陳文，陳紹龍，吳愛(ài)軍

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)電湖南寶慶煤電有限公司，湖南邵陽(yáng)422000)

某超臨界對(duì)沖直流鍋爐所配制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，配置5臺(tái)MPS180-HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，BMCR工況下4臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。設(shè)計(jì)煤質(zhì)為褐煤，機(jī)組投入商業(yè)化運(yùn)行后實(shí)際入爐煤質(zhì)為煙煤，水分大大減小。因?yàn)槿霠t煤質(zhì)的改變，在運(yùn)行過(guò)程中制粉系統(tǒng)存在一次風(fēng)量大、風(fēng)速高、分離器出口溫度高、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門開(kāi)度大、煤粉細(xì)度偏粗、石子煤排放異常等問(wèn)題，直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。入爐煤質(zhì)的變化會(huì)引起制粉系統(tǒng)出力的變化，而制粉系統(tǒng)出力包括蹍磨出力、通風(fēng)出力和干燥出力，最終出力取決于三者中最小者〔1－3〕。 呂施展〔4〕分析了 MPS 中速磨直吹式制粉系統(tǒng)磨制Mar＞30%褐煤過(guò)程中存在的問(wèn)題，諸如MPS磨對(duì)褐煤的干燥出力、易自燃等，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。孫科〔5〕基于國(guó)內(nèi)MPS-HP-II型中速磨煤機(jī)最大出力計(jì)算以及運(yùn)行優(yōu)化等方面的問(wèn)題進(jìn)行了研究，得到一次風(fēng)量、分離器擋板角度、制粉系統(tǒng)出力和加載力對(duì)煤粉細(xì)度以及單耗的影響，指出在研磨高水分煤種時(shí)，限制制粉系統(tǒng)出力的因素仍為干燥出力。

考慮到燃用褐煤時(shí)干燥出力不足，因此系統(tǒng)通風(fēng)量設(shè)計(jì)值較大。本文通過(guò)分析中速磨的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)，提出和實(shí)施了改造措施，提高了中速磨的煤種適應(yīng)性。

1 概述

鍋爐采用5臺(tái)中速磨煤機(jī)墻式對(duì)沖燃燒，設(shè)計(jì)煤種為褐煤。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)為長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備總廠MPS180－HP－Ⅱ型中速磨煤機(jī)，分離器型式為動(dòng)態(tài)分離器，設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90＝22%。每臺(tái)磨煤機(jī)配置一臺(tái)電子稱重式給煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)供給前墻 (或后墻)一層4只燃燒器。磨煤機(jī)采用液壓變加載方式，噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)，密封風(fēng)采取集中供風(fēng)方式。原煤的干燥和碾磨是同時(shí)進(jìn)行，一次風(fēng)從磨盤周圍的噴嘴環(huán)噴出，起到干燥和把磨盤上的碾碎物料吹到中架體上部分離器里的作用，在分離器里完成粗細(xì)粉的分離。符合要求的煤粉被吹走，不符合要求的煤粉將落回到磨盤重新進(jìn)行碾磨。外來(lái)雜質(zhì)和大塊物料因重量較大，不能被一次風(fēng)吹走，將通過(guò)噴嘴環(huán)的噴嘴落入中架體底部一次風(fēng)室中，然后由刮板機(jī)構(gòu)將其刮到排渣箱中排出。

機(jī)組投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)后，隨著煤炭市場(chǎng)的變化，入爐煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)發(fā)生了偏離，煤質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表1，制粉系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 煤質(zhì)參數(shù)表

表2 磨煤機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 制粉系統(tǒng)問(wèn)題及其分析

2.1 制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)特性差

制粉系統(tǒng)出力取決于碾磨出力、通風(fēng)出力和干燥出力三者中最小者，制粉系統(tǒng)選型時(shí)根據(jù)煤質(zhì)水分Mt＝25.0進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)煤質(zhì)水分比較高，因此設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮制粉系統(tǒng)的干燥出力，風(fēng)量的選取偏大。

制粉系統(tǒng)出力與煤質(zhì)參數(shù)、分離器型式、設(shè)備狀況等有關(guān)，MPS型中速磨煤機(jī)蹍磨出力BM按下列公式進(jìn)行計(jì)算〔1〕:

式中BM0為磨煤機(jī)的基本出力；

fH為可磨性修正系數(shù)為煤粉細(xì)度修正系數(shù)，為原煤水分修正系數(shù)，當(dāng)Mt≤10%時(shí)fM＝1.0；當(dāng)Mt＞10%時(shí)fM＝1.0＋(10－Mt)×0.011 4；fA為原煤灰分修正系數(shù)，當(dāng)Aar≤20%時(shí)fA＝1.0；當(dāng)Aar＞20%時(shí)fA＝1.0＋(20－Aar)×0.005；fg為原煤粒度修正系數(shù)；fe為蹍磨件磨損至中后期時(shí)出力降低系數(shù)；fsi為分離器形式對(duì)磨煤機(jī)出力的修正系數(shù)。

