国华锦界电厂磨煤机石子煤排放系统改造项目.doc

关于石子煤排放系统改造的申请书

我厂磨煤机石子煤排放系统目前是全厂劳动强度最大、煤尘污染最严重、对员工呼吸系统危害最明显、整体自动化限度最低的系统，急需改造。
本文一方面结合我厂#1机组6台磨煤机近两个月的运营实测数据，对本系统的利弊进行了总结分析；然后综述并分析了目前各发电厂对中速碗式磨煤机排煤系统改造的典型方案，特别对国华定洲电厂的改造实例进行了详实的数据分析；最后，结合我厂实际，提出了三条改造方案，以供参考。

（注：本文所有数据均以#1机组为例）
目录
一、系统概况 3
（1）石子煤排放系统 3
（2）石子煤排放方式 3
（3）石子煤排放率计算 4
4）石子煤成分分析 5
(5) 石子煤着火时排放系统的温度分布 6
二、目前我厂石子煤排放存在问题及因素分析 7
(1)严重煤尘污染引起的人身及设备危害： 7
(2) 火灾的威胁 9
(3)运送中的污染 10
(4)石子煤收集箱的设计缺陷 10
三、目前主流的石子煤排放装置分析（中速碗式磨） 11
（1）水力输送 11
（2）振动输送+胶带输送机输送 11
（3）螺旋输送机输送 12
（4）埋刮板输送机输送 12
（5）负压气力输送 12
（6）正压气力输送 13
（7）封闭式石子煤机械清运 13
（8）等压排放密封收集装置 13
（9）人工清运 14
四、国华定洲电厂改造实例 14
五、我厂的石子煤排放装置改造（变更）方案探究 15
（1）外包排放任务，维持人工排放 15
（2）改造为等压密封排放系统 16
Ⅰ）石子煤等压排放密封收集装置概况 16
Ⅱ）改造后的效果 17
（3）节能叶轮改造及石子煤排放系统改造的综合升级方案 17
参考文献 19

一、系统概况
　 我厂#1炉600MW机组采用中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，每台炉配6台HP-1003型中速磨煤机(上海重型机器厂产品)，燃烧设计煤种时，5台运营，1台备用。　　
（1）石子煤排放系统
每台磨煤机设立一套排放装置(为上海重型机器厂配套设计提供)，由：排放口、排放管道、石子煤收集箱进口门、石子煤收集箱、石子煤收集箱出口门、敞开式石子煤斗。
该石子煤收集箱进、出口门为DN250 PN1.6MPa气动插板门,在现场由控制按钮启闭操作;石子煤收集箱容积约在0.18m3；敞开式石子煤斗为长1.2m、高0.57m、宽1.1m/2，斜度42°，为不规则斜斗设计，等效容积约0.48m3。另配2t叉车一台，用于石子煤斗的就位、拖出及运送。
（2）石子煤排放方式
HP1003磨煤机的石子煤系统采用人工清理方式，每台磨煤机配1个固定石子煤斗，每炉共6台，每炉配2个活动石子煤斗。固定石子煤斗和活动石子煤斗有效容积均为1m3（实际计算大约为0.48m³），设备均布置在0m平台，石子煤排放到活动石子煤斗后用叉车将活动石子煤斗叉起，运至锅炉房外。在固定石子煤斗的进口及排出口各配带一个气动排石子煤闸阀，用于石子煤的排放，每台磨煤机就地配带一个就地控制箱，用于石子煤系统的阀门操作，便于石子煤的人工排放。（磨煤机部分设计值见表1）

