曹 陽，魏 來，張向群，房國成，劉永赤

(1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

印尼褐煤的水分和揮發(fā)分含量較高，全水分含量高達40%～61%，空 干 基 水 分 為 17%左右，揮 發(fā) 分 為50%～60%[1]；其灰分和固定碳含量較低，熱值不高，屬于低硫低氮煤[2]。根據(jù)《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》，大型褐煤鍋爐制粉系統(tǒng)一般都采用中速磨煤機或風扇磨煤機制粉系統(tǒng)，但中速磨煤機受熱風溫度、通風能力以及允許溫度等制約條件不適用于全水分Mf>30%的煤種[3]；而風扇磨煤機制粉系統(tǒng)可采用高溫爐煙、熱風和冷爐煙或冷風作為干燥介質(zhì)，可保證高水分煤質(zhì)滿足鍋爐燃燒要求。同時通過冷煙氣可以控制三介質(zhì)干燥劑內(nèi)O2和CO2容積百分比，保證制粉系統(tǒng)運行安全。

1 風扇磨煤機制粉系統(tǒng)特性

1.1 風扇磨煤機制粉系統(tǒng)概況

1.1.1 三介質(zhì)干燥劑及其冷卻系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)采用高溫爐煙、熱風和冷爐煙3種干燥劑，熱風來源于熱二次風，高溫爐煙由爐膛上部抽取，冷爐煙來源于引風機后煙氣，3種干燥劑混合后進入磨煤機。高爐煙冷卻系統(tǒng)采用膜式內(nèi)冷高溫爐煙管道，通過冷卻水與煙氣逆向流動保護高溫爐煙管道，避免超溫危險。

1.1.2 風扇磨煤機

風扇磨煤機是燃用褐煤鍋爐機組直吹式制粉系統(tǒng)的主體設(shè)備，可同時完成煤的磨碎、干燥和輸送三大功能。風扇磨煤機主要由帶護板的機殼和在機殼中高速旋轉(zhuǎn)的打擊輪組成。機殼上部安裝箱式慣性分離器，在分離器上部裝有風量調(diào)節(jié)擋板，可改變磨煤機通風量，內(nèi)部安裝有可調(diào)整煤粉細度和磨煤機內(nèi)部壓力的內(nèi)、外循環(huán)擋板。打擊輪懸臂安裝在雙列軸承支撐的主軸上，主電機經(jīng)聯(lián)軸器直接驅(qū)動打擊輪高速旋轉(zhuǎn)。所用風扇磨煤機的主要參數(shù)如表1所示。

1.2 風扇磨煤機制粉系統(tǒng)特點

1.2.1 干燥能力

風扇磨煤機制粉系統(tǒng)適用于高水分褐煤，入口溫度可達550 ℃以上，并可使一次風率達20%～25%，煤粉水分為6%左右，保證鍋爐燃燒要求[4]。理論計算和實際運行經(jīng)驗均表明，風扇磨煤機的干燥能力比中速磨煤機強很多，對全水分高達60%左右的印尼褐煤干燥效果更為明顯。

表1 風扇磨煤機主要參數(shù)

1.2.2 防爆特性

風扇磨煤機制粉系統(tǒng)采用三介質(zhì)干燥劑，CO2≥4%，O2<12%[5]。實際運行中，調(diào)整冷煙和熱風擋板開度可控制風扇磨煤機入口氧量僅為4%～7%，降低了磨煤機爆炸的可能性，也簡化制粉系統(tǒng)的防爆設(shè)計，風扇磨煤機的防爆特性非常適用于高揮發(fā)分的印尼褐煤。

1.2.3 對鍋爐爐膛結(jié)渣和磨損的影響

風扇磨煤機制粉系統(tǒng)由于一次風中含有大量冷爐煙，可有效降低燃燒器出口燃燒溫度，降低爐膛結(jié)渣的可能性。風扇磨煤機磨制出的煤粉較粗，在磨制褐煤時，R90一般要求小于 45%，但褐煤的揮發(fā)分較高，粗煤粉并不影響其著火和燃盡，選用較高的R90，可以延長磨煤機耐磨件的使用壽命[6]。

1.2.4 跟蹤機組負荷特性

風扇磨煤機制粉系統(tǒng)可以很好跟蹤機組負荷快速變化，單臺風扇磨煤機瞬時煤量變化為10～50 t，機組平均降負荷速率為18.95 MW/min，平均升負荷速率為19.26 MW/min；緊急情況下，可以在短時間內(nèi)啟動，無需暖磨，因此風扇磨煤機可以在煤質(zhì)變化較大和燃燒狀況不好的情況下很好跟蹤負荷變化燃料量。

1.2.5 系統(tǒng)布置特點及維修管理

風扇磨煤機本體占地面積大，其干燥要求需抽取800～1 150 ℃的爐煙，為不影響爐膛熱負荷分布，爐煙由爐膛上部抽出，因抽高溫爐煙管道較粗，不易布置，故將磨煤機盡量布置在爐膛四周。風扇磨煤機維護工作量較大，易磨損件使用壽命在2 000 h，檢修工作較為頻繁。

