王 榮，賈志軍，王 耀

(1.內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn) 012100；2.內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 015501；3.新疆油田公司應(yīng)急搶險(xiǎn)救援中心，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

近年來(lái)，受燃煤短缺及價(jià)格上漲等不利因素影響，越來(lái)越多的燃煤發(fā)電機(jī)組開(kāi)始摻燒劣質(zhì)煤降低發(fā)電成本。由于實(shí)際燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種，導(dǎo)致鍋爐制粉系統(tǒng)出現(xiàn)干燥出力不足、煤粉管堵塞、制粉系統(tǒng)磨損嚴(yán)重等一系列問(wèn)題[1]。有的電廠(chǎng)根據(jù)實(shí)際燃用煤種特性對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行了適當(dāng)技術(shù)改造，提高劣質(zhì)煤摻燒比例，進(jìn)一步降低發(fā)電成本。

針對(duì)京隆發(fā)電公司磨煤機(jī)選型偏小、出力不足和制粉電耗偏高的問(wèn)題，以?xún)?yōu)化磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉流場(chǎng)、提高磨盤(pán)研磨及煤粉分離效率為目的，采用大型氣固兩相流數(shù)值模擬等技術(shù)，創(chuàng)造性地提出在磨煤機(jī)內(nèi)部加裝切斷分離器裝置及噴嘴干燥風(fēng)裝置[2]，在保證制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，增加磨煤機(jī)出力、降低制粉系統(tǒng)電耗，進(jìn)一步提高劣質(zhì)煤摻燒比例，降低燃料成本，緩解企業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力。

1 設(shè)備概況

京隆發(fā)電公司2臺(tái)600 MW亞臨界空冷機(jī)組，鍋爐采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，ZGM113型中速輥式磨煤機(jī)，最大通風(fēng)量為100.87 t/h，轉(zhuǎn)速為24.2 r/min，分離器型式為靜態(tài)離心擋板式。磨煤機(jī)性能參數(shù)見(jiàn)表1。使用設(shè)計(jì)煤種，標(biāo)準(zhǔn)出力為64.66 t/h，磨煤機(jī)最大出力為72.78 t/h。每臺(tái)爐配6臺(tái)磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤。燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

表1 磨煤機(jī)性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of coal mill

由于煤炭資源緊張，京隆發(fā)電公司近年來(lái)?yè)綗统杀?、低熱值劣質(zhì)煤。因?qū)嶋H煤種遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)煤種，水分較大，導(dǎo)致鍋爐制粉系統(tǒng)干燥出力不足，磨煤機(jī)出口溫度在50～55 ℃左右，曾多次發(fā)生磨煤機(jī)滿(mǎn)煤、煤粉管堵塞的情況[3]。通過(guò)提高一次風(fēng)壓、一次風(fēng)速、增加磨煤機(jī)風(fēng)煤比及開(kāi)大磨煤機(jī)分離器出口擋板等手段，最大限度地增加磨煤機(jī)出力，加劇了磨煤機(jī)內(nèi)部磨輥架、筒體、噴嘴環(huán)、靜環(huán)和煤粉管道的磨損，同時(shí)磨煤機(jī)及一次風(fēng)機(jī)電耗也會(huì)增加[4]。因此，根據(jù)現(xiàn)有煤種特性對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改造，提高出力、降低電耗，保證制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷磨煤機(jī)五運(yùn)一備的目的，對(duì)提升電廠(chǎng)安全性、經(jīng)濟(jì)性是非常必要的。

2 改造思路

在總結(jié)公司歷年來(lái)磨煤機(jī)進(jìn)行增速、分離器內(nèi)部改造等經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出充分優(yōu)化磨煤機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)、提高磨盤(pán)研磨及煤粉分離效率的技術(shù)路線(xiàn)，以達(dá)到減少合格煤粉多次碾壓的目的，進(jìn)一步提高磨煤機(jī)出力和降低制粉電耗，最終實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷磨煤機(jī)五運(yùn)一備的運(yùn)行方式。

因B、C、D、E磨為主力磨，A磨作為等離子點(diǎn)火磨要保證煤質(zhì)，F(xiàn)磨作為五運(yùn)一備的備用磨，因此選擇對(duì)B、C、D、E共4臺(tái)磨煤機(jī)進(jìn)行改造，改造主要分為三部分：中心干燥+磨盤(pán)流化+回粉錐體優(yōu)化。

第一部分：中心干燥。采用多級(jí)配風(fēng)方式，在給煤機(jī)下插板后1 m的位置，增加原煤干燥風(fēng)，提高原煤的可磨性。該部分改造是將磨煤機(jī)熱一次風(fēng)提前與原煤混合，經(jīng)計(jì)算此部分風(fēng)量約占單臺(tái)磨煤機(jī)入口總風(fēng)量的5%，接入落煤管可提高原煤溫度約15 ℃，能有效提高磨煤機(jī)研磨出力、降低磨煤機(jī)電機(jī)電耗[5]。經(jīng)計(jì)算，抽取熱一次風(fēng)總量的5%，對(duì)噴嘴環(huán)風(fēng)速的影響可忽略不計(jì)?；旌巷L(fēng)室見(jiàn)圖1。