表1：磨煤机设计值摘录

（3）石子煤排放率计算
【设计排放率】
取磨煤机磨损后的最大出力65.3t/h,计算最小的石子煤排放率
【实测排放率】
以#1炉D磨煤机实际运营情况记录，取80%出力，即48T/h，取2023kg/m³，移动石子煤斗有效体积取0.48m³，实际测得石子煤排率，即80%出力时每两小时石子煤为0.48t，也即半斗石子煤。实际运营比设计值大了8倍！（具体测量过程见图1）
图1：石子煤斗容积计算及石子煤排放量测量
（4）石子煤成分分析
石子煤一般为原煤中的石块、煤矸石和运送中混入的杂质等硬度大、热值低不利于磨煤机运营和燃烧的颗粒物。但是通过#1炉石子煤的外观、硬度、颜色、大小、着火性的因素分析，部分磨的石子煤中明显存在不少原煤成分，导致了极大地热值浪费。有关结论还待进行石子煤成分的热值分析及其理化特性实验。图2为B磨石子煤结焦内容物，明显存在原煤和高热值成分。

图2：石子煤结焦着火时典型内容物
(5)石子煤着火时排放系统的温度分布

上图是#1炉B磨石子煤着火时的典型温度分布图，从图中可以看出，石子煤着火后，温度最高点出现在一次气动门入口管道处，可以判断火灶就在此处，也可以判断此处一定具有着火三要素：着火温度、助燃物质和燃烧物。
磨入口混合风温在250℃（规程规定磨入口风温不超230℃），高氧高温空气通过石子煤排放通道漏风流通后可以达成80~120℃，虽不能稳定可靠得达成煤炭的着火点（挥发分最高的褐煤着火点也在270℃），但是炭质在和高温空气接触时会不断被氧化，氧化时散发热量，相对封闭的空间内，热量积聚便会使局部自燃，加之煤中夹杂着木屑、棉絮、橡胶、塑料、粉尘等低燃点物质，自燃在所难免，进而导致并不纯粹的石子煤着火。
运营数据也表白煤质和石子煤排放量以及着火难易性关联很大。
二、目前我厂石子煤排放存在问题及因素分析
　　按照石子煤排放装置设计标准，本系统结构简朴，操作快捷方便。但随着运营时间增长，设备磨损以及煤质变化，目前，实际运营与原设计数据相差甚远，石子煤量均远大于设计值（最高例已达成设计值的8倍之多），且出入口阀门磨损漏风引起的煤尘喷溅，带来了极其严重的污染以及安全隐患，使该石子煤排放装置已经不能满足现场“本安绿色”的生产规定了。
(1)严重煤尘污染引起的人身及设备危害：
石子煤排放装置长周期运营导致出入气动阀门磨损严重，普遍漏风，石子煤排放时，在较大气压的冲击下，煤灰喷溅，现场环境污染严重，煤尘有效污染空间能达成，运营人员操作区域煤尘峰值浓度达成----，呼吸性岩尘接触浓度目前无条件测量（粉尘中游离二氧化硅危害更甚）；排放现场经常是煤尘滚滚、乌烟瘴气，煤气味呛人的恶劣条件，严重影响现场人员的身心健康。
特别是部分磨煤机刮板室的结构缺陷，导致石子煤刮板室落渣口结渣（有些是入口气门前法兰处结渣）、加之高氧通风条件，着火现象频发（比如#1炉B磨，今年上半年累计着火不小于10次），缺氧燃烧导致的一氧化碳、硫化物等有毒气体以及紧急排放时滚烫的火球，严重威胁着运营人员的生命安全（见图3）。

