李心亮 李耀德

摘?要：本文針對某電廠1000MW超超臨界鍋爐制粉系統(tǒng)出力不足、效率較低的問題，以C磨煤機為基準進行了優(yōu)化改造。對原有一次風噴口安裝新型旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)，并改變磨煤機加載力控制方式和制粉系統(tǒng)熱工控制方式。經(jīng)改造前后制粉系統(tǒng)性能對比實驗研究表明：在出力相同的情況下，C磨電流為57.6A，相比其他磨煤機有了大幅降低，一次風量也有明顯降低，煤粉細度提高且更趨均勻，石子煤提前排出。綜合評估：C磨煤機全年可以節(jié)約成本22.68萬元。若全廠其他磨煤機均做相同的改造，那么一次風量、磨煤機單耗將會大幅降低，燃燒效率以及飛灰含碳量亦會有明顯的改善，將會取得顯著的節(jié)能降耗效果。本次新技術改造是完全成功，也可以為同類設備的節(jié)能增效工作提供有益的借鑒。

關鍵詞：改造;制粉系統(tǒng);磨煤機;一次風量;煤粉細度

Experimental Study on Optimization

of 1000MW UltraSupercritical Pulverized Coal System

Li Xinliang?Li Yaode

NorthChina ElectricPower Test and Research Institute Co.，Ltd.of CEEC?Tianjin?300161

Abstract：In this paper，a power plant 1000MW ultra-supercritical coal pulverizing system，the output is low，the efficiency is low，with C mill as a benchmark for optimization and transformation.Install a new type of rotating nozzle ring on the original primary air nozzle and change the control method of the load force of the coal pulverizer and the thermal control method of the pulverizing system.The comparison of the performance of the pulverizing system before and after retrofitting shows that under the same output condition，the current of C mill is 57.6A，which is greatly reduced compared with other mills，the primary air volume also decreases obviously，the fineness of pulverized coal increases and more uniform，early discharge of stone coal.Comprehensive assessment：C Mill can save costs 226，800 yuan throughout the year.If all the other coal mills are doing the same transformation，then the air volume，coal mill unit consumption will be significantly reduced，the combustion efficiency and carbon content of fly ash will also be significantly improved，will achieve significant energy saving effect.The new technology is completely successful transformation，but also for the energy efficiency of similar equipment to provide useful lessons learned.

Key words：remolding coal powder system，coal mill，primary air volume，pulverized coal fineness

中國是能源消費大國，燃煤發(fā)電機組是能源消耗中的重中之重。提高燃煤機組效率、降低污染排放是眾多電力科研人員不懈追求的目標。[1]中速輥式磨煤機可以有效提高鍋爐效率，且負荷適應性寬、啟動迅速，因而在電力系統(tǒng)應用廣泛。[2]計算表明，對于制粉系統(tǒng)來說，僅考慮煤粉細度一項：當煤粉均勻性指數(shù)增加0.1時，大型鍋爐效率可以提高0.15%～0.2%;當煤粉細度由R90=21%下降到R90=14.4%時，鍋爐效率可以提高0.25%。[3]近年來，國內(nèi)外學者對中速磨煤機制粉系統(tǒng)開展了廣泛的研究。朱憲然[4]針對中速磨煤機內(nèi)部流場建立了氣固兩相數(shù)值模型，計算獲得了石子煤排放率曲線;Angleys，Bhasker[5-9]等人對分離器進行了改造，建立了Fluent數(shù)值模型，研究了出口氣流對磨煤機內(nèi)部流場的影響，取得了很好的效果。夏季[10]建立了摻燒模式下的磨煤機最優(yōu)化經(jīng)濟配比模型，得出了多個Pareto解?？梢姡瑢χ品巯到y(tǒng)優(yōu)化改造，對火電廠節(jié)能降耗意義非凡。本文采用新型旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)技術對某電廠的制粉系統(tǒng)進行了改造，取得了良好的效果。

1 機組概況

1.1 鍋爐系統(tǒng)簡介

某電廠采用東方鍋爐股份有限公司超超臨界變壓直流燃煤鍋爐，型號DG-3100/ 26.15-Ⅱ2，一次再熱，單爐膛π型，旋流燃燒器前后墻對沖燃燒方式，尾部雙煙道結構，固態(tài)排渣，全鋼構架，全懸吊結構，平衡通風，露天布置。采用低NOx旋流煤粉燃燒器48只，分三層布置。鍋爐主要設計參數(shù)見詳表1。

1.2 磨煤機及煤質(zhì)參數(shù)

制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，由兩臺一次風機提供介質(zhì)流動動力，磨煤機采用MPS290型中速輥式磨煤機，另配有兩臺密封風機提供密封風。磨煤機主要設計參數(shù)詳見表2，煤質(zhì)資料見表3。

