雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)性能優(yōu)化試驗(yàn)研究

李淑宏1，劉定坡2，馬瑞1，吳東垠1

(1.西安交通大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，陜西 西安 710049；2.西安

熱工研究院有限公司 制粉工程部，陜西 西安 710032)

摘要：對(duì)某電廠600 MW機(jī)組鍋爐配套的BBD4060雙進(jìn)雙出式磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在對(duì)磨煤機(jī)一次風(fēng)速進(jìn)行熱態(tài)調(diào)平之后，在現(xiàn)有設(shè)備條件下各一次風(fēng)管煤粉濃度偏差仍然較大，因此，在一次風(fēng)速調(diào)平過程中，還需要考慮煤粉濃度的影響。在低負(fù)荷工況下，開大旁路風(fēng)門有利于提高一次風(fēng)速，然而風(fēng)煤比相應(yīng)增大，對(duì)于劣質(zhì)煤種須嚴(yán)格控制旁路風(fēng)門調(diào)節(jié)范圍，以提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)磨煤機(jī)分離器擋板開度能有效控制煤粉細(xì)度，但須綜合考慮磨煤機(jī)單耗和出力等因素。

關(guān)鍵詞：雙進(jìn)雙出；制粉系統(tǒng)；電站鍋爐；性能試驗(yàn)

收稿日期：2015-03-03

作者簡介：李淑宏(1989-)，男，甘肅天水人，碩士研究生。 吳東根(1966-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事電站鍋爐及輔機(jī)優(yōu)化運(yùn)行方面的研究。

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.04.007

中圖分類號(hào)：TK323

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2015)04-0324-05

Abstract：This paper is based on the experimental tests performed on BBD4060 double-inlet double-outlet coal mills.The results firstly show that large deviations of pulverized coal concentration still exist under the premise that primary air velocity is leveled with the existing equipment.Therefore,pulverized coal concentration should be considered in primary air velocity leveling;Secondly,the variation range of bypass damper should be strictly controlled with coal of low quality in order to improve combustion stability,because that turning up bypass damper in low load conditions will not only improve primary air velocity but also air-coal ratio.Finally,coal fineness can be effectively controlled by adjusting separator baffle according to coal mill capacity and unit power consumption.

相對(duì)于中間倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)而言，直吹式制粉系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、空間占用小、運(yùn)行電耗低和較高的安全性等優(yōu)點(diǎn)，因而其得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)以其較強(qiáng)的煤種適應(yīng)性、快速的負(fù)荷響應(yīng)特性和較寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍等優(yōu)點(diǎn)而成為了許多火電站直吹式制粉系統(tǒng)的良好選擇，并且由于其較強(qiáng)的可靠性，無需備用磨，很好的彌補(bǔ)了直吹式制粉系統(tǒng)可靠性方面的缺陷[4-5]。然而，近年來隨著電站運(yùn)行煤質(zhì)逐漸偏離設(shè)計(jì)煤種，使得制粉系統(tǒng)出現(xiàn)了運(yùn)行故障、煤粉偏粗、出力不足等一系列問題，嚴(yán)重影響著電站系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性[6-7]。因此，針對(duì)某電廠雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)出現(xiàn)的上述問題進(jìn)行了一系列的性能試驗(yàn)[8]，研究了相關(guān)因素的影響特性，并通過優(yōu)化運(yùn)行方式改善其運(yùn)行狀況。

1設(shè)備狀況

某電廠600 MW亞臨界機(jī)組鍋爐采用武鍋設(shè)計(jì)制造的WGZ2080/17.51-1型鍋爐，屬亞臨界壓力控制循環(huán)汽包爐，該爐采用四角切圓燃燒，單爐膛п型布置，一次中間再熱，平衡通風(fēng)，全鋼構(gòu)架，半露天布置，刮板撈渣機(jī)固態(tài)連續(xù)排渣。

鍋爐有5層燃燒器，為四角切向布置、擺動(dòng)式、水平濃淡型直流燃燒器。設(shè)計(jì)煤種為山西武鄉(xiāng)地區(qū)的貧瘦煤。鍋爐制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐配備5臺(tái)BBD4060型分離式雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)為一層燃燒器供粉。

1.1熱態(tài)一次風(fēng)速及煤粉分配特性

利用鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)中標(biāo)定過的靠背管和電子微壓計(jì)對(duì)熱態(tài)一次風(fēng)速及風(fēng)量進(jìn)行測算。風(fēng)速v及風(fēng)量計(jì)算公式如下：

式中，k為靠背管系數(shù)；pd為靠背管測得動(dòng)壓值；pj為一次風(fēng)管靜壓；t為一次風(fēng)溫度；ρθ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度值，為1.293 kg/m3。