图3：石子煤着火
同时飞扬的煤尘，加剧着附近设备的磨损、腐锈限度(见图4)，特别是磨煤机油系统，同时时刻影响着文明生产。　

图4：煤尘污染实例
(2) 火灾的威胁
由于石子煤斗为敞开式，高温石子煤露天推挤，表层温度一般在70~90℃，夹杂着煤粉、木屑、橡胶制品的石子煤，自燃隐患大。正常运营中，石子煤排放出口门稍有不严密（目前多数不严密），就会形成高温高氧气体的连续流通，在排放系统内达成一定的可燃元素(C、H)和温度时，就引起自燃或燃烧，发生排放口结炭及排放管烧红变形现象，损坏设备（目前B、C磨石子煤收集箱落煤管已烧红掉漆，外观腐锈）。此外飞溅的火星是现场火灾发生的危险源，一旦碰上易燃品，就会引起现场火灾的发生。危险裸露且不加治理的火源，非常不符合本安体系建设。
(3)运送中的污染
由于活动石子煤斗为敞开式，只要稍微装满一点，就会在运送过程中一路散落，且经运送车辆轮子的滚压，很难清理干净，保洁人员每班清扫2次，费水费时，竟也难以达成公司文明生产的规定。
(4)石子煤收集箱的设计缺陷
由于石子煤排放装置设立了中间石子煤收集箱，排放通道的倾斜角度偏小，加之延长了自然排放的管程距离，引起石子煤排放不畅，石子煤收集箱永远积存着厚厚的石子煤，经常需人工进行扒出，增长了维护人员的工作量和劳动强度。在煤质变化，石子煤较多时，威胁着石子煤的正常排放。
石子煤收集箱容积小(0.18m3)，导致排放频繁，加快了进、出口关断门的磨损，并且增长了阀门启、闭的气耗。

