王承亮，鄧雙輝，譚厚章，楊浩，鄭海國

1000MW燃煤機組制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗研究

王承亮1，鄧雙輝2，譚厚章2，楊浩2，鄭海國2

（1.華電國際技術中心，山東濟南250000；2.西安交通大學能動學院，陜西西安710049）

制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整對燃煤鍋爐機組安全經(jīng)濟運行具有重要意義。為了提高制粉系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性，對某電廠的一臺1000MW超超臨界機組鍋爐的制粉系統(tǒng)進行了優(yōu)化調(diào)整試驗。在保證合理煤粉細度和煤粉均勻性的基礎上，研究了通風量、加載油壓、磨煤機出力及分離器轉速等指標對制粉系統(tǒng)節(jié)能運行和鍋爐燃燒特性的影響，提出的優(yōu)化運行參數(shù)可以有效提高制粉系統(tǒng)出力和鍋爐效率。試驗結果有助于實現(xiàn)制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，調(diào)整經(jīng)驗值得推廣和借鑒。

超超臨界機組；中速磨；優(yōu)化調(diào)整；煤粉細度；煤粉均勻性

0 引言

制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整對燃煤電站機組的經(jīng)濟性運行有著重大意義。通風量、分離器轉速、煤粉細度及各風管的燃料分配均勻性等可控制變量是制粉系統(tǒng)調(diào)整的主要參數(shù)。通過這些參數(shù)的調(diào)整，找出合理的運行方式，可使爐膛內(nèi)的燃燒以及各設備的運行達到最優(yōu)化，從而提高鍋爐效率和降低供電煤耗，最終保證機組安全、經(jīng)濟和可靠地連續(xù)運行。[1]

制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗是在某電廠一期工程的1#1000MW燃煤機組上進行，鍋爐是高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐。設計煤種為活雞兔礦、補連塔煤礦煤。鍋爐采用單爐膛、平衡通風、和一次中間再熱的燃燒方式，全懸吊結構為Π型。制粉系統(tǒng)采用冷一次風正壓直吹式，設有兩臺50%容量的動葉可調(diào)軸流式一次風機，提供一次熱、冷風輸送煤粉，采用兩臺靜葉可調(diào)吸風機和兩臺動葉可調(diào)送風機，鍋爐配有6臺中速輥式磨煤機。

目前1號鍋爐機組大修后，對現(xiàn)有制粉系統(tǒng)情況了解不足。為了能夠準確、詳細地了解制粉系統(tǒng)的運行狀況，降低制粉系統(tǒng)單耗和提高鍋爐效率，使得鍋爐安全經(jīng)濟運行，開展了制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗研究。

1 試驗

1.1 試驗內(nèi)容

此次制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗可分為3個部分：摸底試驗，在現(xiàn)有制粉系統(tǒng)運行情況下，對原煤、飛灰、爐渣進行取樣分析，計算制粉系統(tǒng)調(diào)整前的鍋爐效率；冷態(tài)試驗，主要包括冷態(tài)下磨煤機出口每根風管的實際風速的標定；熱態(tài)試驗，主要包括熱態(tài)下通風量、加載油壓、磨煤機出力及分離器轉速變化引起的煤粉細度等四種變量對制粉系統(tǒng)及鍋爐效率影響的試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 測試方法

為了獲得磨煤機通風量與測風裝置輸出的壓差之間的關系，需要進行磨煤機測風裝置冷態(tài)標定試驗。冷態(tài)工況下，在磨煤機出口分別測量每根風管的實際風速，可獲得磨煤機出口風速修正系數(shù)，同時測量測風裝置輸出的壓差。熱態(tài)運行工況下，磨煤機通風量可用測風裝置的風速修正系數(shù)求得。試驗中，可用本實驗室自行研究開發(fā)的一次風粉在線測量裝置可進行煤粉濃度測量，且測量的結果可滿足制粉系統(tǒng)和鍋爐的安全、經(jīng)濟和連續(xù)可靠運行。

1.2.2 試驗參數(shù)

在制粉系統(tǒng)調(diào)整過程中，通風量、加載油壓、磨煤機出力、分離器轉速變化、電流等參數(shù)可通過表盤指示獲得數(shù)據(jù)，利用煤粉取樣篩分可測得煤粉細度，煤粉均勻性指數(shù)和磨煤電耗可由下面的公式計算得出。