簡化后可得：

風(fēng)量q為：

式中，d為一次風(fēng)管內(nèi)徑。

1.2煤粉取樣及分析方法

煤粉取樣采用等速取樣系統(tǒng)[9]，如圖1所示。圖中微壓計(jì)測量的是一次風(fēng)管和取樣槍內(nèi)部的靜壓差，通過調(diào)整抽氣器前的球閥開度，使微壓計(jì)讀數(shù)在±100 Pa之內(nèi)，即保持一次風(fēng)管和取樣槍內(nèi)靜壓基本相同，從而實(shí)現(xiàn)取樣的等速性，保證樣本的代表性。

圖1　煤粉等速取樣系統(tǒng)

煤粉取樣時(shí)間為2 min，對(duì)煤粉樣本進(jìn)行稱重和篩粉后，得出煤粉細(xì)度R90和R200，并得出煤粉的均勻性指數(shù)，其計(jì)算公式如下：

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1熱態(tài)一次風(fēng)速及煤粉分配特性

每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一層的4個(gè)燃燒器，其中各磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)端為1#和3#角燃燒器供粉，非驅(qū)動(dòng)端為2#和4#角燃燒器供粉。雖然磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端結(jié)構(gòu)基本完全對(duì)稱，然而由于入口容量風(fēng)管和各角一次風(fēng)管在長度和結(jié)構(gòu)上的差異，引起了容量風(fēng)和一次風(fēng)沿程壓頭損失，致使磨煤機(jī)內(nèi)驅(qū)動(dòng)端的料位和流場并非完全對(duì)稱，各角的煤粉濃度也存在偏差。過大的一次風(fēng)濃度偏差會(huì)導(dǎo)致切圓偏斜、火焰貼壁或沖墻，引起爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，容易使鍋爐內(nèi)壁結(jié)焦，嚴(yán)重影響了鍋爐運(yùn)行的安全行與經(jīng)濟(jì)性。

試驗(yàn)前期，在冷態(tài)一次風(fēng)速調(diào)平的基礎(chǔ)上對(duì)各層燃燒器的一次風(fēng)速和煤粉分配特性進(jìn)行了熱態(tài)測試。在容量風(fēng)門開度為60%、旁路風(fēng)門全關(guān)的工況下，B磨煤機(jī)各角一次風(fēng)速進(jìn)行了調(diào)平，并在調(diào)平后對(duì)煤粉分配特性進(jìn)行了測試，其結(jié)果如表1所示。

表1　一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，在調(diào)平前，1#角燃燒器的一次風(fēng)速偏高，而2#角燃燒器的一次風(fēng)速偏低，偏差均超過5%。通過關(guān)小1#角燃燒器的一次風(fēng)管縮孔，開大2#角燃燒器的一次風(fēng)管縮孔，經(jīng)過反復(fù)測試，基本調(diào)平了4個(gè)角的一次風(fēng)速。調(diào)平后1#和2#角一次風(fēng)速相對(duì)偏差明顯減小，4個(gè)角的一次風(fēng)速偏差均不超過5%，滿足調(diào)平要求。

在一次風(fēng)速調(diào)平后，對(duì)各一次風(fēng)管的煤粉進(jìn)行取樣、稱重，并對(duì)各一次風(fēng)管的一次風(fēng)量和煤粉量偏差結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。由于一次風(fēng)速和煤粉取樣測點(diǎn)完全按照試驗(yàn)規(guī)程，即在遠(yuǎn)離彎頭的豎直管道選取，各一次風(fēng)管的煤粉取樣時(shí)間相同，均為2 min。因此，可以認(rèn)為管內(nèi)煤粉濃度均勻，煤粉樣本具有較好的代表性，可以用于分析比較各一次風(fēng)管的煤粉量偏差。

從表1可以看出，由于各一次風(fēng)管的長度及布置方式等差異，使各一次風(fēng)管的煤粉量與一次風(fēng)量的關(guān)連性不大，盡管4根管的一次風(fēng)速偏差不大于4%，但煤粉量的最大偏差卻達(dá)到19.36%。各一次風(fēng)管內(nèi)的煤粉濃度并不相同，特別是3#一次風(fēng)管的風(fēng)速低于平均值，但煤粉濃度卻是最高的。其余4臺(tái)磨煤機(jī)的試驗(yàn)也出現(xiàn)類似結(jié)果，即煤粉樣本的質(zhì)量與管路長度相關(guān)，并近似呈現(xiàn)隨著管路長度的增加而增加的規(guī)律，而與一次風(fēng)速的關(guān)系不大。這主要是由于煤粉氣流是氣固兩相流體，沿程阻力和局部阻力的不同是煤粉濃度存在差別的原因。顯然，在一次風(fēng)速調(diào)平的情況下，煤粉分配的不均勻仍然會(huì)導(dǎo)致火焰中心偏斜和氣溫偏差，甚至可能由于局部還原性氣氛而引發(fā)高溫腐蝕等問題，對(duì)于降低NOX排放也會(huì)產(chǎn)生不利影響，這就是許多鍋爐雖然一次風(fēng)速度調(diào)平，但仍會(huì)出現(xiàn)火焰偏斜和燃燒不穩(wěn)等問題的原因之一。因此，在一次風(fēng)調(diào)平過程中，還需要考慮煤粉濃度的影響，對(duì)于煤粉量偏差較大的3#一次風(fēng)管，建議降低其一次風(fēng)速以緩解爐膛火焰中心的偏斜。

