高如云

（山西魯能河曲發(fā)電有限公司， 山西 忻州 034000）

0 引言

燃煤成本是火電企業(yè)的主要成本， 占比可達(dá)70%以上， 當(dāng)動(dòng)力燃煤價(jià)格有較大上漲幅度時(shí)，很多燃煤電廠(chǎng)就選用品質(zhì)相對(duì)劣質(zhì)的燃煤進(jìn)行燃燒，這就導(dǎo)致磨煤機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)諸多問(wèn)題，直接原因是實(shí)際入爐煤種參數(shù)偏離設(shè)計(jì)煤種。 因此，需要根據(jù)入爐煤種的變化調(diào)整運(yùn)行策略。葛銘等[1]從料位、分離器開(kāi)度和鋼球裝載量等方面對(duì)某電廠(chǎng)的雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)研究； 王興等[2]針對(duì)某電廠(chǎng)中機(jī)組帶不到額定負(fù)荷、鍋爐飛灰和爐渣含碳量偏高等問(wèn)題，從鋼球裝載量和配比以及旁路風(fēng)開(kāi)度對(duì)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整與分析；劉創(chuàng)[3]對(duì)某電廠(chǎng)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)出力不足問(wèn)題，提出了增容改造方案，并進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面的分析研究。 還有眾多研究者從煤位、風(fēng)量以及襯板等方面研究了雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的性能[4-9]。 從上述研究可看出，磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)中各參數(shù)運(yùn)行合理至關(guān)重要。本文針對(duì)某660 MW 等級(jí)超臨界鍋爐，探究了煤種變化后磨煤機(jī)出力不足的原因，提出了針對(duì)某煤種的運(yùn)行策略。

1 鍋爐概況

山西魯能河曲發(fā)電有限公司4 號(hào)鍋爐是哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司自主開(kāi)發(fā)研制的660 MW等級(jí)超臨界鍋爐。 該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉布置的π 型鍋爐。 該鍋爐采用雙進(jìn)雙出鋼球磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6 臺(tái)MGS3854 雙進(jìn)雙出鋼球磨機(jī)， 燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)6 臺(tái)運(yùn)行，沒(méi)有備用。鍋爐采用新型切圓燃燒方式，主燃燒器布置在水冷壁的四面墻上，每層4 只燃燒器對(duì)應(yīng)1 臺(tái)磨煤機(jī)。 分離燃燼風(fēng)SOFA（separated over-fire air） 燃燒器布置在主燃燒器區(qū)上方水冷壁的四角，以實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒降低NOx排放。

該鍋爐主要燃用山西省河曲縣的煙煤，其設(shè)計(jì)煤種熱值為19.228 MJ，哈氏可磨指數(shù)為65，而現(xiàn)階段實(shí)際給煤熱值為17.138 MJ， 哈氏可磨指數(shù)在55 左右。 相較于設(shè)計(jì)煤種，實(shí)際用煤不僅熱值達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而且哈氏可磨指數(shù)也下降不少。因此，所需的煤耗量就增大， 磨制破碎難度也相對(duì)增大，對(duì)磨煤機(jī)的出力要求更大。 近期機(jī)組帶高負(fù)荷時(shí)，磨煤機(jī)出力不足，維持高負(fù)荷比較困難，并且達(dá)不到電網(wǎng)調(diào)度要求。 磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)

2 理論分析

2.1 煤位

煤位通常由差壓進(jìn)行表征。 差壓越大，煤位越高，載煤量越多。當(dāng)載煤量較少時(shí)，鋼球下落的動(dòng)能只有一部分用于磨煤，另一部分消耗于鋼球的空撞磨損；隨著載煤量的增加，鋼球用于磨煤的能量增大，磨煤出力增大。但如果載煤量過(guò)大，由于鋼球下落高度減少，鋼球間煤層加厚，使部分能量消耗于煤層變形，鋼球磨煤能量減小，磨煤出力反而降低，嚴(yán)重時(shí)將造成圓筒入口堵塞，磨煤機(jī)無(wú)法工作。

