周亮，陳文

(1.國(guó)電長(zhǎng)源荊州熱電有限公司，湖北荊州434000；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院高效清潔火力發(fā)電技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410007)

磨煤機(jī)作為火力發(fā)電廠最主要的輔機(jī)之一，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電廠鍋爐帶負(fù)荷能力和煤粉燃燒的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)狀況。制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)是鍋爐機(jī)組燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)的主要內(nèi)容之一，其目的是通過(guò)對(duì)制粉系統(tǒng)的測(cè)量和調(diào)整，掌握制粉系統(tǒng)的各種運(yùn)行特性，并以此作為運(yùn)行工況調(diào)整及確定制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式的依據(jù)，提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

國(guó)內(nèi)外多位學(xué)者專家對(duì)制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整進(jìn)行了相關(guān)研究，樊泉桂[1]等根據(jù)中速磨煤機(jī)優(yōu)化調(diào)整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討了輸粉管煤粉分配的均勻性和煤粉細(xì)度的變化規(guī)律。段學(xué)農(nóng)[2]等針對(duì)某廠直吹式制粉單耗偏高的問題，分析了直吹式制粉系統(tǒng)的電耗特性、燃燒器布置方式、實(shí)際燃用煤質(zhì)對(duì)直吹式制粉單耗的影響，陳文[3～4]等針對(duì)MPS180型中速磨煤機(jī)運(yùn)行期間存在的石子煤排放異常、分離器出口溫度高、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門開度大、煤粉細(xì)度偏粗等異常問題進(jìn)行了分析，指出磨煤機(jī)入口風(fēng)量偏大、一次風(fēng)速偏高是主要原因，提出了對(duì)磨煤機(jī)動(dòng)噴嘴環(huán)的改造方案。呂太[5]等針對(duì)某廠ZGM113G型中速磨在運(yùn)行中存在的問題，利用CFD模擬軟件對(duì)該磨機(jī)的分離器進(jìn)行研究，模擬不同擋板開度下分離器內(nèi)部氣體流場(chǎng)變化和顆粒運(yùn)動(dòng)軌，分析不同粒徑煤粉顆粒在不同擋板開度下的分離效率和進(jìn)出口的壓差變化情況。李沙[6]等結(jié)合一臺(tái)ZGM113G型中速磨煤機(jī)碾磨煤粉的細(xì)度偏粗問題，從磨輥加載力、分離器擋板開度和風(fēng)煤比等方面開展了相關(guān)試驗(yàn)。劉文勝[7]等對(duì)一臺(tái)1 100 t/h鍋爐的磨煤機(jī)進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究了給煤質(zhì)量流量、一次風(fēng)量和分離器轉(zhuǎn)速對(duì)煤粉細(xì)度和制粉單耗的影響，認(rèn)為給煤質(zhì)量流量和分離器轉(zhuǎn)速對(duì)煤粉細(xì)度和制粉單耗的影響較大，磨煤機(jī)運(yùn)行一定時(shí)間后，需要調(diào)整運(yùn)行參數(shù)以保證制粉系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 設(shè)備概述

某電廠300 MW機(jī)組鍋爐采用冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置5臺(tái)ZGM95N型中速輥盤式磨煤機(jī)，配離心式分離器，設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R9015.84%，磨煤機(jī)主要性能數(shù)據(jù)見表1。

表1 磨煤機(jī)主要性能參數(shù)

鍋爐長(zhǎng)期存在一次風(fēng)量表盤值不準(zhǔn)確、一次風(fēng)煤比偏高、煤粉細(xì)度偏粗、飛灰可燃物含量偏高等問題，影響了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，有必要對(duì)鍋爐制粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 煤粉細(xì)度試驗(yàn)

制粉系統(tǒng)煤粉細(xì)度是影響鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一，煤粉細(xì)度表示一定粒級(jí)的煤粉含量的百分比，表征的是煤粉的粗細(xì)程度，煤粉細(xì)度Rx和煤粉粒度x之間的關(guān)系反映了煤粉中顆粒的分布規(guī)律，一般可以用Rosin-Rammler方程來(lái)表示[8]:

式中Rx為煤粉細(xì)度，%；b為反映煤粉粗細(xì)程度的常數(shù)；x為煤粉顆粒尺寸，μm；n為煤粉的均勻性指數(shù)，反映煤粉粒徑分布的指數(shù)。

將磨煤機(jī)出力調(diào)至38 t/h，保持常規(guī)習(xí)慣運(yùn)行方式并穩(wěn)定工況，在磨煤機(jī)出口4根煤粉管的取樣孔上用AKOMA2000進(jìn)行等速取樣抽取煤粉，根據(jù)指示盤的位置可以確定取樣頭的位置，取樣槍彎頭的長(zhǎng)度與指示盤托架高度一致。指示盤將煤粉管分成64個(gè)相同面積網(wǎng)格，每根煤粉管一次取樣時(shí)間為640 s。樣品利用氣流篩分析煤粉細(xì)度R90/R200，煤粉細(xì)度試驗(yàn)值見表2，煤質(zhì)參數(shù)見表3。

表2 煤粉細(xì)度試驗(yàn)值

表3 試驗(yàn)煤樣分析數(shù)據(jù)

煤粉的燃燒反應(yīng)主要是先在顆粒表面上進(jìn)行的，煤粉顆粒越細(xì)，單位質(zhì)量的煤粉表面積越大，燃燒速度就越高，煤粉顆粒就越容易被加熱，因而也越容易穩(wěn)定燃燒。細(xì)煤粉中揮發(fā)分比粗煤粉容易析出，也容易加熱，因而細(xì)煤粉容易著火，也容易燃盡。相關(guān)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)[9]，煤粉燃盡時(shí)間與顆粒直徑的平方成正比，當(dāng)鍋爐燃用煤質(zhì)一定時(shí)，提高煤粉細(xì)度能顯著提高煤粉氣流著火的穩(wěn)定性，煤粉越細(xì)著火燃燒越迅速，鍋爐不完全燃燒損失越小，但磨煤機(jī)的制粉電耗及金屬磨損量也越大，因此對(duì)固態(tài)排渣煤粉爐燃用無(wú)煙煤、貧煤和煙煤時(shí)，存在最佳的經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度，使兩者總損失最低。一般煤粉細(xì)度R90可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取。根據(jù)實(shí)際入爐煤質(zhì)情況，煤粉細(xì)度R90宜控制在18%～22%。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，部分磨煤機(jī)煤粉細(xì)度偏粗，有的R90達(dá)到30%以上。通過(guò)調(diào)整磨煤機(jī)粗粉分離器的擋板角度調(diào)整煤粉細(xì)度，折向門的開度一般為25°～80°，分離器擋板角度越小，擋板對(duì)煤粉的慣性分離作用越強(qiáng)，煤粉的細(xì)度越低。根據(jù)試驗(yàn)煤粉細(xì)度情況進(jìn)行分離器擋板調(diào)節(jié)，將煤粉細(xì)度控制在18%～22%。

2.2 磨煤機(jī)出口煤粉管粉量分配特性試驗(yàn)

磨煤機(jī)出口粉管的粉量偏差易造成每只燃燒器熱負(fù)荷不一，煤粉量小、煤粉濃度低的燃燒器出口溫度相對(duì)下降，燃燒不穩(wěn)定甚至可能出現(xiàn)火檢信號(hào)不穩(wěn)定的現(xiàn)象；而煤粉量大、煤粉濃度高的燃燒器可能出現(xiàn)缺氧，致使飛灰和灰渣可燃物也隨之提高。對(duì)每根煤粉管的粉量均勻性進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1—5所示。

