楊博，林鴻，孫偉鵬，林堅輝

(華能海門電廠，廣東省汕頭市，515132)

0 引言

華能海門電廠(2×1 036 MW)采用DG3000/ 26.25－Ⅱ1型，超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，其結(jié)構(gòu)形式為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊∏型。設(shè)計煤種、校核煤種為神府東勝煙煤，校核煤種1為50％神府東勝煙煤+50％澳大利亞蒙托煤，校核煤種2為山西晉北煙煤，鍋爐除了燃燒設(shè)計煤種和校核煤種以外，還能單獨燃燒蒙托煤以及蒙托煤與晉北煤的混煤。鍋爐出口蒸汽參數(shù)為26.25 MPa/605℃/603℃，汽機入口參數(shù)為25.0 MPa/600℃/600℃。汽機額定功率為1 000 MW，對應(yīng)汽機閥全開(valve wide-open，VWO)工況的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為3 033 t/h。采用中速磨煤機冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。每臺鍋爐配置6臺上海重型機械廠生產(chǎn)的HP1203/Dyn型磨煤機，每臺磨煤機配1臺電子稱重皮帶式給煤機。煤粉細度R90為16％～20％，均勻性指數(shù)為1.0～1.1。磨煤機用設(shè)計煤種的設(shè)計最大出力為111 t/h，計算出力為75.12 t/h。經(jīng)過初步破碎的原煤通過輸煤皮帶送到原煤斗，經(jīng)過原煤插板后落到稱重皮帶式給煤機。給煤機根據(jù)機組負荷指令調(diào)節(jié)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速來達到調(diào)節(jié)進入磨煤機的煤量。原煤進入磨煤機后在磨輥的碾壓下破碎，在向磨盤邊緣移動的過程中被進入磨煤機后通過風(fēng)環(huán)旋轉(zhuǎn)的一次風(fēng)攜帶上升。在磨煤機本體中煤粉被加熱干燥和分離后，細度合格的煤粉由磨煤機出口的48根煤粉管道送出(至燃燒器前進入8個燃燒器)，粒度較大的煤粉落入磨盤繼續(xù)被破碎，每根煤粉管分成2路送往相應(yīng)的燃燒器。

該廠1、2號爐從投產(chǎn)以來燃燒的煤質(zhì)變化較大，對鍋爐燃燒和制粉系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟性帶來不利影響，連續(xù)出現(xiàn)幾次磨煤機堵煤、制粉系統(tǒng)爆燃、磨煤機滅火等現(xiàn)象。為此與西安熱工院共同進行了燃燒調(diào)整試驗，對東方鍋爐廠DG3000/26.25－Ⅱ1型鍋爐制粉系統(tǒng)燃燒不同煤種時的運行情況進行研究，提出了解決辦法。

1 燃燒調(diào)整試驗的目的

本次試驗的主要目的在于尋求較高比例低熱值印尼煤摻燒工況下，適合鍋爐安全、經(jīng)濟、環(huán)保運行的最佳運行參數(shù)。由于現(xiàn)場條件復(fù)雜，入爐煤種遠偏離設(shè)計煤種，試驗期間不斷發(fā)現(xiàn)由煤種適應(yīng)性引發(fā)的燃燒問題、制粉系統(tǒng)安全和經(jīng)濟問題。試驗的具體目標是找出鍋爐存在的問題，重點是制粉系統(tǒng)存在的問題；確定鍋爐對低熱值印尼煤摻燒的適應(yīng)性；確定鍋爐合適的燃煤特性［1］。

以下基于該電廠2號鍋爐一次風(fēng)量標定結(jié)果、制粉系統(tǒng)測試結(jié)果以及摻燒印尼煤時各工況的調(diào)整變化對鍋爐的燃燒特性作詳細分析。

2 一次風(fēng)量標定以及一次風(fēng)參數(shù)控制

2.1 磨煤機入口風(fēng)量標定系數(shù)

磨煤機一次風(fēng)量的精確標定是整個制粉系統(tǒng)調(diào)整以及燃燒調(diào)整的前提和基礎(chǔ)，在燃燒調(diào)整試驗開始前，對2號鍋爐磨煤機入口一次風(fēng)量進行了熱態(tài)標定。

在大、中、小3種風(fēng)量(工況1、2、3)下，于磨煤機入口用S型畢托管按等截面網(wǎng)格法逐點測量斷面各點風(fēng)速和溫度，同時記錄表盤風(fēng)量，最終計算獲得磨煤機入口一次風(fēng)流量系數(shù)［2］。風(fēng)量標定結(jié)果見表1(表1列出了本次標定的6臺磨煤機其中3臺的參數(shù))。通過標定結(jié)果可以看出，各臺磨煤機的表盤風(fēng)量與實際風(fēng)量均有一定的偏差，表盤風(fēng)量整體上低于實測風(fēng)量。其中A磨煤機的表盤風(fēng)量和實測風(fēng)量相差較大，流量系數(shù)為1.48，其他幾臺磨煤機的流量系數(shù)為1.09～1.16。