2.2 磨煤機(jī)通風(fēng)量

磨煤機(jī)通風(fēng)量包含容量風(fēng)和旁路風(fēng)。容量風(fēng)用于輸送煤粉，流量與負(fù)荷成正比；旁路風(fēng)用于干燥原煤，同時(shí)防止煤粉在風(fēng)管內(nèi)沉積。 相同進(jìn)口風(fēng)量下，增大旁路風(fēng)開(kāi)度，會(huì)增大出口風(fēng)溫，減小進(jìn)口風(fēng)溫，導(dǎo)致破碎難度增加。 該鍋爐的一次風(fēng)管直徑為580 mm， 在同類(lèi)型機(jī)組中較小， 在不堵管的前提下，應(yīng)將旁路風(fēng)關(guān)小，這有利于增加磨煤機(jī)出力。

通過(guò)對(duì)一次風(fēng)管風(fēng)速測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)速達(dá)31 m/s 左右，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。 由于部分測(cè)試位置距離彎頭距離較近，且風(fēng)速波動(dòng)較大，測(cè)試中通過(guò)多點(diǎn)測(cè)試進(jìn)行了修正，結(jié)果可作為一定的參考。

2.3 磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫

磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫對(duì)出力有重要影響。進(jìn)口風(fēng)溫高，煤粉易爆破破碎，磨制效率高，能耗低，該值在250 ℃左右時(shí)的效果尤為明顯。實(shí)際運(yùn)行中，磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫嚴(yán)重偏低，經(jīng)常在180～210 ℃之間。 主要原因如下：一是一次風(fēng)壓太高，達(dá)13.9 kPa，530 MW負(fù)荷時(shí)磨煤機(jī)通風(fēng)量達(dá)490 t/h， 一次風(fēng)管的風(fēng)速平均達(dá)31 m/s 左右；二是旁路風(fēng)門(mén)開(kāi)度較大；三是在煤質(zhì)較差且入口風(fēng)溫只有180 ℃時(shí)， 磨煤機(jī)出口風(fēng)溫仍控制在70 ℃。

磨煤機(jī)出口風(fēng)溫的控制與煤種揮發(fā)分大小相關(guān)，該限值的大小直接影響磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫。 該值的控制范圍應(yīng)根據(jù)鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)安全綜合情況而定，此范圍既不宜過(guò)高也不宜過(guò)低，過(guò)低則磨煤出力降低、磨煤電耗增大，需要的冷風(fēng)量增多，經(jīng)濟(jì)性差； 過(guò)高會(huì)引起制粉系統(tǒng)及管道的著火爆炸，安全性差。

2.4 鋼球配比

鋼球磨煤機(jī)筒體內(nèi)鋼球量的多少，即鋼球充滿(mǎn)系數(shù)的大小， 直接影響磨煤機(jī)的出力及功率消耗，磨煤機(jī)出力與鋼球充滿(mǎn)系數(shù)的0.6 次方成正比，具體磨煤機(jī)的鋼球充滿(mǎn)系數(shù)，需通過(guò)試驗(yàn)確定其最佳值。 鋼球磨煤機(jī)的出力不僅受鋼球裝載量的影響，也與鋼球直徑有關(guān)。一般鋼球直徑為30～80 mm，不同直徑的鋼球作用不同， 直徑較大的鋼球主要起“砸壓”作用，直徑小的鋼球起“研磨”作用，因此應(yīng)根據(jù)用煤情況，合理地調(diào)整鋼球級(jí)配才能很好地穩(wěn)定磨的出力并降低運(yùn)行電流。

磨煤機(jī)內(nèi)所配鋼球規(guī)格為d 30 mm、d 40 mm、d 50 mm， 該方案是早期針對(duì)熱值較高、 揮發(fā)分較高、可磨系數(shù)較大煤種所采用。 由于煤質(zhì)的變化，目前使用配球規(guī)格為d 30 mm、d 40 mm、d 50 mm、d 60 mm、d 70 mm、d 80 mm， 按照充滿(mǎn)度較高的原則進(jìn)行優(yōu)化配比，有些根據(jù)實(shí)際情況還采用d 25 mm和d 90 mm 規(guī)格的鋼球。

2.5 磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)優(yōu)化

由于受熱面壁溫偏差大的原因，在低負(fù)荷工況時(shí)，一般均停A 和D 磨運(yùn)行，這樣各種工況下B、C、E、F 均處于運(yùn)行狀態(tài)，磨內(nèi)鋼球消耗過(guò)大，補(bǔ)球不及時(shí)，鋼球配比不佳，在煤質(zhì)較差且高負(fù)荷工況時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組出力。 此時(shí)如果采用過(guò)多加大磨煤機(jī)通風(fēng)量、過(guò)高的磨內(nèi)煤位高度、全開(kāi)磨煤機(jī)出口擋板措施，會(huì)使入口風(fēng)溫更加降低，出力更加降低，煤粉變粗，造成惡性循環(huán)。