表2：石子煤排放系统重要危害点记录
危害源
危害方式
产生方式
因素
粉尘、岩灰
呼吸、表面接触
石子煤排放
敞口排放
一氧化碳、硫化物
呼吸
石子煤缺氧自然
出入口气动门漏风
火球
烫伤、火灾
刮板室设计缺陷导致石子煤斗着火
刮板室、风环设计缺陷
粉尘大颗粒
对临近设备的磨损、腐锈
石子煤排放
敞口排放
落地煤尘
地面污染
煤尘飞扬、敞口运送
敞口排放
三、目前主流的石子煤排放装置分析（中速碗式磨）
　　目前火力(燃煤)发电厂中，磨煤机石子煤的排放方式较多。以下对磨煤机石子煤的重要排放方式分析如下：
（1）水力输送
　　用高压水通过管道将石子煤输送到捞渣机再用车运送到石子煤堆放场或用高压水将石子煤输送到渣池或脱水仓，脱水后用车运走。
　　该方式系统结构复杂，占地面积大，需大量用水，导致水源一次污染;运营中易发生管道堵塞、难于疏通，运营和维护成本高。
（2）振动输送+胶带输送机输送
　　石子煤由磨煤机排入煤斗下的振动输送机，在振动电动机的带动下，均匀地进入胶带输送机，将石子煤提高到一定高度，排入石子煤仓，然后用车运走。
　　该方式系统结构也较复杂，运营中振动输送机易发生堵塞故障，皮带输送机密封较为困难，易发生粉尘污染问题，运营和维护成本较高。
（3）螺旋输送机输送
　　石子煤由磨煤机排入石子煤斗，通过石子煤斗下部连接管道进入螺旋输送机，由螺旋输送机将石子煤运至锅炉端部处的斗链提高机入口，再由斗链提高机提高至石子煤仓，然后用车运走。
　　该方式较为可靠、密封好、扬尘较少。但系统结构也较复杂，设备磨损大，出现故障时，故障难点难于找到，抢修时间较长，运营和维护成本较高。
（4）埋刮板输送机输送
　　由斗链提高机将石子煤箱内的石子煤提高到一定高度后，送入埋刮板输送机输送到石子煤仓，然后用车运走。
　　该方式密封好、扬尘较少。但系统结构较复杂，设备磨损大，易发生埋刮板机断链、斗轮提高机因落料堵塞跳闸等故障，运营和维护成本较高。
（5）负压气力输送
　　采用真空气力输送。它由石子煤收集箱、给料机构、气力加速室、输送管、真空泵、石子煤仓、脉冲反吹式除尘器、负荷释放阀组成。由真空泵提供真空产生吸引力，运用高速气流输送和清理石子煤;然后用车运走。
　　该方式密封好、无扬尘污染。但系统结构复杂，管道磨损快，真空泵噪音大，运营和维护成本较高。
（6）正压气力输送
　　由石子煤收集箱、仓泵、输送管路、石子煤仓、布袋除尘器等组成。以压缩空气为输送介质，运用压缩空气的静压和动压将石子煤送到终端石子煤仓，再用车运走。
　　该方式密封好、现场无扬尘污染，与负压气力输送相比，输送速度低、输送距离长、管道磨损小。但系统结构较复杂，规定磨煤机底部空间较大，需用一定的压缩空气，运营成本较高。
（7）封闭式石子煤机械清运
　　该系统涉及由全封闭式双闸板门、石子煤临时储存斗、封闭式石子煤刮板机、斗式提高机(可选)、负压除尘装置(或喷淋降尘装置)、钢制石子煤仓、全自动控制系统等组成。
　　工艺流程：磨煤机→石子煤斗入口阀(全封闭双闸板阀)→石子煤斗→石子煤斗出口阀(全封闭双闸板阀)→封闭式石子煤刮板机→负压除尘装置(或喷淋降尘装置)→斗式提高机(可选)→钢制石子煤仓→运送车辆。
　　该系统密闭性好，现场无扬尘污染。但由于石子煤斗容积小，进、出口门开、关频繁，易发生缺陷，煤刮板机易磨损，运营和维护成本较高。
（8）等压排放密封收集装置
　　该装置由一次门、变径管、二次门、密封舱组件和石子煤斗组成。正常运营中，一次门、二次门启动，泄压阀关闭，密封舱断面密封环关闭;当石子煤斗装满后，先关闭一次门，再开二次门，启动泄压阀泄压，然后启动密封环(向上抬升50mm)，再由叉车直接运至堆放场地，运用叉车能旋转360度的叉脚将斗 内石子煤倾倒掉。
　　等压排放密封收集装置较简朴、改造费用较少(一台600MW级机组约100万元左右)，运营维修费用较少，密封性规定高，目前较为常见。
上述各排放方式的改造投资，按一台600MW级机组为例，需在250—300万元左右。
（9）人工清运
　　人工定期将石子煤从石子煤箱内排出，然后再用小推车运走。
该方式简朴、投资少、运营维修费用少。但工人劳动强度大，潜在火种源，敞口操作污染严重，严重危害运营人员身体健康；在燃煤煤质差、石子煤量大时，不能满足安全生产需要。
四、国华定洲电厂改造实例
2023年上半年该厂完毕了3、4号机组的超低排放改造，实现了磨煤机石子煤零排放。
实验结果表白，在机组燃煤1万吨情况下，石子煤排量为887公斤，石子煤排放率为0.08615‰，同比改造前下降了58倍，我厂目前在5‰的水平，比之大58倍!
定洲电厂3、4号机组属于正压直吹中速制粉系统，磨煤机采用HP1003型磨煤机，定洲电厂石子煤排量最大时达成6‰，且颗粒度较大，不利于锅炉燃烧。
为解决上述问题，在2023年终3、4号机组绿色发电超低排放改造中，定洲电厂按计划实行了两台66 万千瓦机组的磨煤机进行节能叶轮改造及石子煤负压排放系统改造，达成了HP磨煤机石子煤零排放的目的。改造后，通过国网河北省电力公司电力科学研究院进行的磨煤机节能叶轮改造分析实验表白，改造后的磨煤机石子煤排放量下降显著，在机组燃煤1万吨情况下，石子煤排量为887公斤，石子煤排放率为 0.08615‰，同比改造前下降了58倍，再回收掺烧，使机组全年折合标煤可节省1500吨。
五、我厂石子煤排放装置改造方案探究
（1）外包排放任务，维持人工排放
建议将此项工作承包给磨煤机维护或者雇员（保洁）等，专人专责。磨煤机维护人员对设备结构熟悉，作业工具齐全，一旦发生煤斗着火、落口结渣，可在第一时间有效解决。
可行性：此排放系统操作简朴、对制粉系统无影响，具有外包的安全性；就地/远方均装有“物料高”报警灯，DCS可准确查询排放次数，DCS还可监视出入口阀门状态，加之就地集控巡检巡回检查，石子煤排放在严格的监视之下，外包完全是可行的。
优势：巡操人员每班仅排煤操作大约需70分钟（不涉及磨的启停巡操、给煤机的巡检任务），外包后，可把集控巡检从无技术含量、纯粹的高强度体力劳动中解放出来，这是对人力资源的尊重。并且外包后，对吸纳本地就业、提高外包人员收入都是有益的。
（2）改造为等压密封排放系统
“石子煤等压排放密封装置”排放方案投资少、效果好，是中速磨煤机石子煤排放方案中目前较为主流的改造方案。　
Ⅰ）石子煤等压排放密封收集装置概况
该装置由一次门、变径管、二次门、密封舱组件和石子煤斗组成。正常运营中，一次门、二次门启动，泄压阀关闭，密封舱断面密封环关闭;当石子煤斗装满后，先关闭一次门，再开二次门，启动泄压阀泄压，然后启动密封环(向上抬升50mm)，再由叉车直接运至堆放场地，运用叉车能旋转360度的叉脚将斗内石子煤倾倒掉。图5为此改造方案的示意图。