2 制粉系統(tǒng)存在的問題

在機組運行過程中，制粉系統(tǒng)逐漸暴露出如下問題：一次風量較大，運行統(tǒng)計風煤比在2.2左右，居高不下;制粉單耗達到12kWh/t以上，造成較大的電能損耗;磨煤機內(nèi)部流場分布不合理;石子煤排放不暢，石子煤倉板結嚴重。隨著石子煤倉內(nèi)部溫度升高，摻雜在石子煤中的碳粒自燃，燒毀密封圈，帶來設備的損壞;煤粉細度偏大，均勻性指數(shù)僅為1.0左右，造成鍋爐不完全燃燒損失增大，鍋爐燃燒效率降低?；谝陨嫌^測分析可知：該制粉系統(tǒng)技術較為落后，經(jīng)過長時間運行，性能指標下降，難以滿足經(jīng)濟運行的要求，對其進行新技術改造甚為必要。圖1&2是運行期間標定后的磨煤機（C磨煤機）一次風量圖與分離器特性圖。

3 制粉系統(tǒng)改造與試驗

3.1 改造方案

針對制粉系統(tǒng)存在的問題，本組人員通過對國內(nèi)外先進技術的分析研究認為：制粉系統(tǒng)可以進行以下改造，方案如下：①對原有一次風噴嘴環(huán)重新進行設計，安裝新型旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)（見圖3、4），并調(diào)整折向擋板開度，使其與改造后的系統(tǒng)相適應;②新型旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)的動、靜環(huán)均采用分段、分層結構，實現(xiàn)最新技術的應用;③將加載力控制方式改為在線控制的變加載方式。如此磨煤機可實現(xiàn)空負荷啟動，提高低負荷適應性，減小變負荷時磨煤機出力變化太大對機組造成的沖擊，增強機組動態(tài)響應特性;④對制粉系統(tǒng)熱工控制做出相應改造，用在線智能控制代替程序控制。力爭實現(xiàn)如下改造目標：石子煤排放量降低1.5%以上，易磨損件壽命達到20000h，與磨煤機檢修周期匹配，易損件更換時間縮短至8h。

3.2 改造后試驗

制粉系統(tǒng)改造完成后，電廠對磨煤機出力、一次風量、分離器轉(zhuǎn)速等進行了調(diào)整。為了獲取該制粉系統(tǒng)的各項性能指標，對改造后的設備（以C磨為特征磨煤機）進行了試驗。

4 試驗及結果分析

4.1 制粉系統(tǒng)一次風量調(diào)整試驗

分別在C磨煤機常用出力55t/h、65t/h、75t/h工況下，保持磨煤機分離器轉(zhuǎn)速500r/min，變化磨煤機一次風量。測試確定了磨煤機在三種出力下對應的最佳一次風量為110t/h，120t/h，130t/h。試驗結果見圖5。

根據(jù)圖5所示試驗結果：擬合得出C磨煤機最佳一次風量相對于磨煤機出力的數(shù)學關聯(lián)式為：

F=D+55（1）

其中：F—磨煤機最佳一次風量，單位為t/h

D—磨煤機出力，單位為t/h

根據(jù)公式（1）分析可得：C磨煤機噴嘴環(huán)改造后，磨煤機出力與制粉系統(tǒng)最佳一次風量呈嚴格的線性關系，對比機組其他磨煤機特性曲線可知，采用新型噴嘴技術對制粉系統(tǒng)特性未帶來任何不利影響，證明新型旋轉(zhuǎn)噴嘴技術是可行的。對比圖1可以看出：進行新型噴嘴環(huán)改后，一次風量有了明顯的減少，風量配比也更趨合理，節(jié)能效果明顯。

4.2 分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整試驗

在磨煤機最佳一次風量工況下，分別在其常用出力區(qū)間55t/h、65t/h、75t/h工況下，變化磨煤機分離器轉(zhuǎn)速，待磨煤機參數(shù)穩(wěn)定后，全面測試了磨煤機參數(shù)，獲得磨煤機性能隨分離器轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律數(shù)據(jù)，分別確定了磨煤機不同出力下滿足煤粉細度條件下的最佳分離器轉(zhuǎn)速，獲得磨煤機出力對應的分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整曲線。試驗結果見圖6。

根據(jù)圖6分析可得：不同磨煤機出力工況下，煤粉細度隨分離器轉(zhuǎn)速增高而下降，但并非呈嚴格線性關系。究其原因在于：試驗和運行中制粉系統(tǒng)設備不能夠完全按照設計條件運行，并且與試驗誤差共同作用導致的結果。但此種擬線性規(guī)律依然可以對新型噴嘴技術制粉系統(tǒng)優(yōu)化運行提供理論指導。同時對比圖2可以看出，改造后煤粉細度有了較大提高，并且更加均勻。

