粉仓充氮装置.doc

华电能源哈尔滨热电厂掺烧防爆惰气生产及控制系统

黑龙江富奥电力技术开发有限公司

华电能源哈尔滨第三发电厂掺烧防爆惰气生产及控制系统

1、 概述
掺烧褐煤必须做好安全监测和防范措施。
哈尔滨第三发电有限责任公司参烧褐煤，煤粉仓防爆是一个重要的环节。
煤粉浓度，煤粉挥发分，煤粉细度与可燃气体共存是引起制粉系统爆炸的内部原因，系统内的积煤和积粉，磨煤机断煤运行，出口温度过高，煤粉过细，水分过低，煤粉在粉仓中积粉过久和粉仓严重漏风，氧含量过高，以及外来火源等是其外部原因。为提高参烧褐煤现场燃煤供应异常时的风险应对能力，加装褐煤掺烧惰化系统可确保运行机组安全、稳定运行，防止磨煤机及粉仓爆炸的发生。
3、 系统方案
控制系统方案
在磨煤机入口处加装氮气装置，在一定条件下进行充氮，使磨煤机内部的含氧量降低，不具备爆炸的条件。
进行充氮条件：
A、 co含量过高
B、 氧含量过高
C、 磨煤机启停车
D、 磨煤机断煤
单台炉磨煤机充氮装置控制系统原理图，如图1

煤粉仓2
压力检测
Co和o2检测装置
Co和o2检测装置
煤粉仓1
Co和o2检测装置

控制信号
充氮控制装置
机组DCS

储气罐
氮气生产系统装置>150m3/h

图1: 单台炉磨煤机充氮装置控制系统原理图
首先，从3台磨煤机出口处，抽取样气监测CO和O2的含量，信号传到DCS系统，DCS系统根据CO含量，O2含量、系统的整体状态，起停状态等，进行控制氮气生产装置和充氮。该系统需增加一个储气罐，以对3个磨煤机进行瞬间快速充氮。
4、 双进双出磨煤机系统,如图2所示
图2 双进双出磨煤机系统图
4.1双进双出磨煤机的工作原理
双进双出磨煤机具有两个完全对称的粉磨回路如图3,其工作原理如下：
原煤通过能自动控制速度的给煤机进入落煤管，靠重力的作用落入输送装置的下方，被旋转的绞笼送入磨煤机的筒体，旋转的筒体内装有一定量的钢球，把原煤研磨成煤粉。
一次风从磨煤机两侧的中空管进入磨机的筒体，对原煤和煤粉进行干燥，并将磨制好的煤粉通过绞笼体的环形通道输送到磨煤机上方的分离器中，不合格的粗煤粉返回筒体内重新粉磨，合格的细粉被送到锅炉的燃烧器。
部分一次风进入混料箱，对原煤进行充分预干燥后进入磨煤机分离器，与入磨一次风混合，共同完成对煤粉的进一步干燥和输送。

图3双进双出磨煤机原理图
4.2双进双出磨煤机控制原理
与其它形式磨煤机不同，MGS双进双出磨煤机不是通过给煤机来调节控制出力，而是靠调整通过磨煤机的一次风量进行控制。在运行中双进双出磨煤机无论负荷如何，磨内风煤比始终保持不变。这就是说在给定负荷下，如果想增减磨煤机出力，只需增减一次风量即可实现,这是MGS双进双出磨煤机的独有特点。因此双进双出磨煤机响应锅炉负荷的调节时间非常短。
恒定不变的磨内风煤比在低负荷情况下会导致输粉管道内的煤粉流速过低。为保证煤粉输送的通畅，通过附加风量（称作旁路风）保证煤粉的正常输送。
MGS双进双出磨煤机制粉系统系统的独到之处，是利用旁路风将预干燥和输粉的两个功能完美地结合起来。自动控制优化选择旁路风
另，使原煤的预干燥风能保持在需要值。旁路风具有预干燥和最终干燥的作用，它与原煤在混料箱内强烈混合，对原煤预干燥后进入分离器底部继续对煤粉进行最终干燥。煤的水份越高，优点就越突出。
4.3一次风系统
冷风经消音器后进入装有两级叶片的一次风机。一次风机出口的冷风分为两路：一路经三分仓式空气预热器的一次风侧加热至333．6。C后送到炉前热风母管；另一路冷风直接至炉前冷风母管，作为调温风。炉前设冷、热风母管，分别引出冷、热风至每台磨煤机。在引至磨煤机入口的热一次风管和冷一次风管上各装一自动调节风门，在磨煤机入口总管上装设一只一次风关断档板，起快速关断作用。
4.4 密封风、吹扫风系统
在锅炉0 m层安装有制粉系统密封专用的增压风机，2台100％容量的密封风机组成的密封风系统，以免在锅炉负荷变化时，密封气源压力受到一次风压力波动的影响。风机入口的风由一次风机出13冷风管道提供，风机出口的设计压力为14kPa。密封风系统包括下列两部分：大齿轮保护罩密封风系统(密封风进入磨煤机大齿轮保护罩，出口压力0．4 kPa，流量800 m3／h)和磨煤机密封风系统(在“v”形分配箱与磨煤机空心轴之间的动静结合部位设计有一密封盒，采用机械密封。为防止煤粉从磨煤机空心轴与分配箱枢轴管之间吹出，从密封风母管引出的密封风压力高于磨煤机内部压力4 kPa)。每台磨煤机各部位所需的密封风量：空心轴密封盒密封风量4 375矗／h；煤粉关断阀关闭时风量450m3／h，打开时风量46 m3／h；螺旋输送装置轴承的密封风风量410 m3／h；同时向给煤机提供密封风。