不同工況下，各臺磨煤機一次風(fēng)流量系數(shù)比較接近，不同風(fēng)量下風(fēng)量系數(shù)最大相對偏差均小于5％，流量裝置的線性良好。

通過風(fēng)量標定系數(shù)的修正，表盤風(fēng)量更真實地反映實際風(fēng)量，可作為制粉系統(tǒng)調(diào)整以及燃燒優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)。根據(jù)標定結(jié)果得出的一次風(fēng)量系數(shù)，對表盤風(fēng)量進行修正，使表盤一次風(fēng)量真實、可信。

2.2 不同煤種下的制粉系統(tǒng)干燥出力分析

本次試驗選取了3個典型煤種：較高熱值印尼煤(22 990 kJ/kg)、中熱值印尼煤(19 646 kJ/kg)及低熱值印尼煤(16 720 kJ/kg)，試驗在B、E以及F磨煤機上進行。具體試驗數(shù)據(jù)見表2、3、4。

本次制粉系統(tǒng)試驗煤種按照熱值和水份劃分，基本上可分為如下3類：煤種1(35號船印尼煤)低位熱值16 720 kJ/kg，全水份為27％；煤種2(38號船印尼煤)低位熱值19 646 kJ/kg，全水份為22％；煤種3(39號船優(yōu)混煤)低位熱值22 990 kJ/kg，全水份小于20％。

表4 煤種3出力試驗(F磨煤機)Tab.4 Output test of No.3 Coal(F coalm ill)

由于在大量摻燒低熱值高水分印尼煤的前提下，磨煤機的最大出力主要受到干燥出力的限制，所以磨煤機出力和一次風(fēng)煤比控制曲線基本上根據(jù)煤種的全水份來區(qū)分，為了保證在不同煤種下的干燥出力，磨煤機出口溫度不低于62℃［3］。

根據(jù)制粉系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)規(guī)定，為了防止煤粉在輸送過程中的沉積和堵管，以及減少煤粉著火的不利影響，磨煤機應(yīng)保持一定的干燥出力裕量以保證出口溫度高于露點。從上述數(shù)據(jù)可以看出，在碾磨高水份印尼煤的時候，雖然磨煤機在高出力下干燥風(fēng)溫已經(jīng)超過270℃，但其出口溫度仍不足62℃，甚至更低，磨煤機的干燥出力受到限制。若磨煤機出力進一步加大或混煤水份進一步加大，則磨煤機出口溫度將進一步降低，制粉系統(tǒng)出口將有“結(jié)露堵磨”的危險。所以在當前的設(shè)備條件下，使用高水份印尼煤需要靠降低磨煤機出力來保證制粉系統(tǒng)的安全性［4］。

從表2～4可以看出，當煤全水份為30％左右的時候，受干燥出力限制，單磨煤機出力超過75 t/h時，磨煤機出口溫度很難維持在62℃。此時熱風(fēng)調(diào)節(jié)門已在全開位置，磨煤機通風(fēng)量已再無裕量，若繼續(xù)增加磨煤機出力，則需要相應(yīng)大幅增加一次風(fēng)母管壓力，給整個制粉系統(tǒng)以及一次風(fēng)系統(tǒng)帶來極大的浪費。因此，建議磨煤機最大出力不超過75 t/h。

3 鍋爐一次風(fēng)量控制設(shè)定值曲線的優(yōu)化

一次風(fēng)煤比的確定要兼顧磨煤機的碾磨出力和干燥出力的雙重影響，通過研究給出了如下不同煤種的一次風(fēng)煤比控制曲線。

在推薦風(fēng)煤比控制曲線中，對不同煤種、不同出力下影響制粉系統(tǒng)性能的重要可調(diào)參數(shù)進行了定量，確保制粉系統(tǒng)在安全、經(jīng)濟和環(huán)保的最優(yōu)方式下運行。

鍋爐磨煤機的調(diào)整與控制，主要是對風(fēng)煤比的調(diào)整與控制，即一次風(fēng)量與給煤機給煤量要適應(yīng)。對于正壓中速直吹式制粉系統(tǒng)如忽略磨煤機密封風(fēng)，鍋爐的一次風(fēng)量即為每臺磨煤機風(fēng)量之和，鍋爐最小一次風(fēng)量的確定就是磨煤機最小風(fēng)量的確定。每臺磨煤機的風(fēng)量必須滿足煤粉正常輸送、為煤粉著火初期提供合適的氧質(zhì)量分數(shù)和滿足燃燒器安全運行的要求［5］。