3 調(diào)整與效果

3.1 調(diào)整方案

基于以上理論依據(jù)，對(duì)該鍋爐的雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整， 調(diào)整詳情如表2 所示。 2020-12-21 先將各磨煤機(jī)出口風(fēng)溫限值提高了0~5 ℃，旁路風(fēng)開(kāi)度較大的磨煤機(jī)調(diào)小，煤位差壓值分別調(diào)小。 2020-12-23，基于調(diào)整前各磨煤機(jī)鋼球量增加情況如表3 所示， 適當(dāng)增加的某些磨內(nèi)鋼球量如表4 所示。

表2 調(diào)整方案詳情

表3 調(diào)整前磨煤機(jī)鋼球量增加詳情

表4 磨煤機(jī)鋼球量調(diào)整詳情

3.2 實(shí)際效果與分析

通過(guò)調(diào)整雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的相關(guān)參數(shù)（見(jiàn)表5）并進(jìn)行優(yōu)化。 整理表5 數(shù)據(jù)可知，調(diào)整后的容積風(fēng)與給煤之比均顯著減小，這意味著相同容積風(fēng)量下的煤粉攜帶量增加，磨煤機(jī)出力明顯提高。再者，即使沒(méi)有增加鋼球裝載量也可以看出磨煤機(jī)出力得到了顯著改善，說(shuō)明先前已有調(diào)整措施效果佳。

表5 不同工況下磨煤機(jī)相關(guān)參數(shù)

結(jié)合以上數(shù)據(jù)可看出， 出口風(fēng)溫限值的提高顯著增大了進(jìn)口風(fēng)溫，調(diào)整后的進(jìn)口風(fēng)溫約為250 ℃，甚至更高，極大地提高了磨煤機(jī)的制粉效率。 同時(shí)，旁路風(fēng)風(fēng)量、 煤位差壓以及鋼球裝載量的調(diào)整也對(duì)磨煤機(jī)出力有不同程度的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

該660 MW 超臨界煤粉爐磨煤機(jī)出力低，是煤種偏離設(shè)計(jì)值和相關(guān)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不合理綜合所致。 現(xiàn)階段燃用煤種熱值低，哈氏可磨指數(shù)低于設(shè)計(jì)值，比較難磨。煤種變化后，磨煤機(jī)相關(guān)參數(shù)不匹配，導(dǎo)致制粉效率低，出力不足，燃料主控同時(shí)反饋調(diào)節(jié)增大一次風(fēng)量， 導(dǎo)致進(jìn)口溫度進(jìn)一步降低，不利于煤粉爆破，形成惡性循環(huán)。 磨煤機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)置不合理包括進(jìn)出口溫度較低、 旁路風(fēng)風(fēng)量過(guò)大、煤位過(guò)高以及鋼球裝載量和配比不當(dāng)?shù)龋ㄗh采取如下措施。

a） 部分磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫偏低， 個(gè)別甚至低于200 ℃。進(jìn)口風(fēng)溫低于250 ℃時(shí)，應(yīng)將出口風(fēng)溫限值由70 ℃適當(dāng)提高至75 ℃； 進(jìn)口風(fēng)溫達(dá)到250 ℃以上時(shí)，則可以將出口風(fēng)溫定值在73 ℃，這樣可以確保進(jìn)口風(fēng)溫維持較高，有利于增加磨煤機(jī)出力。

b） 在風(fēng)管不堵塞磨煤機(jī)的前提下， 旁路風(fēng)風(fēng)量開(kāi)度應(yīng)盡可能減小，有利于提高進(jìn)口風(fēng)溫。

c） 煤位差壓 650~720 Pa，煤位偏高，磨煤機(jī)效率較低。 建議將差壓保持在450 Pa 左右，升負(fù)荷時(shí)可適當(dāng)增加差壓，負(fù)荷穩(wěn)定后在回調(diào)到該值。

d） 合理搭配鋼球的直徑與裝載量， 以穩(wěn)定磨的出力并降低運(yùn)行電流。

e） 進(jìn)一步進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整， 保證低負(fù)荷工況時(shí)，A 磨和D 磨可以投運(yùn)， 保證制粉系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可靠性。