图5：石子煤等压排放密封收集装置系统示意图
　Ⅱ）改造后的效果
①环境卫生得到了彻底的改善，无扬尘飞灰；
②操作简朴方便，使用安全可靠，极大地改善了运营人员的劳动强度；
③消除了石子煤的燃烧现象，减少了资源的浪费；

④运营成本小。只需少量的用气量(关断阀所需)及油耗(叉车运送所耗)，无需用水喷淋及减少了地面的水冲洗(全年节水约300t);
⑤维修量小，维修费用少。
⑥投资小(按一台600MW等级机组为例，投资在100万元以内； 要比其他石子煤排放方式少2.5倍以上)。
（3）节能叶轮改造及石子煤排放系统改造的综合升级方案
石子煤排放量大、石子煤热值高这些只是表象，磨煤机内部的结构设计缺陷才是根结所在。只有彻底根治石子煤量大的问题，提高磨煤机效率才是上策。
有关学者通过对HP中速磨各运营参数（一次风量、出口温度、磨辊加载力等因素）对石子煤排放量的研究，得出了影响石子煤排放的关键因素为一次风量/风环出口风速。通过对风环结构（风环动静间隙、风环流通区域宽度及面积、增长风环导流板）的改造，可以改变风环和动静间隙之间的风量分派规律、风环出口风速、内部阻力和石子煤排放量，并且形成了成熟的对碗式中速磨的节能改造方案。
此改造方案大体思绪是：控制风环动静间隙的宽度、减小风环流通面积、将风环流通位置移至外侧，在节流环下增长导流板。图6为改造示意。

图6 风环改造示意图
此方案在600MW机组上已取得的实验数据：能将风环出口风速由40米每秒左右增长至75米每秒左右，正常给煤量下的石子煤排放率最高下降97.49％，平均降幅在80％左右，排放率由5‰下降至0.5‰以内，磨碗差压增长0.79kpa
非石子煤再回收掺烧后，按此方案数据计算，我厂四台机组完全改造后，按照5000运用小时算，每年可节约原煤2.16万吨，按市场煤价，可节约近850万元/年。

参考文献
[1]高贤亮等，神华国华锦能·600MW机组集控运营规程[M]，GHFD-04-01/JJ，2023.
[2]神华国华定洲电厂成功实现磨煤机石子煤零排放[E], ,2023
[3]神华国华锦能·培训教材（上册）[M],2023
[4] 成理帅，中速磨煤机石子煤排放优化研究[J],浙江大学，2023
[5] 钮建新，中速磨煤机石子煤排放的最佳方式[J], 第四届热电联产节能降耗新技术研讨会论文集,2023
[6]上海重型机械厂， HP磨煤机使用说明书[M]，1993