煤粉均勻性指數(shù)計算公式[1]：

磨煤單耗計算公式：

式中W—磨煤單耗，kWh/t；

Nm—分離器電機功率，kW；

Nf—磨煤機電機功率，kW；

B—磨煤機出力，t/h。

2 優(yōu)化調(diào)整試驗及分析

2.1 摸底試驗

在制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整之前，在機組負荷949.2MW下，針對1號鍋爐現(xiàn)有制粉系統(tǒng)運行情況，對各臺磨煤機進行摸底試驗，并對原煤、飛灰、爐渣進行取樣分析，計算制粉系統(tǒng)調(diào)整前的鍋爐效率。試驗結果見表1。

表1 各磨煤機摸底試驗結果

由表1分析可知，在機組負荷為949.2MW下，A、B、D、E和F磨煤機的煤粉細度R90分別為23.10%、22.98%、22.89%、22.92%和22.83%，且煤粉細度均高于設計值18%；煤粉均勻性指數(shù)在1.11～1.13之間變化，達到煤粉均勻性指數(shù)1.2左右的指標，煤粉均勻性較好；鍋爐效率達到94.95%，鍋爐經(jīng)濟性也較好。

2.2 磨煤機出口風管一次風速標定結果

為了獲得磨煤機通風量與測風裝置輸出的壓差之間的關系，需要進行磨煤機測風裝置冷態(tài)標定試驗。磨煤機一次風速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。由于磨煤機入口條件限制，冷態(tài)下在磨煤機出口風管進行一次風速的標定。E磨煤機一次風速標定試驗結果見表2。

表2 E磨煤機出口粉管一次風速標定結果

通過表2的結果可以看出，各風管的表盤風速與實測風速均有一點的偏差，表盤風速整體上高于實測風速。利用風速測表對四根風管風速測量后發(fā)現(xiàn)，#1角出口風管的表盤風速和實測風速相差較大，風速修正系數(shù)為0.73，其他三根風管的風速修正系數(shù)較一致且均在0.90以上。通過風速修正系數(shù)的修改，表盤風速更能真實地反映實際風速，可為制粉系統(tǒng)調(diào)整及燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗提高重要參考依據(jù)。

2.3 制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗結果

冷態(tài)試驗下已對磨煤機出口各風管在線流量表進行了標定，提供了風速修正系數(shù)。啟爐后在熱態(tài)工況下，可利用本實驗室自行研究開發(fā)的一次風速在線裝置，進行在線檢測一次風量和煤粉濃度。本文選取E磨為研究對象，分別進行E磨分離器轉速、通風量、加載油壓、磨煤機出力四項變工況試驗。根據(jù)每項試驗所測得的數(shù)據(jù)，分析各參數(shù)對煤粉細度和磨煤機單耗的影響規(guī)律。

2.3.1 磨煤機出口風管風速和煤粉濃度試驗結果

在保持1E磨煤機出力為75t/h的情況下，調(diào)整一次風量分別到130t/h、140t/h、150t/h、160t/h和170t/h數(shù)值下，研究不同風量下磨煤機出口各風管風速、粉量、煤粉細度及濃度的變化。由于每個風量下所得試驗結果趨勢一致，現(xiàn)取通風量為140 t/h數(shù)據(jù)來分析各參數(shù)變化，試驗結果見表3。利用一次風粉在線測量裝置所得到的煤粉濃度如圖1所示。

表3 E磨煤機出口各粉管風速和粉量試驗結果

圖1 各風管煤粉濃度分布圖

由表3可得，磨煤機出口風管#1角、#2角和#4角平均風速在21～27m/s，但同一工況下，#3角的風速偏差、粉量偏差和煤粉濃度與其它三根風管對應值相比，相差很大。由圖1所得，#3管的煤粉濃度遠遠低于其他三根管的煤粉細度，這必將影響鍋爐中同一層燃燒器一次風量分配不均勻，進而影響一二次風的混合，影響著火穩(wěn)定性。另外，不均勻的煤粉空氣混合物，在進入爐膛后局部燃料濃度過大需提高空氣水平，這樣就引起了各項損失及NOx含量增加[2]。該種磨煤機性能及管線布置是導致煤粉濃度分配不均的主要原因。采用分離器可有效減少煤粉中的大顆粒，且使分離器出口一次風管中的煤粉和氣流分配更加均勻。

2.3.2 通風量特性試驗

改變磨煤機的通風量，主要是為了了解通風量變化對磨煤單耗、煤粉細度和煤粉均勻性的影響規(guī)律，獲得磨煤機運行的最佳風煤比。如果通風量過大，不合格的煤粉被帶出增加了循環(huán)料位置；如果通風量過小，磨制的合格煤粉不能及時帶出造成積存現(xiàn)象[3]。若通風量沒有調(diào)整到合適的數(shù)值，將會影響鍋爐內(nèi)的煤粉燃燒，進而導致爐墻結焦[4]。試驗進行時，調(diào)整磨煤機出力為75t/h，分離器電機轉速調(diào)至60r/min，加載油壓為13MPa，將風量分別調(diào)至130t/h、140t/h、150t/h、160t/h和170t/h左右，在不同工況下進行磨煤機風量特性試驗。試驗結果見表4。磨煤單耗和煤粉細度隨風煤比變化關系如圖2所示。

圖2 磨煤單耗和煤粉細度隨風煤比變化關系圖a）磨煤單耗b）煤粉細度

表4 變通風量試驗結果

由表4可知，隨著通風量不斷的升高，磨煤機差壓先增高后降低；磨煤單耗基本無變化；煤粉細度在不斷增大。由此可知，在保證煤粉細度的基礎上，適度提高通風量可降低磨煤單耗。綜合圖2分析，在磨煤機出力75t/h時，風量應為150t/h左右，即風煤比小于2.00時，制粉系統(tǒng)經(jīng)濟性較好。

2.3.3 加載油壓特性試驗

在保持磨煤機出力為75t/h，風量為160t/h，分離器電機轉速為60r/min時，將加載油壓調(diào)至10MPa、11MPa、12MPa、13MPa和14MPa，進行加載油壓特性試驗。試驗結果見表5。磨煤單耗、煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)隨加載油壓變化關系如圖3所示。

從表5可知，加載油壓從10MPa左右降至14MPa左右時，煤粉細度R90從26.68%降至21.2%，煤粉均勻性指數(shù)從1.29降至1.06，磨煤機出入口差壓從3.79kPa降至3.49kPa。結合圖3綜合分析可知，隨著加載油壓的提高，磨煤機出入口差壓逐漸降低，磨煤機單耗逐漸升高，但煤粉細度和均勻性指數(shù)逐漸降低?？梢?，在保證煤粉細度和均勻性指數(shù)的基礎上，提高加載油壓可明顯降低磨煤單耗。綜合判斷可知，當磨煤機出力75t/h左右，風量160t/h左右，分離器電機轉速60r/min左右時，加載油壓應為13MPa左右時合適。

表5 加載力特性試驗

2.3.4 磨煤機出力特性試驗

圖3 磨煤單耗、煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)隨加載油壓變化關系圖a）磨煤單耗b）煤粉細度c）煤粉均勻性指數(shù)

在將動態(tài)分離器轉速調(diào)整至60r/min后，分別在磨煤機出力為55t/h、65t/h、75t/h、85t/h和95t/h下進行磨煤機出力特性試驗。磨煤機出力特性試驗結果見表6。磨煤單耗、煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)隨磨煤機出力關系如圖4所示。

由表6可見，在保持分離器轉速不變的工況下，隨著磨煤機出力的不斷增加，磨煤機差壓不斷增大，磨煤單耗先減少后增大，同時煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)也呈現(xiàn)先減少后增大的趨勢。選取合適的煤粉細度和均勻性指數(shù)，可保證鍋爐負荷和燃燒效率，盡量提高磨煤機出力有利于實現(xiàn)制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行。綜合圖4分析，在將動態(tài)分離器轉速調(diào)整至60r/min后，根據(jù)磨煤機通風量和加載油壓等參數(shù)，參考煤粉細度R90、磨煤單耗、煤粉均勻性指數(shù)分析，1E磨煤機在出力70t/h時最佳。

表6 磨煤機出力特性曲線

2.3.5 分離器轉速對鍋爐效率的影響試驗

分離器轉速的大小對制粉電耗和煤粉細度影響很大，進而影響鍋爐的經(jīng)濟性[5]。根據(jù)磨煤機最大出力試驗結果并保證磨煤機出力在70t/h，通過調(diào)整動態(tài)分離器轉速即動態(tài)分離器轉速分別在55r/min、60r/min、65r/min和70r/min下，了解不同動態(tài)分離器轉速下所得到的煤粉細度對制粉系統(tǒng)和鍋爐效率的影響。試驗參數(shù)及結果見表7。磨煤單耗、煤粉細度、煤粉均勻性指數(shù)和鍋爐效率隨分離器轉速變化關系如圖5所示。