隨著水分的下降，制粉系統(tǒng)的蹍磨出力、干燥出力都升高，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算制粉系統(tǒng)出力與燃煤水分的關(guān)系如圖1所示。在設(shè)計(jì)風(fēng)煤比下，若磨煤機(jī)入口風(fēng)量一定，則制粉系統(tǒng)出力相對(duì)提高。煤質(zhì)水分大幅下降后，一次風(fēng)速相對(duì)較高。

圖1 制粉系統(tǒng)出力與水分的關(guān)系

煤質(zhì)水分下降后，在磨煤機(jī)低出力時(shí)，磨煤機(jī)入口風(fēng)量降低，一方面石子煤排放量異常增大，另一方面磨煤機(jī)振動(dòng)大；磨煤機(jī)實(shí)際最低出力為15 t/h，高于設(shè)計(jì)值11.12 t/h，制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)特性差。

2.2 石子煤排放量大

入爐煤水分降低后，相對(duì)減小了磨煤機(jī)通風(fēng)量。在降低磨煤機(jī)入口風(fēng)量的同時(shí)，就地觀測(cè)到石子煤排放量明顯偏大，從窺視孔可見(jiàn)煤粒和石子煤不斷排出，掉入石子煤廢料箱中。加大磨煤機(jī)入口風(fēng)量后石子煤排放量顯著降低。

2.3 磨煤機(jī)分離器出口溫度高、冷風(fēng)調(diào)門開(kāi)度大

為維持制粉系統(tǒng)的出力，尤其是干燥出力，在磨煤機(jī)入口風(fēng)量一定的情況下，熱風(fēng)調(diào)門開(kāi)度相對(duì)較大，保證干燥劑量以維持終端溫度。在原風(fēng)煤比控制邏輯下，機(jī)組運(yùn)行期間磨煤機(jī)分離器出口溫度偏高，一般都在85℃左右，此時(shí)磨煤機(jī)調(diào)溫冷風(fēng)門開(kāi)度在30%～50%。而實(shí)際入爐煤為煙煤，揮發(fā)分Vdaf在38%左右，根據(jù)DL/T 5203—2005《火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、DL/T 5145—2012《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》等規(guī)程，分離器出口最高溫度應(yīng)在80℃以下，當(dāng)揮發(fā)分Vdaf≥40%，溫度一般應(yīng)控制在60～70℃。若想將分離器溫度控制低，則冷風(fēng)調(diào)節(jié)門開(kāi)度會(huì)更大，鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。

2.4 煤粉偏粗

在設(shè)計(jì)風(fēng)煤比運(yùn)行條件下對(duì)磨煤機(jī)出口煤粉進(jìn)行取樣分析，R90＝40%，設(shè)計(jì)R90＝22%，煤粉粗，造成飛灰可燃物高。

3 改造措施

在燃用設(shè)計(jì)高水分煤時(shí)，為保證制粉系統(tǒng)干燥出力，磨煤機(jī)入口風(fēng)量偏大，風(fēng)煤比相對(duì)較高。當(dāng)實(shí)際入爐煤質(zhì)尤其是水分大幅下降后 (收到基全水份由設(shè)計(jì)值的25%下降至實(shí)際的9.8%)，制粉系統(tǒng)出力提高，磨煤機(jī)入口風(fēng)量大，一次風(fēng)速過(guò)高，分離器出口溫度高，煤粉細(xì)度值偏大，影響燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性；當(dāng)磨煤機(jī)入口風(fēng)量降低后，石子煤排放量異常偏大。

根據(jù)火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定，MPS型中速磨風(fēng)環(huán)處風(fēng)速設(shè)計(jì)在100%通風(fēng)量時(shí)為75～85 m/s。磨煤機(jī)噴嘴設(shè)計(jì)值見(jiàn)表3，隨著磨煤機(jī)通風(fēng)量的減小和給煤量的降低，制粉系統(tǒng)出力逐漸下降，但磨煤機(jī)通風(fēng)量下降后，磨煤機(jī)噴嘴風(fēng)環(huán)處風(fēng)速降低，風(fēng)壓低，石子煤排放量異常偏大，磨煤機(jī)振動(dòng)異常。

表3 噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)

為提高噴嘴處的風(fēng)壓，采取了減小一次風(fēng)流通面積的方式，磨煤機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行熱力計(jì)算，確定沿磨盤圓周方向?qū)娮飙h(huán)實(shí)施調(diào)節(jié)封堵，減小噴嘴環(huán)截面積，在相同風(fēng)量條件下提高噴嘴處的風(fēng)壓。

圖2 磨煤機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)