2.2通風(fēng)量試驗(yàn)

直吹式制粉系統(tǒng)一次風(fēng)中的空氣分別來自于容量風(fēng)、旁路風(fēng)、少量的密封風(fēng)和煤中水分的蒸汽等，其中容量風(fēng)從磨煤機(jī)兩側(cè)的中空管進(jìn)入筒體，干燥后輸送煤粉。雙進(jìn)雙出直吹式制粉系統(tǒng)通過控制容量風(fēng)量來改變磨煤機(jī)出力，以適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化的需要。旁路風(fēng)進(jìn)入混料箱，預(yù)干燥落煤管中的原煤，在原煤水分較高時(shí)可以有效防止落煤管堵塞。旁路風(fēng)不進(jìn)入磨煤機(jī)筒體，而是在落煤管下端與容量風(fēng)和煤粉混合后進(jìn)入分離器。因此，在磨煤機(jī)出力較低的工況下，開大旁路風(fēng)門有利于提高一次風(fēng)速，防止煤粉在一次風(fēng)管中沉積，從而引發(fā)堵管和自燃爆炸等事故。然而，改變旁路風(fēng)門開度不僅會(huì)影響磨煤機(jī)一次風(fēng)速，對(duì)于一次風(fēng)煤粉濃度也有一定影響。在保持容量風(fēng)門開度的基礎(chǔ)上，對(duì)不同旁路風(fēng)門開度下磨煤機(jī)各一次風(fēng)管的一次風(fēng)速、煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)出力進(jìn)行了測試，其結(jié)果如表2所示。

表2　通風(fēng)量試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，在保持磨煤機(jī)容量風(fēng)門開度不變的情況下，隨著旁路風(fēng)門開度增大，一次風(fēng)速增加，磨煤機(jī)出力略有提高，磨煤機(jī)風(fēng)煤比明顯增大，煤粉細(xì)度R90也隨著旁路風(fēng)門開度的增大而增大，而且增大幅度較大。這主要是由于在容量風(fēng)門開度保持不變時(shí)，容量風(fēng)量基本不變，根據(jù)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的特性，磨煤機(jī)出力也相應(yīng)保持不變，開大旁路風(fēng)門使得旁路風(fēng)流量增加，由于旁路風(fēng)不經(jīng)過磨煤機(jī)筒體，因此使得混合后的一次風(fēng)中空氣量相對(duì)增大，混合一次風(fēng)的風(fēng)煤比明顯增大，相對(duì)提高了一次風(fēng)速。由于風(fēng)量和風(fēng)速的增大，當(dāng)一次風(fēng)在經(jīng)過分離器時(shí)，分離器的分離效果變差，降低了煤粉細(xì)度，由于粗粉的通過，使得磨煤機(jī)出力較原來略有提高。

因此，增大旁路風(fēng)不僅不能有效地提高磨煤機(jī)出力，反而會(huì)明顯降低煤粉細(xì)度。在磨煤機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行工況下，提高一次風(fēng)速，可以防止煤粉沉積在一次風(fēng)管中，從而降低了自然爆炸和堵管等問題的出現(xiàn)概率。同時(shí)，旁路風(fēng)對(duì)于一次風(fēng)的風(fēng)煤比的調(diào)節(jié)作用較為顯著，對(duì)于難燃煤種，尤其是在低負(fù)荷運(yùn)行工況下，旁路風(fēng)過大會(huì)推遲一次風(fēng)的著火時(shí)間，對(duì)于鍋爐燃燒的穩(wěn)定性具有不利影響，因此應(yīng)該嚴(yán)格控制旁路風(fēng)門的調(diào)節(jié)范圍。

2.3分離器特性試驗(yàn)