圖4 磨煤單耗、煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)隨磨煤機出力關系圖a）磨煤單耗b）煤粉細度c）煤粉均勻性指數(shù)

表7 煤粉細度對鍋爐效率的影響試驗

從表7可知，在保證磨煤機出力在70t/h時，隨著動態(tài)分離器轉速的升高，磨煤單耗由13.34 kWh/t升高14.82 kWh/t，煤粉細度R90由23.65%降至19.99%，飛灰含碳量由1.67%降至0.69%，爐渣含碳量由0.19%降至0.01%，鍋爐效率由95.50%升高至95.65%。綜合圖5分析，煤粉細度在21.29%時最佳，即動態(tài)分離器轉速在60r/min時鍋爐性能最佳。與調(diào)整前鍋爐運行工況相比，煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)由原始工況的23%和1.12%達到調(diào)整后的21%和1.20%，鍋爐效率由設計的94.95%提高到95.61%。

圖5 磨煤單耗、煤粉細度、煤粉均勻性指數(shù)鍋爐效率隨分離器轉速變化關系圖a）磨煤單耗b）煤粉細度c）煤粉均勻性指數(shù)d）鍋爐效率

3 結語

通過1#鍋爐制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗，針對E磨的分離器轉速、通風量、加載油壓、磨煤機出力四項變工況進行了試驗。試驗所得結果與調(diào)整前鍋爐運行工況相比，煤粉細度和煤粉均勻性指數(shù)得到了改善，鍋爐效率明顯提高，電廠經(jīng)濟性效益顯著提升，調(diào)整經(jīng)驗值得推廣和借鑒。試驗所得到的主要結論如下：

（1）冷態(tài)試驗中發(fā)現(xiàn)，#1角出口風管的表盤風速和實測風速相差較大，風速修正系數(shù)為0.73，其他三根風管的風速修正系數(shù)較一致且均在0.90以上。風速修正系數(shù)的修正可為制粉系統(tǒng)調(diào)整及燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗提高重要參考依據(jù)。

（2）E磨煤機#3角出口風管的煤粉濃度遠遠低于其余三根風管，煤粉分配嚴重不均；主要是由磨煤機性能及管線布置導致的結果，通過采用分離器可有效減少煤粉中的大顆粒，且使分離器出口一次風管中的煤粉和氣流分配更加均勻。

（3）磨煤機風煤比應選擇小于2.00時，制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟性較好。

（4）綜合考慮各項指標，在保證磨煤機出力為70～80t/h，動態(tài)分離器轉速為60r/min時，鍋爐性能最佳，鍋爐效率達到95.61%。

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Optimized Experimental Study of Coal Pulverizing System for 1000MW Coal-fired Units Boiler

WANG Cheng-liang1，DENG Shuang-hui2，TAN Hou-zhang2，YANG Hao2，ZHENG Hai-guo2
（1.Huadian International Technology Center，Jinan，250000，China；2.Department of Thermal Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an，710049，China）

Optimized adjustment of coal pulverizing system has important meaning to security and economy operation of coal-fired units Boiler.In order to improve the safety and economy of coal pulverizing system，an optimized experiment was conducted on coal pulverizing system of one 1000MW ultra-supercritical boiler unit in some power plant.Based on rational particle size and uniformity exponent of pulverized coal，the effects of rotation speed of ventilation quantity，oil-charged pressure，mill output and classifier speed on energy saving of coal pulverizing system and combustion characteristics of boiler were studied.The results have a contribution to realize economy operation of coal pulverizing system.The adjustment method of coal pulverizing system in this power plant is worth applying and recommending.

ultra-supercritical boiler unit；medium-speed mill；optimized adjustment；particle size of pulverized coal；uniformity of pulverized coal

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.01.004

TM621.7

B

2095-3429（2015）01-0014-06

2014-11-20

修回日期：2014-12-23

王承亮（1971-），男，工程碩士，高級工程師，從事火電廠鍋爐節(jié)能改造及相關技術的研究工作。