圖1 A磨煤機(jī)出口煤粉管粉量分配

圖2 B磨煤機(jī)出口煤粉管粉量分配

圖3 C磨煤機(jī)出口煤粉管粉量分配

圖4 D磨煤機(jī)出口煤粉管粉量分配

圖5 E磨煤機(jī)出口煤粉管粉量分配

從磨煤機(jī)出口粉管的粉量分配特性試驗(yàn)中可以看出，磨煤機(jī)出口粉管的粉量存在著偏差，粉量最大偏差均超過(guò)10%，其中A4管粉量最大偏差超過(guò)了40%，粉量偏差也是造成飛灰可燃物偏高的因素之一。

2.3 磨煤機(jī)分離器擋板特性試驗(yàn)

煤粉細(xì)度變化和分離器折向門開度、磨輥碾磨力、給煤量、一次風(fēng)量大小等因素有關(guān)，機(jī)組運(yùn)行期間主要通過(guò)調(diào)整折向門開度獲得合適的煤粉細(xì)度。在磨煤機(jī)煤量為27 t/h左右，DCS一次風(fēng)量為67 t/h左右時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)離心式分離器折向門擋板開度，進(jìn)行煤粉取樣及煤粉細(xì)度篩分，以獲取分離器擋板特性，具體試驗(yàn)結(jié)果見圖6—10。

圖6 A磨煤機(jī)分離器擋板特性

圖7 B磨煤機(jī)分離器擋板特性

圖8 C磨煤機(jī)分離器擋板特性

圖9 D磨煤機(jī)分離器擋板特性

圖10 E磨煤機(jī)分離器擋板特性

從磨煤機(jī)分離器擋板調(diào)節(jié)特性圖中可以看出，隨著折向門擋板的開大，磨煤機(jī)出口一次粉管中煤粉細(xì)度變粗，不利于煤粉的燃盡；分離器折向擋板的調(diào)節(jié)基本上與煤粉細(xì)度R90具有線性關(guān)系，可以給運(yùn)行人員提供很好的參考價(jià)值。

2.4 制粉系統(tǒng)調(diào)整前后對(duì)比試驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)，將一次風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速和煤粉細(xì)度進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合實(shí)際入爐煤質(zhì)，最佳煤粉細(xì)度R90控制在18%～22%，大大提高了煤粉燃盡率。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，300 MW負(fù)荷下鍋爐飛灰可燃物含量降低了0.57%，爐渣可燃物含量降低了0.38%；250 MW負(fù)荷下鍋爐飛灰可燃物含量降低了1.28%，爐渣可燃物含量降低了1.56%；165 MW負(fù)荷下鍋爐飛灰可燃物含量降低了2.08%，爐渣的可燃物含量降低了2.67%，有效地提高了鍋爐效率，進(jìn)而提高了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)前后對(duì)比結(jié)果見表4。

表4 制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)前后對(duì)比結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

1)煤粉細(xì)度對(duì)鍋爐燃燒影響較大，煤粉細(xì)度值宜根據(jù)實(shí)際入爐煤質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。中速磨煤機(jī)靜態(tài)離心式分離器變折向門擋板開度對(duì)煤粉細(xì)度有較大的影響，在一定范圍內(nèi)，增加擋板開度，煤粉細(xì)度R90越粗，同時(shí)煤粉均勻性指數(shù)提高，考慮煤粉燃盡效果，需綜合考慮選擇合適的折向門擋板開度。

2)磨煤機(jī)出口粉量測(cè)試結(jié)果表明，A、B、C、D、E五臺(tái)磨煤機(jī)出口粉量偏差均較大，粉量最大偏差均超過(guò)10%，部分粉管煤粉量偏差甚至超過(guò)了40%，這將造成爐內(nèi)火焰嚴(yán)重偏斜，降低鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，建議通過(guò)調(diào)整熱態(tài)粉管風(fēng)量、增加煤粉分配器來(lái)調(diào)整粉量分配。

3)試驗(yàn)得到了煤粉細(xì)度隨分離器擋板變化的關(guān)系曲線，若燃用煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，建議對(duì)分離器擋板進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4)制粉系統(tǒng)的健康運(yùn)行對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性影響較大，通過(guò)制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整有效提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。