1.2.6 三介質(zhì)干燥劑系統(tǒng)

a. 采用三介質(zhì)干燥劑，可以保持熱風量不變，調(diào)節(jié)冷煙氣量來適應(yīng)磨煤機不同運行工況時的干燥要求，摻入冷煙氣可以控制磨煤機入口氧量。

b. 在機組調(diào)試期間，三介質(zhì)干燥劑系統(tǒng)可以靈活控制磨煤機出口溫度，保證運行可靠；在變工況和低負荷運行時，一次風率變化不大，保證燃燒穩(wěn)定。

c. 能降低燃燒區(qū)域溫度水平，減少或避免爐膛結(jié)焦，降低NOx的生成。

d. 膜式高溫爐煙管道冷卻系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生漏水現(xiàn)象，而且系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜，初期投資較大。

2 調(diào)試運行中遇到的問題及解決方法

2.1 風扇磨煤機軸承溫度超溫跳閘

磨煤機軸承溫度的跳閘保護定值為80 ℃，空載試轉(zhuǎn)的過程中，試轉(zhuǎn)45 min左右，軸承溫度就會急速升高并跳閘。后期通過改裝冷油器和冷卻水閥門使冷卻水量達到123 L/min，高于設(shè)計要求的100 L/min，嚴格控制冷卻水溫度小于30 ℃，確保冷卻效果；同時改裝了軸承油站的供回油管路，加強了潤滑油的流通性，使軸承超溫問題得以解決。

2.2 風扇磨煤機電機軸承超溫跳閘

磨煤機電機軸承溫度的跳閘保護定值為90 ℃，空載試轉(zhuǎn)過程中，電機軸承溫度頻繁超溫并跳閘。檢查后發(fā)現(xiàn)電機安裝位置出現(xiàn)偏差，造成對輪間隙過大，通過改變對輪間隙以及更換聯(lián)軸器使問題得以解決。

2.3 風扇磨煤機出入口溫度控制困難

在磨煤機啟動初期或在低負荷情況下運行時，磨煤機的出口溫度經(jīng)常超溫。在啟動初期是因為磨煤機啟動時，相比干燥劑的進入速度，煤進入磨煤機有滯后性，易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。針對這一問題，通過減小磨煤機出口擋板開度、打開內(nèi)外循環(huán)擋板，減少出口通流量，同時加快給煤機轉(zhuǎn)速，使煤盡快進入磨煤機，從而控制住出口溫度。對于低負荷運行情況下磨煤機出口超溫，通過控制冷煙擋板開度以及調(diào)整磨煤機給煤量偏置值來控制溫度。

磨煤機在大負荷運行工況下入口超溫原因是在大負荷運行情況下，單臺磨煤機煤量較大，出口溫度相對較低，冷煙擋板開度逐漸減小以保證出口溫度，但由于冷煙量在三介質(zhì)干燥劑中占比減少，干燥劑溫度提高，造成入口溫度超溫。通過減小磨煤機出口溫度自動調(diào)節(jié)定值、調(diào)整磨煤機給煤量偏置值將煤量減少、適當增加熱風擋板開度等方法來控制磨煤機入口溫度。

2.4 磨煤機支路送粉管道有積粉現(xiàn)象

為保證鍋爐的燃燒，將磨煤機5根支路送粉管道的出口擋板逐層關(guān)小，使燃燒呈正三角燃燒方式，減小了上層粉管通風量，導(dǎo)致上層支路粉管發(fā)生堵塞現(xiàn)象，尤其在停磨煤機過程中，由于褐煤的揮發(fā)分特性極易著火燃燒，存在設(shè)備安全隱患。

一次風速、風率過小是造成堵管的主要原因，為防止一次風堵管，運行時要保證一次風速和風量，各燃燒器一次風速設(shè)計為22 m/s左右，而且停磨煤機時要將磨煤機內(nèi)的煤粉全部吹入爐膛后再將磨煤機停止，確保積粉吹掃干凈[7]。

2.5 給煤系統(tǒng)堵塞

3臺機組均出現(xiàn)給煤機漏煤堵塞現(xiàn)象，將給煤機內(nèi)部堵滿，清理過程復(fù)雜耗時，影響機組穩(wěn)定運行。給煤機堵塞主要是因為中心給料機瞬時落煤量較大，皮帶運量不足，且皮帶寬度有限，導(dǎo)致多余的煤從皮帶兩側(cè)掉入給煤機下部，掉入煤量大于清掃鏈的清理速度，最終將給煤機堵死。經(jīng)分析后，在漏煤口給煤機皮帶兩側(cè)加裝了2 m長的整形板，減少了皮帶漏煤量；同時加快清掃鏈的清掃速度，防止漏煤堆積，給煤機堵塞問題得以解決。

