近年來，許多發電企業的電煤供應受到不同程度的沖擊。清河發電廠在2004年6月曾因儲煤量降至歷史最低點，使3臺機組被迫停機。電廠為了解決電煤供應緊張的問題，決定最大限度地摻燒褐煤。
在中儲式制粉系統鍋爐中摻燒褐煤，是鍋爐燃燒和制粉系統的一項重大改造，要求燃燒和制粉系統對混合煤種具有很強的通用性。特別是在采用熱風干燥方式的制粉系統鍋爐中摻燒褐煤，極易發生自燃、著火，甚至是爆炸，安全問題顯得尤為突出。
為了增加制粉系統運行的安全性，采用在制粉系統上增加抽爐煙系統的改造方案，擬采用“熱風+熱爐煙”的干燥方式。通過向制粉系統摻人熱爐煙，改變干燥介質的成分，降低制粉系統末端的含氧質量分數在16%以下，以滿足褐煤的防爆要求，并達到摻燒褐煤比例50%的目標。通過理論計算和系統分析，確定出最佳的改造方案。
1、設備概況
清河發電廠7號爐為前蘇聯制造的En-670/140型超高壓、中間再熱自然循環煤粉爐。鍋爐采用雙爐膛結構，燃燒方式為墻式燃燒，16支雙蝸殼旋流燃燒器，布置在兩側墻上。爐膛出口后分為4個煙道，省煤器與空氣預熱器交錯布置在鍋爐尾部豎井內。配置鋼球磨煤機乏氣送粉中儲式制粉系統，磨煤機、排粉風機各2臺：磨煤機為III6M-370/850型，出力67.3t/h；排粉風機型號為BM-240，出力164 000 m3/h。設計煤種為鐵法煙煤，煤質水分18%，干燥無灰基揮發分40%，發熱量17 165 kj/kg，與霍林河褐煤的煤質比較接近，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
輸煤系統設計2套皮帶機，1套運行，1套備用。采用卸煤溝葉輪給煤機或煤廠斗輪機進行配煤。
2、改造方案
2.1 改造原則
(1)制粉系統滿足褐煤防爆要求，氧質量分數控制在16%以下。根據哈爾濱成套研究所相關試驗表明，當制粉系統末端氧質量分數水平低于16%時，才會對防止霍林河褐煤的爆炸有明顯效果。
(2)保證制粉系統具有摻燒50%褐煤的干燥能力。
(3)充分利用現有設備，盡量減少改造工作量，節省成本。
2.2改造方案
鑒于國內已有用爐底熱爐煙或省煤器入口熱爐煙作為中儲式制粉系統干燥介質的成功先例，在不增設抽煙風機的前提下，充分利用該爐排粉風機具有的風壓裕量，利用磨煤機入口負壓與抽吸點之間的壓差抽吸熱爐煙，摻人制粉系統中。方案一：抽吸點選擇在省煤器入口；方案二：抽吸點選擇在轉向室。
熱爐煙管道選用低合金管材，因為熱爐煙抽吸點處的煙溫較高，如果采用普通碳鋼管材，管壁容易超溫。熱爐煙管道風速選取15—16 m/s，并且管道的布置應盡量減少水平管道長度，以防止管內積灰。方案一煙道開孔尺寸應設計大一些，以降低抽煙口處的局部阻力，避免出現省煤器的局部磨損。
2.3改造方案計算
在制粉系統計算中，磨煤機最佳出力為67.3t/h、最佳通風量為161 672 m3/h．制粉系統末端溫度為60℃。方案一抽吸點處負壓-330 Pa，煙溫480℃，過量空氣系數1.3；方案二抽吸點處負壓-120 Pa，煙溫520℃，過量空氣系數1.3。煤質按褐煤50%、煙煤50%混配，混配煤質主要特性見表1，計算結果見表2。
2.4排粉風機裕量試驗
如果熱爐煙管道系統阻力小，制粉系統的調整裕度就大，能夠保證抽吸足夠的熱爐煙，可有效降低制粉系統氧的質量分數。若系統阻力過大，只能抽吸少量的熱爐煙，制粉系統的惰性氣體質量分數小，就達不到褐煤防爆要求，因此必須做排粉風機裕量試驗，試驗結果見表3。
由表3可知，磨煤機在額定出力下，當再循環門關閉、熱風門及溫風門開度適當時，隨著排粉風機入口擋板開度增大，制粉系統的通風量及磨煤機入口負壓顯著增加，說明排粉風機風壓仍有一定裕量。第2、3工況磨煤機的通風量均高于正常運行時的數值，人口負壓均能達到約-750 Pa，能夠滿足改造方案中磨煤機入口負壓的要求。
2.5方案對比分析
(1)提高制粉系統的干燥出力。正常運行時磨煤機人口負壓約-500 Pa，能夠滿足方案二的要求。方案二磨煤機入口負壓為-505 Pa，方案一磨煤機入口負壓為-612 Pa，前者比后者低107 Pa。可見，方案二能夠降低制粉系統的漏風，進一步減少對制粉系統干燥出力的影響。