4 實(shí)施效果分析

4.1 制粉系統(tǒng)出力

噴嘴處風(fēng)速提高后，風(fēng)量的調(diào)節(jié)裕量更大，降低風(fēng)量后就地觀察石子煤排放正常，由于噴嘴環(huán)處風(fēng)壓的提高，磨煤機(jī)處于最低煤量時(shí)磨入口風(fēng)量也隨之降低，磨內(nèi)可維持一定的煤層厚度，磨輥拉桿動(dòng)作正常，磨煤機(jī)本體就地振動(dòng)正常，磨煤機(jī)最低出力從18 t/h降低到12 t/h，大大提高了磨煤機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活性。

系統(tǒng)改進(jìn)后進(jìn)行了磨煤機(jī)最大出力試驗(yàn)，磨煤機(jī)在45 t/h下穩(wěn)定運(yùn)行2 h，磨煤機(jī)電流、振動(dòng)、溫度、煤粉細(xì)度均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

4.2 磨煤機(jī)磨輥磨損

增大噴嘴處風(fēng)速后，可能加劇對(duì)磨輥的磨損。磨煤機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，利用磨煤機(jī)停運(yùn)機(jī)會(huì)進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)內(nèi)部磨損嚴(yán)重情況，噴嘴環(huán)、磨輥、磨盤、液壓加載裝置等狀態(tài)正常。風(fēng)速增大后對(duì)磨輥的磨損是客觀存在的，在后期的運(yùn)行中定期進(jìn)行觀測(cè)和記錄。

4.3 磨煤機(jī)分離器出口溫度

磨煤機(jī)分離器出口溫度與入磨干燥劑量、原煤量、煤質(zhì)參數(shù)等有關(guān)，干燥劑量的大小需同時(shí)滿足干燥、通風(fēng)和鍋爐燃燒的要求。由于總體系統(tǒng)通風(fēng)量的減小，入爐水分降低后所需干燥風(fēng)量減小，分離器出口溫度可控制在60～75℃，冷風(fēng)調(diào)門開(kāi)度比之前減小。

4.4 煤粉細(xì)度值R90

影響煤粉細(xì)度的因素很多，在當(dāng)前磨煤機(jī)型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)、分離器型式和參數(shù)、入爐煤質(zhì)等條件一定的情況下，風(fēng)煤比相對(duì)降低，系統(tǒng)通風(fēng)量的減小對(duì)煤粉細(xì)度影響較顯著，煤粉細(xì)度R90可控制在22%以下。

4.5 石子煤

系統(tǒng)改進(jìn)后磨煤機(jī)風(fēng)量、石子煤量均有較大改善，制粉系統(tǒng)出力未見(jiàn)明顯影響的情況下，石子煤排放效果顯著，主要體現(xiàn)在石子煤量減少，石子煤顆粒粗大，顏色白，石子煤中攜帶的煤粒明顯減少。圖3是改造過(guò)程中石子煤排放情況對(duì)比。

圖3 改造前后石子煤排放變化情況

5 結(jié)束語(yǔ)

受制于煤炭供應(yīng)的多變，機(jī)組實(shí)際燃用的煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)可能存在一定的偏差，當(dāng)入爐煤偏離設(shè)計(jì)值較多時(shí)會(huì)給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)一系列影響。為提高中速磨對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性，基于入爐煤質(zhì)和制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)嘗試對(duì)中速磨沿圓周方向?qū)娮飙h(huán)通流面積進(jìn)行了調(diào)整。從改造后運(yùn)行效果看，磨煤機(jī)帶負(fù)荷能力未變化，磨煤機(jī)最小出力較之前下降，就地石子煤排放正常，風(fēng)煤比調(diào)節(jié)裕量增大，提高了制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)品質(zhì)，磨煤機(jī)入口風(fēng)量有進(jìn)一步下降的空間，分離器出口溫度和煤粉細(xì)度可控制在正常范圍內(nèi)，磨煤機(jī)煤種適應(yīng)性大大增強(qiáng)，可以作為同類型鍋爐中速磨改造借鑒。

〔1〕國(guó)家能源局.火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定:DL/T 5145—2012〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2012.

〔2〕袁宏偉，王雷，高正陽(yáng).電站鍋爐制粉系統(tǒng)出力影響因素分析 〔J〕.電力科學(xué)與工程，2012，28(2):65-70.

〔3〕吳建良.MPS212中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)運(yùn)行特性分析〔J〕. 華電技術(shù)， 2015， 37(3):61-63.

〔4〕呂施展，米子德.高水分褐煤在MPS中速磨直吹式制粉系統(tǒng)應(yīng)用中的探討 〔J〕，華北電力技術(shù)，2009(6):34-37.

〔5〕孫科，靳士奇，秦大川.MPS-HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)在高水分燃煤機(jī)組上應(yīng)用的試驗(yàn)研究 〔J〕.動(dòng)力工程學(xué)報(bào) ，2014，34(9):725-730.