3 風扇磨煤機制粉系統(tǒng)的特殊控制

3.1 調(diào)門擋板控制

控制磨煤機調(diào)門擋板進而調(diào)整風扇磨煤機的出口溫度和內(nèi)部氧量，擋板自動跟蹤出力改變相應(yīng)開度，其中包括冷煙擋板、熱風擋板、出口分離器擋板和內(nèi)外循環(huán)擋板；冷煙擋板控制出入口溫度，熱風擋板控制內(nèi)部氧量，出口分離器擋板控制出口通流量，內(nèi)外循環(huán)擋板控制內(nèi)部壓力。

調(diào)整冷煙擋板是控制風扇磨煤機出入口溫度的主要方法，冷煙擋板的自動控制根據(jù)2個條件，一是磨煤機出力情況，二是設(shè)定溫度與實際溫度的溫度差來開關(guān)擋板。隨著磨煤機煤量的不斷增加，出口溫度會不斷下降，冷煙擋板開度逐漸減小，但由于煤量變化對溫度變化影響有滯后性，所以煤量變化的同時給冷煙擋板一個前饋指令。在磨煤機出力穩(wěn)定后，調(diào)整冷煙擋板開度來使實際的出口溫度接近設(shè)定值。冷煙擋板開度不小于15%用于控制三介質(zhì)干燥劑的溫度，防止入口超溫。

磨煤機內(nèi)部氧含量過高很容易發(fā)生爆燃現(xiàn)象，對設(shè)備和人身安全都有一定危害[8]，尤其是燃用揮發(fā)分較高的印尼褐煤，但氧量過低會影響燃燒器出口燃燒，所以控制好氧量非常重要。通過調(diào)整熱風擋板來控制內(nèi)部氧含量。在磨煤機內(nèi)氧含量低于4%時，熱風擋板全開，而當氧含量高于7%時，熱風擋板全關(guān)，在實際運行中將氧含量控制在4.3%～6.5%。

出口分離器擋板調(diào)整風扇磨煤機出口通流量，通流量過小會造成管道積粉，而通流量過大磨煤機出口溫度高。綜合考慮后，當磨煤機出力小于50 t/h時，出口分離器擋板保持50%開度，隨著磨煤機出力加大，擋板開度隨之增加，當磨煤機出力為110 t/h時，擋板全開。

磨煤機啟動時防止磨煤機內(nèi)部超溫超壓，手動開啟內(nèi)、外循環(huán)擋板，而正常運行時內(nèi)、外循環(huán)擋板全關(guān)。

3.2 安全防爆控制

鍋爐燃燒高揮發(fā)分印尼褐煤需考慮煤場存儲、裝卸、制粉、燃燒以及鍋爐本體可能出現(xiàn)的問題，特別是制粉系統(tǒng)的爆炸將直接導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害[9]。其中煤粉粗細、磨煤機內(nèi)部氧含量、風粉混合物溫度和煤粉沉積量是誘發(fā)爆炸的決定因素[10]。為了防止制粉系統(tǒng)爆炸，采取了如下措施。

a. 控制煤粉粗細。煤粉越細，其周圍所吸附的空氣或氧氣越多，越容易發(fā)生自燃，而當煤粉顆粒大于0.1 mm時幾乎不會發(fā)生自燃，風扇磨煤機可以防止煤粉磨制過細。

b. 控制磨煤機內(nèi)部氧含量。磨煤機內(nèi)部含氧比例越大，爆炸的可能性也隨之增加，當氧含量小于15%時，爆炸的可能性將大大減小。風扇磨煤機系統(tǒng)選用三介質(zhì)干燥劑，內(nèi)部氧含量控制在4%～7%。

c. 控制風粉混合物溫度。風粉混合物溫度越高，煤粉顆粒所需的著火熱越小，燃燒速度越快，越容易發(fā)生爆炸，而低于一定溫度則沒有爆炸危險。控制三介質(zhì)干燥劑中的冷風比例，保證混合物溫度在安全的范圍內(nèi)。

d. 防止煤粉沉積。煤粉出現(xiàn)沉積后，會在氧氣的作用下發(fā)生緩慢氧化形成自燃，造成爆炸。分離器擋板開度不小于50%，有效保證磨煤機出口通流量，進而確保送粉速度大于22 m/s，防止煤粉沉積。

e. 設(shè)置防爆門。制粉系統(tǒng)爆炸是由內(nèi)部壓力過高無處釋放所造成。每臺風扇磨煤機出口處安裝了5個防爆門，其作用就是在磨煤機內(nèi)部壓力達到爆炸極限值之前提前動作釋放內(nèi)部壓力，防止爆炸發(fā)生。

4 結(jié)束語

風扇磨煤機制粉系統(tǒng)以及配備的三介質(zhì)干燥劑系統(tǒng)具有較強的干燥能力和防爆特性，適用于含有較高水分和揮發(fā)分的印尼煤，并且在機組運行過程中能很好跟蹤負荷變化，但其系統(tǒng)占地龐大，且檢修工作量較大。對于風扇磨煤機制粉系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題都已得到了處理和解決，運行過程中通過相應(yīng)的自動控制減少了大量的運行操作，并且保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，滿足了機組長期穩(wěn)定運行的要求。