(2)提高系統運行的安全性。方案二抽煙口負壓為-120 Pa，比方案一抽煙口處負壓低，當制粉系統停運時，煙氣沿抽爐煙管道倒吸的能力下降，因此方案二的運行安全性更高。
(3)抽取煙氣處沒有受熱面，避免受熱面磨損。與方案一相比，方案二熱煙氣的抽吸點處沒有其他受熱面，可避免因抽吸煙氣所帶來的煙氣流場分布不均導致其他受熱面的磨損問題。
(4)抽取煙氣處空間位置較理想。方案二熱煙氣的抽吸點位于轉向室處，管道布置不受其他設備影響，空間位置較理想，可靈活布置。方案一抽煙口處空間有限，僅為1.5～3m，管道布置有一定的難度，而且現場保溫困難。
由于方案二比方案一的抽吸點約高5m，改造投資略高。綜合以上對比分析，選擇方案二作為最佳改造方案，投資預算約120萬元。
2.6重點說明
(1)不影響燃料的著火和燃燒。經計算，方案二在額定負荷下摻燒50%的褐煤時，一次風率為33%，折合成21%氧質量分數的一次風率為26%，大于按氧質量分數計算的最低一次風率25%，故不影響燃料的著火和燃燒。
(2)磨煤機出力滿足鍋爐額定負荷下的燃煤量。經計算可知，2套制粉系統出力134.6 tjh略低于額定負荷下摻燒50%褐煤的燃煤量136.8 t/h，但由于磨煤機出力具有1.1的裕量系數，在運行中可通過調整制粉系統以增加其出力，所以}昆配褐煤后，制粉系統總出力能達140t/h以上，磨煤機出力仍能滿足鍋爐額定負荷下的燃煤量。
(3)混煤灰渣量沒有增加。經計算，方案二在額定負荷下摻燒50%的褐煤所需燃煤量136.8t/h，比原設計煤量121 t/h增加15.8t/h；產生灰量28 t/h，與原設計單燒煙煤灰量29 t/h減少1t/h，因此燃用混煤后產生的灰渣量對鍋爐電除塵器系統、除渣系統的運行不會造成影響。
(4)對運行參數的影響。從混燒30%褐煤的試驗情況看，鍋爐燃燒狀況正常，無嚴重結焦現象，鍋爐的汽水系統參數、風煙系統參數沒有發生明顯變化。其主要原因：一方面爐膛出口煙溫有所降低，例如，在額定負荷下爐膛出口溫度與單燒煙煤時相比，平均降低約30℃；另一方面，由于混煤發熱量較低，送入鍋爐的燃料量增加，煙速和煙氣量隨之增加，在輻射和對流特性的共同作用下，汽水系統的參數和減溫水量無明顯變化。
經計算，當摻燒50%褐煤時，由于鍋爐燃煤量增加，相應的煙氣量也增加，再加上隨制粉系統進行循環的煙氣成分，在額定負荷下的煙氣量比單燒煙煤時增加了9%。由于鍋爐原設計鐵法煙煤與霍林河褐煤的煤質比較接近，鍋爐的爐膛容積熱負荷以及燃燼區高度比較合適，可以預計，摻混50%褐煤后鍋爐仍將具有對主、再熱蒸汽參數的調節能力，不會對正常運行產生影響。
(5)對尾部受熱面的影響。經計算，方案二在鍋爐額定負荷下每個煙道抽取的煙氣量為31 328 m3/h(520℃)，占鍋爐單燒煙煤所產生總煙氣量的5.4%，混燒50%褐煤后煙氣量又比單燒煙煤時增加3.6%，總體上將會使通過尾部受熱面的煙氣量減少1.8%，對抽取點以后的各受熱面的參數無明顯影響。經計算省煤器入口水溫降低約1℃，空氣預熱器排煙溫度降低約1.2℃，熱空氣出口溫度降低約1.7℃。調節受熱面以后的煙氣流速將降低0.14 m/s，將會減輕省煤器的磨損，延長省煤器的壽命。
(6)磨煤機出口溫度控制。經計算，制粉系統露點溫度為49.5℃，因此在混配褐煤時，磨煤機出口溫度必須高出露點溫度5℃即保持在55℃以上，避免煤粉粘結在粉倉壁上發生自燃和爆炸。
3、結語
經理論計算和系統分析，在鍋爐轉向室抽取熱爐煙摻入制粉系統這種改造方案是可行的，該方案與制粉系統啟停時的安全措施結合起來，能夠滿足制粉系統在各種運行工況下的防爆要求。該方案若能順利實施，將為同類型鍋爐的改造提供新的思路，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
相關生物質鍋爐顆粒機產品：
1、生物質壁爐
2、秸稈顆粒機
3、木屑顆粒機