图4 风路系统图
5．制氮装置
变压吸附法(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)是一种新的气体分离技术，自60年代末70 年代初在国外已经得到迅速的发展，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。变压吸附部分仅制取普通氮气，一般为95%-99.999%。
5.1 PSA系统构成及PSA过程描述
PSA制氮系统主要由三部份组成：①压缩空气；②空气净化；③PSA制氮

图5 变压吸附式制氮系统图
Ø 压缩空气：空气由压缩机压缩到0.8-1.0MPa，为制氮系统提供持续稳定气流及压力。
Ø 空气净化：压缩空气经过冷干机及过滤器除去水、油份和尘埃，为后级变压吸附提供洁净的空气源。
Ø PSA制氮：装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B二只。当洁净的压缩空气进入A塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，A塔自动停止吸附，压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，并对A塔分子筛进行再生。
Ø 分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的。两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气进入氮气储罐。上述过程均由PLC和程控阀来实现。
PSA技术特点
1、原料空气取自自然，只需提供压缩空气和电源即可制氮气。设备能耗低，运行成本费用少。
2、氮气纯度调整方便，氮气纯度只受氮气排气量的影响，普通制氮纯度在95%－99.999%之间任意调节。
3、设备自动化程度高，产气快，可实现无人操作。启动、关机只需按一下按钮，开机10－30分钟内可产氮气。
4、设备工艺流程简单，设备结构外形小，占地面积少。设备装置适应性强。
PSA设备可24小时运转，无须专人看管，输出高纯度的氮气比市场的液态氮及钢瓶氮的纯度更纯净、更稳定。
5、 采用日本新型节能分子筛节能30%以上。

图6 节能分子筛
1). 各单元设备之间的管道连接由需方负责，供方提供安装指导；
2). 设备安装所需厂房由需方负责建设，供方提供相关参数及要求；
3). 需方负责设备卸车及就位并将设备用电连接到各设备；
4). 安装现场应清洁、平整，吊车或叉车容易到达幷进行安装；
5). 安装现场环境温度为5～40℃，相对湿度35～90%；
空压机风管、厂房通风设施由需方负责，供方提供相关参数及要求；
6). 安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀性气体，通风良好；
每套装置
序号
项目
型号
规格
1
空压机
GA75-10P
13 m3/min
2
空气缓冲罐
1.5m3

3
冷干机
HAD-13HTF

4
制氮装置（含4级过滤器、除油器、2个工艺罐等）
NC295-200B

6．系统实施方案
根据哈热的磨煤机技术资料和图纸双进双出磨煤机为MGS-4060 （BBD-4060）。
筒体有效直径 3950 mm；
筒体有效长度 6140 mm；
筒体转速16.6 60r/min；
标准出力60吨；
主电动机功率1400kw。
根据计算得：磨煤机的本体容积约75.5m2 ，加上各部管路合计约100 m2，因此应用生产氮气装置应为150m3/hr—200 m3/hr，同时由于带3个磨煤机，必须加装储气罐（约10 m2），氮气生产装置的出口管路为1.5”管。储气罐压力为5-7kg，这里设计为7kg。
氮气充气管路加装在一次风管路上冷热风混合管路上。
当启机或停机时关闭一次风的冷、热风门，关闭旁路风门，关闭磨煤机出口挡板，关闭给煤机挡板，打开充氮阀门，迅速充氮，15分钟左右时间即可充满氮气，此时监控含氧量值。当含氧量低于8%以下时为充氮气满足要求。(大气中的含氧量为21%左右)。当含氧量大于10%时，还可以通过旁路风门进行充氮。

黑龙江富奥电力技术开发有限公司 8

磨煤机出口挡板

氮气充气位置

充氮气电动阀
充氮气电动阀
充氮气电动阀

给煤机挡板
一次冷风门挡板
一次冷风门挡板
一次冷风门挡板

一次热风门挡板

图7 氮气管路加装位置图

氮气气路Φ100-150mm。
7．充氮控制装置
完成对氮气生产、储气罐、磨煤机的联合控制。
该控制装置是由一个PLC组成，由PLC根据现场的具体条件进行控制，监测储气罐的压力、温度，根据压力控制制氮装置的启停，同时控制空气压缩机的启停。
控制装置有显示屏，实时显示制氮机组的工作状态，系统指令可以由DCS发出，也可以由此发出。
系统设备清单及报价
序号
项目
型号
数量
单价
合计
1
空压机13 m3/min
GA75-10P
1
18.5
18.5
2
空气缓冲罐
1.5m3
1
2.8
2.8
3
冷干机
HAD-13HTF
1
7.5
7.5
4
制氮装置（含4级过滤器、除油器、2个工艺罐等）
NC295-200B
1
47.5
47.5
5
储气罐（10m3）
15kg压力
1
3.5
3.5
6
压力变送器

1
0.45
0.45
7
温度变送器

1
0.15
0.15
8
电动阀Φ100
每台磨2个
6
1.8
10.8
9
控制柜

1
2
2
10
管路

若干
6
6
11
安装费

8
8
12
土建费

3
3
13
电缆

5
5
14
设计费

3
3

118.2