為了滿足煤粉的輸送要求，粉管風(fēng)速不得小于20 m/s，而實際運行中考慮到各個出粉管的偏差，往往需要在這個風(fēng)速上再加一定的余量［6］。本文取粉管風(fēng)速為22 m/s來計算輸送煤粉需要的最小風(fēng)量，這個最小風(fēng)量沒有包括煤中的部分水份會變成水蒸氣以及一部分密封風(fēng)的流量。這部分流量一般會使速度增加10％～15％，所以最終的輸送煤粉所需的最小風(fēng)量在各管的一次風(fēng)速調(diào)平以后還是有足夠安全裕量的。

海門電廠當?shù)爻Ｄ昶骄髿鈮毫?01 kPa，磨煤機出口粉管的溫度變化一般為62～80℃，取70℃，則一次風(fēng)的密度為式中：ρ0為標準狀態(tài)下空氣密度，kg/m3；T0為標準狀態(tài)下溫度，K；P0為標準狀態(tài)大氣壓力，Pa；ρ為當?shù)乜諝饷芏龋琸g/m3；t為粉管一次風(fēng)溫度，℃；P為當?shù)卮髿鈮毫?，Pa。

一次風(fēng)粉管道內(nèi)徑為813 mm，若風(fēng)速低限為22 m/s，則每臺磨煤機的最小一次風(fēng)量為

式中：G為一次風(fēng)量，t/h；d為一次風(fēng)粉管內(nèi)徑，mm； v為粉管一次風(fēng)速，m/s；A為1臺磨煤機一次風(fēng)粉管根數(shù)［7］。

為了能為煤粉著火初期提供合適的氧質(zhì)量分數(shù)以及保證煤粉著火點、火焰剛度在正常范圍內(nèi)，要求磨煤機風(fēng)量與煤量之比不應(yīng)小于1.8。即以風(fēng)煤比為1.8計算得到的磨煤機風(fēng)量，是能滿足煤粉著火初期所需的氧質(zhì)量分數(shù)，以及能保證燃燒器安全運行的最小磨煤機風(fēng)量［7-8］。不同磨煤機負荷下的該最小風(fēng)流量以及該最小風(fēng)量對應(yīng)的一次風(fēng)粉管風(fēng)速如表5所示。

表5 磨煤機不同負荷下的最小風(fēng)量Tab.5 Them inimum air flow of coalm ill w ith different loads

由表5可看出，當磨煤機負荷小于52.2 t/h時，按風(fēng)煤比1.8計算得到的一次風(fēng)量93 t/h對應(yīng)的粉管一次風(fēng)速小于22 m/s，不滿足煤粉的輸送要求。因此，磨煤機最小風(fēng)量應(yīng)大于93 t/h，取100 t/h。磨煤機不同負荷下一次風(fēng)量和煤量關(guān)系如表6所示。在某1個一次風(fēng)量運行條件下，石子煤不明顯增加，磨煤機也沒有堵煤現(xiàn)象，爐內(nèi)燃燒著火點位置正常且無貼壁現(xiàn)象，該風(fēng)量即為正常。但是由于海門電廠燃煤大多為高揮發(fā)份、高水份煤質(zhì)，因此磨煤機實際設(shè)定風(fēng)煤比要比最小一次風(fēng)量大。圖1為不同負荷時磨煤機的風(fēng)－煤曲線。

表6 磨煤機不同煤量的一次風(fēng)量Tab.6 The primary air flow of coalm illw ithdifferent amount of coals

圖1 不同負荷時磨煤機的風(fēng)－煤曲線Fig.1 Coalm ill's wind-coal curves w ith different loads

在當前運行方式下，受干燥出力影響，燃用高水分(大于27％)低熱值印尼煤時的磨煤機出力很難超過75 t/h，此時磨煤機出口溫度很難超過60℃，所以一次風(fēng)壓的設(shè)定應(yīng)更多考慮惡劣工況時磨煤機的正常運行。

4 結(jié)論

(1)一次風(fēng)量測量值隨著運行時間的增加會出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，建議定期對一次風(fēng)量進行標定，使表盤風(fēng)量更加真實、可信。

(2)在計算磨煤機最小運行風(fēng)量時，要考慮燃煤水份、粘度等參數(shù)，保證制粉系統(tǒng)運行安全。

(3)通過試驗和分析計算，確定了磨煤機在燃用不同煤種時的最大出力。

(4)針對實際情況對磨煤機風(fēng)煤比進行了調(diào)整，使磨煤機能在安全工況下運行。

(5)燃用劣質(zhì)煤對制粉系統(tǒng)安全性有影響，建議燃煤電廠在燃用低熱值煤種時，應(yīng)該綜合考慮鍋爐效率下降、安全性下降和設(shè)備損壞等情況。

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