容量風(fēng)攜帶煤粉與旁路風(fēng)混合后進(jìn)入磨煤機(jī)分離器，在分離器中通過重力分離和離心分離等一系列作用，使粗粉顆粒被分離出來，然后通過回粉管返回磨煤機(jī)筒體；細(xì)粉隨一次風(fēng)通過各一次風(fēng)管噴入爐膛燃燒。煤粉偏粗會(huì)導(dǎo)致煤粉管道磨損加劇，最重要的是會(huì)造成不完全燃燒，使損失增大，降低鍋爐效率，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。影響煤粉細(xì)度的主要因素有磨煤機(jī)分離器擋板開度、磨煤機(jī)出力和磨煤機(jī)料位，其中分離器擋板開度的可控性和調(diào)節(jié)效果最好。針對(duì)磨煤機(jī)在料位穩(wěn)定的工況下，研究分離器擋板開度對(duì)煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)出力以及其他各項(xiàng)參數(shù)的影響特性，其結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著分離器擋板開度增大，磨煤機(jī)出力略有提高，磨煤機(jī)電耗相對(duì)提高，然而磨煤單耗相對(duì)降低，磨煤機(jī)兩端的煤粉細(xì)度接近，并且煤粉細(xì)度隨著分離器擋板開度的增大明顯增大，煤粉均勻性指數(shù)均較好。在分離器擋板開度為35°時(shí)，煤粉偏粗，R90為14.28%。分離器擋板開度為30°時(shí)，煤粉相對(duì)偏粗，但磨煤機(jī)出力較大，磨煤單耗相對(duì)較低，綜合考慮后將分離器擋板開度設(shè)置在30°。

表3　分離器擋板特性試驗(yàn)結(jié)果

3結(jié)論

1)通過調(diào)整一次風(fēng)管縮孔開度將各一次風(fēng)管的一次風(fēng)速偏差調(diào)整到5%以內(nèi)，然而煤粉分配測試結(jié)果卻表明：在現(xiàn)有設(shè)備條件下，盡管一次風(fēng)速調(diào)平，但煤粉分配偏差較大，最大達(dá)到19.36%。煤粉分配偏差較大會(huì)導(dǎo)致火焰中心偏斜和溫差較大等一系列問題，這就是許多鍋爐雖然一次風(fēng)速度調(diào)平，但仍會(huì)出現(xiàn)火焰偏斜和燃燒不穩(wěn)等問題的原因之一。因此，在一次風(fēng)調(diào)平過程中，還需要考慮煤粉濃度的影響。

2)通風(fēng)量試驗(yàn)表明，開大旁路風(fēng)門能有效地提高各煤粉管平均一次風(fēng)速，從而有效地防止了低負(fù)荷運(yùn)行工況下可能發(fā)生的堵管和自燃爆炸等事故，同時(shí)各一次風(fēng)管風(fēng)煤比隨著旁路風(fēng)門的增大顯著增大，顯然對(duì)于劣質(zhì)煤在低負(fù)荷工況下的穩(wěn)燃不利，因此需要嚴(yán)格控制旁路風(fēng)門調(diào)節(jié)范圍。

3)分離器擋板開度是調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度的有效手段，隨著分離器擋板開度的增大，煤粉細(xì)度顯著降低，磨煤機(jī)出力也隨之略有增大，但磨煤單耗降低，在確定分離器擋板開度時(shí)，需要綜合考慮以上因素。

參考文獻(xiàn)

[1]車得福，莊正寧，李 軍，等.鍋爐[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.

[2]高弘.雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行分析[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28(4)：29-30.

[3]李永華，劉長良，陶哲.火電廠鍋爐系統(tǒng)及運(yùn)行優(yōu)化[M].北京：中國電力出版社，2011.

[4]馬元坤.BBD4360型雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)制粉特性的試驗(yàn)研究[J].發(fā)電設(shè)備，2014，28(1)：15-26.

[5]梁新磊，劉志勇，張志國，等.正壓直吹制粉系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[J].華中電力，2006(1)：9-12.

[6]王健，李廷福，馬曉駿，等.300MW機(jī)組燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)[J].現(xiàn)代電力，2012，29(3)：74-77.

[7]李芳芹，徐敏，任建興，等.240t/h電站鍋爐燃燒狀態(tài)的試驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代電力，2006，23(4)：57-60.

[8]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T.467-2004.電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)[S].

[9]肖杰，劉躍珍.直吹式制粉系統(tǒng)煤粉取樣方法探討[J].熱力發(fā)電，2008，37(7)：30-34.

[10]尹民權(quán).超超臨界鍋爐制粉系統(tǒng)節(jié)電分析[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，6(1)：13-16.

Experimental Study on Pulverizing System Performance

of Double-inlet Double-outlet Coal Mill

LI Shu-hong1,LIU Ding-po2,MA Rui1,WU Dong-yin1

(1.School of Energy and Power Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an 710049;2.Xi′an

Thermal Power Research Institute CO.,LTD,Xi′an 710032,Shanxi Province)

Key words： double-inlet double-outlet coal mill;coal milling system;power plant boiler;performance test

(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇)