外水分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，準(zhǔn)東煤煤粉樣品的外水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比地煤普遍高出1倍多.

圖2 各工況下煤粉樣品的外水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.2 Outside moisture of pulverized coal under various testing conditions

4.2 煤粉細(xì)度

圖3 準(zhǔn)東煤的煤粉細(xì)度Fig.3 Fineness of Zhundong coal

圖4 地煤的煤粉細(xì)度Fig.4 Fineness of local coal

圖3和圖4分別給出了準(zhǔn)東煤和地煤煤粉細(xì)度R90值的試驗(yàn)結(jié)果.由圖3可以看出，各一次風(fēng)量下，隨著磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高，準(zhǔn)東煤煤粉逐漸變細(xì)，磨煤機(jī)分離器出口溫度從70℃提高到75℃時(shí)煤粉變細(xì)的趨勢(shì)最明顯，磨煤機(jī)分離器出口溫度高于75℃后R90值減小幅度小于1%.由圖4可以看出，各工況下地煤的R90值為25%～42%，其煤粉細(xì)度整體大于準(zhǔn)東煤，且隨著磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高，當(dāng)一次風(fēng)量為70t／h時(shí)，地煤的R90值沒(méi)有呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，而是維持不變，當(dāng)一次風(fēng)量為80t／h時(shí)，煤粉卻有所變粗.

準(zhǔn)東煤的水分較多，提高干燥劑的溫度有助于磨煤機(jī)內(nèi)原煤的干燥，也有利于研磨，煤粉顆粒會(huì)在相對(duì)更干燥的環(huán)境下得到更多的碾磨，但準(zhǔn)東煤成煤年齡短，水分高使其煤粉顆粒的孔隙率比地煤大.隨著干燥劑溫度的提高，在水分蒸發(fā)過(guò)程中煤粉顆粒自爆性的作用下，煤粉更容易破碎成更小尺寸的顆粒.碾磨加強(qiáng)后使得更多的細(xì)顆粒被破碎，隨著熱風(fēng)被攜帶出去，這是煤粉逐漸偏細(xì)的主要原因.地煤煤粉顆粒的孔隙率比準(zhǔn)東煤小，隨著磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高，熱風(fēng)干燥對(duì)煤粉顆粒產(chǎn)生破碎的作用相比準(zhǔn)東煤而言不占主導(dǎo)作用，而增大碾磨出力和干燥出力占主導(dǎo)作用，小的顆粒不會(huì)再進(jìn)一步被破碎，而是被熱風(fēng)攜帶離開(kāi)筒體，故煤粉細(xì)度沒(méi)有呈現(xiàn)變小的趨勢(shì)，反而在大的一次風(fēng)量工況下，煤粉略有變粗，這是準(zhǔn)東煤和地煤煤粉樣品的主要差異.

4.3 煤粉粒度分布

圖5給出了準(zhǔn)東煤在一次風(fēng)量為70t／h和80 t／h時(shí)的煤粉粒度分布.由圖5可以看出，當(dāng)磨煤機(jī)分離器出口溫度為70℃時(shí)，2個(gè)一次風(fēng)量下的試驗(yàn)結(jié)果顯示煤粉均較粗，粒度為61～75μm的煤粉占20%以上，粒度小于61μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不到50%.當(dāng)磨煤機(jī)分離器出口溫度高于75℃后，煤粉均變細(xì)，粒度為61～75μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小至10%以?xún)?nèi)，粒度小于61μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近70%.但是當(dāng)磨煤機(jī)分離器出口溫度進(jìn)一步提高到80℃時(shí)，煤粉粒度分布幾乎不發(fā)生變化.這說(shuō)明準(zhǔn)東煤在磨煤機(jī)分離器出口溫度為70～75℃時(shí)的變化特性最明顯，煤粉粒度小于90μm的顆粒隨磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)是變小的，但磨煤機(jī)分離器出口溫度超過(guò)75℃后準(zhǔn)東煤煤粉粒度變化不再明顯.