4.3 橫向?qū)Ρ仍囼?/p>

選擇A、F磨煤機作為對比試驗對象，分別在磨煤機出力65t/h、75t/h工況下完成試驗（試驗過程中各臺磨使用相同煤種），保持磨煤機習慣運行方式，磨煤機參數(shù)穩(wěn)定，全面測試制粉系統(tǒng)各項參數(shù)，獲得未改造磨煤機性能數(shù)據(jù)與C磨煤機最佳工況數(shù)據(jù)對比表，確定了制粉系統(tǒng)改造效果。試驗結果見表4和表5。在磨煤機出力65t/h、75t/h工況下C磨30分鐘耗電量比A、F磨節(jié)省電能50kWh以上，改造效果非常明顯。

4.4 石子煤橫向?qū)Ρ仍囼?/p>

選擇A、C、F磨煤機作為對比試驗對象，分別在磨煤機出力55t/h、65t/h和75t/h工況下，對比石子煤排量及石子煤粒徑。在負荷55t/h下，C磨石子煤排放量每小時約為100kg，A磨與F磨石子煤排放量每小時約為20～30kg。試驗結果見圖7。由圖7可以看出，C磨石子煤的粒徑較A磨和F磨而言，很大部分顆粒在25mm以上。在負荷65t/h和75t/h下，石子煤排量與形態(tài)相差不大。

4.5 均勻性指數(shù)橫向?qū)Ρ仍囼?/p>

采用等速取樣裝置對A、B、C、D煤粉進行取樣，以便于對比分析，試驗結果見表5：

4.6 單耗橫向?qū)Ρ仍囼?/p>

在磨煤機試驗中，采用給煤量積算值確定試驗期間小時給煤量，最終計算各臺磨煤機耗電量，測試結果見表6：

從橫向?qū)Ρ仍囼灴梢钥闯觯涸谀ッ簷C出力和煤粉細度相當?shù)那闆r下，C磨煤機的出力最大，但單耗最小，降到了826kWh/t。僅此一項，足以證明采用改造后的制粉系統(tǒng)可以獲得優(yōu)良的經(jīng)濟效果。

5 能效分析

5.1 制粉系統(tǒng)節(jié)約電量分析

通過功率表監(jiān)測計算：C磨煤機改造前后對比電耗降低10%左右，每小時節(jié)電量約為108 kWh，按電價0.3元/kWh，一年運行7000小時計算，每年可節(jié)約22.68萬元，節(jié)能效果顯著。僅此一項可以推算投資回報年限為2年。

5.2 延長制粉系統(tǒng)壽命

大粒徑石子煤的提前排除會使磨輥、磨瓦等易磨損配件壽命延長，減小檢修周期，節(jié)省配件更換投資。同時石子煤的提前排除可降低汞、砷等有害元素對催化劑的影響，延長催化劑壽命，節(jié)省催化劑更換費用。

5.3 一次風機節(jié)能

一次風機在整個廠用電系統(tǒng)中占有較高的比重，其電機功率為2500kW（磨煤機電機功率1120kW）。單臺機組制粉系統(tǒng)改造后，一次風量下降14%左右。若整臺機組磨煤機全部更換改造，忽略空預器漏風因素影響，則一次風機總風量大約可下降14%，實現(xiàn)了相當良好的節(jié)能效果。但是分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：改造后制粉系統(tǒng)石子煤量稍大，未能完全達到改造目標，應在后續(xù)運行中持續(xù)監(jiān)測、調(diào)整。

6 結論

（1）通過制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗擬合出最佳一次風量數(shù)學關聯(lián)式，為同類型機組制粉系統(tǒng)改造以及優(yōu)化運行提供了理論指導。

（2）通過試驗得到了磨煤機風煤比曲線、分離器轉(zhuǎn)速特性曲線等主要運行特性曲線。在較高負荷下，C磨風粉比維持在1.6～1.8左右，而其他磨煤機風粉比維持在2.0以上。按照該風煤比曲線控制磨煤機入口風量，可保證煤粉細度R90在8%～9%，可以大幅度提高鍋爐效率，節(jié)能效果顯著。

（3）與同煤種同型號磨煤機相比，C磨煤機石子煤顆粒較大，且大部分為石子。石子的排出能有效減少磨煤機部件（磨瓦、磨輥等）以及后續(xù)煤粉管道的磨損。石子煤顆粒較大說明改造后磨煤機能在研磨過程的較早階段篩選石子，降低磨煤機耗電量。通過A、C、F磨煤機相同出力對比試驗，C磨煤機節(jié)電約20%～25%。

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