圖5 準(zhǔn)東煤煤粉的粒度分布Fig.5 Particle size distribution of Zhundong coal

圖6給出了地煤在一次風(fēng)量為70t／h和80t／h時(shí)的粒度分布.由圖6可以看出，地煤的煤粉粒度分布沒(méi)有十分明顯的變化規(guī)律.2個(gè)一次風(fēng)量下的試驗(yàn)結(jié)果顯示磨煤機(jī)分離器出口溫度為75℃時(shí)，煤粉粒度為61～90μm時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是最大的，粒度小于61μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)是最小的；而磨煤機(jī)分離器出口溫度為68℃與80℃時(shí)，煤粉粒度在各區(qū)間段的分布較為一致.隨著磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高，一次風(fēng)量小于80t／h時(shí)，粒度小于61μm的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在磨煤機(jī)分離器出口溫度68℃時(shí)比80℃時(shí)大10%，煤粉逐漸變粗，這與準(zhǔn)東煤的結(jié)果有所不同.

圖6 地煤煤粉的粒度分布Fig.6 Particle size distribution of local coal

5 結(jié) 論

（1）在相同工況下，地煤的煤粉細(xì)度R90值均大于準(zhǔn)東煤5%以上.

（2）隨著磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高，準(zhǔn)東煤的煤粉逐漸變細(xì)，當(dāng)一次風(fēng)量為80t／h、磨煤機(jī)出力為35t／h時(shí)，R90值從23.5%減小至21%左右，當(dāng)磨煤機(jī)分離器出口溫度高于75℃后，R90值的變化幅度小于1%.地煤不存在煤粉變細(xì)的趨勢(shì).

（3）準(zhǔn)東煤煤粉粒度小于90μm的顆粒隨磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高是變細(xì)的，但是超過(guò)75℃后這個(gè)特性變化不再明顯；地煤的煤粉粒度分布沒(méi)有十分明顯的變化規(guī)律，但是隨著磨煤機(jī)分離器出口溫度的提高，煤粉沒(méi)有逐漸變細(xì).

［1］特變電工新疆硅業(yè)有限公司.350MW機(jī)組鍋爐燃用天池能源南露天礦煤鍋爐設(shè)備選型研究［R］.西安：西安熱工院有限公司，2011.

［2］楊忠燦，劉家利，何紅光.新疆準(zhǔn)東煤特性研究及其鍋爐選型［J］.熱力發(fā)電，2010，39（8）：38－44.YANG Zhongcan，LIU Jiali，HE Hongguang.Study on properties of Zhundong coal in Xinjiang region and type－selection for boilers burning this coal sort［J］.Thermal Power Generation，2010，39（8）：38－44.

［3］史永勝，盧紅玲.鍋爐摻燒高堿金屬煤的試驗(yàn)研究［J］.華北電力技術(shù)，2013，43（1）：39－42.SHI Yongsheng，LU Hongling.Research of blending combustion of boiler fueled with high alkali metal coal［J］.North China Electric Power，2013，43（1）：39－42.

［4］董明鋼.高鈉煤對(duì)鍋爐受熱面結(jié)渣、沾污和腐蝕的影響及預(yù)防措施［J］.熱力發(fā)電，2008，37（9）：35－39.DONG Minggang.Influence of high－sodium coal upon slagging，contamination，and corrosion on the heating surface of boilers［J］.Thermal Power Generation，2008，37（9）：35－39.

［5］楊忠燦，劉家利，姚偉.準(zhǔn)東煤灰沾污指標(biāo)研究［J］.潔凈煤技術(shù)，2013，19（2）：81－84.YANG Zhongcan，LIU Jiali，YAO Wei.Fouling index of Zhundong coal ash［J］.Clean Coal Techchnology，2013，19（2）：81－84.

［6］張守玉，陳川，施大鐘，等.高鈉煤燃燒利用現(xiàn)狀［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（5）：1－12.ZHANG Shouyu，CHEN Chuan，SHI Dazhong，et al.Situation of combustion utilization of high sodium coal［J］.Proceedings of the CSEE，2013，33（5）：1－12.

［7］于強(qiáng)，張健強(qiáng).燃用高鈉煤對(duì)鍋爐受熱面的影響［J］.鍋爐制造，2012（4）：4－6.YU Qiang，ZHANG Jianqiang.Effect of burning high－sodium coal on boiler heating surface［J］.Boiler Manufacturing，2012（4）：4－6.

［8］鄢曉忠，陳冬林，劉亮，等.煤粉細(xì)度對(duì)燃燒特性影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］.動(dòng)力工程，2007，27（5）：682－686.YAN Xiaozhong，CHEN Donglin，LIU Liang，et al.Experimental investigation of the influence of coal powder fineness on combustion characteristics［J］.Journal of Power Engineering，2007，27（5）：682－686.

［9］中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL／T 467—2004電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2004：25－26.