圖1 落煤管新增混合風(fēng)室示意圖Fig.1 Schematic diagram of newly added mixing air chamber in falling coal pipe

第二部分：磨盤(pán)流化。從落煤管下落的原煤經(jīng)過(guò)磨輥磨盤(pán)研磨，細(xì)粉混合在原煤里，不易分離。通過(guò)加裝磨盤(pán)吹掃風(fēng)，原煤在一次熱風(fēng)吹掃、干燥、流化擾動(dòng)作用下，合格煤粉被分離卷吸從分離器進(jìn)入爐膛燃燒，避免合格煤粉多次碾壓，增加電機(jī)出力[6]。

第三部分：回粉錐體優(yōu)化。切斷分離器分離粗顆粒再次循環(huán)途徑。由于原煤水分存在不確定性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，延長(zhǎng)分離器下錐體管，將分離器分離粗粉直接與原煤混合，阻斷分離器粗粉在磨煤機(jī)內(nèi)部再次循環(huán)，直接回到磨輥主研磨區(qū)進(jìn)行研磨，有效降低風(fēng)阻。對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉濃度流場(chǎng)進(jìn)行模擬，這部分一次風(fēng)由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)噴嘴環(huán)，通風(fēng)風(fēng)阻略有減小，速度略有增加，致使磨煤機(jī)的阻力降低約350 Pa[7]。通風(fēng)攜帶煤粉能力有所提高，煤粉濃度則由原來(lái)的0.53 kg/m3增加到0.60 kg/m3，煤粉濃度可提高約13.2%。

3 改造方案

改造結(jié)合機(jī)組檢修進(jìn)行，改造及后續(xù)調(diào)試總工期約20天。

1)在給煤機(jī)出口插板門(mén)后落煤管上加裝干燥流化風(fēng)裝置，增加原煤干燥風(fēng)，提高原煤可磨性。熱一次風(fēng)取自磨煤機(jī)入口熱風(fēng)調(diào)門(mén)后熱一次風(fēng)道，開(kāi)Φ530 mm孔，接Φ530 mm金屬膨脹節(jié)，安裝DN500高溫蝶閥及DN500電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)后接Φ530 mm×5 mm無(wú)縫鋼管至落煤管混合風(fēng)室，新增熱風(fēng)管道增加100 mm厚保溫，見(jiàn)圖2。

圖2 落煤管加裝中心干燥風(fēng)管路系統(tǒng)Fig.2 Installation central drying air pipeline system of coal fall pipe

2)如圖3所示，在磨煤機(jī)入口水平段開(kāi)Φ219 mm孔，加裝1個(gè)DN200耐高溫手動(dòng)蝶閥及1個(gè)DN200開(kāi)關(guān)型電動(dòng)蝶閥。在磨煤機(jī)外筒壁切開(kāi)Φ219 mm的孔接入熱一次風(fēng)管，與磨煤機(jī)外粉錐密封風(fēng)管下Φ159 mm環(huán)形風(fēng)管相連。在三角壓架處引Φ95 mm×10 mm鑄造熱一次風(fēng)管，下部開(kāi)Φ8 mm噴嘴，噴嘴向下將研磨合格細(xì)粉擾動(dòng)、揚(yáng)起，由旋轉(zhuǎn)一次風(fēng)帶向分離器[8]?？拷涿汗芪恢眉友b3個(gè)向上噴頭形成旋轉(zhuǎn)氣流向上，擾動(dòng)、吹掃原煤，將原煤中合格煤粉進(jìn)行分離，隨旋轉(zhuǎn)氣 流帶向出口粉管，既可以降低磨煤機(jī)出口煤粉混合物溫度，降低煤粉發(fā)生爆炸的幾率，還能降低一次風(fēng)阻力，降低一次風(fēng)機(jī)電耗。

圖3 磨煤機(jī)磨盤(pán)吹掃風(fēng)改造Fig.3 Windswept transformation for grinding plate of coal mill

3)將磨煤機(jī)分離器下錐體延長(zhǎng)與Φ630 mm×10 mm落煤管相連接，中間連接部位為法蘭連接，便于磨煤機(jī)大修或在線(xiàn)堆焊時(shí)拆除延長(zhǎng)管，見(jiàn)圖4部分。

圖4 落煤管延長(zhǎng)減少煤粉磨內(nèi)再循環(huán)Fig.4 Coal fall pipe extension to reduce coal recycling in pulverized coal mill

4 性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方案

為驗(yàn)證磨煤機(jī)改造后的效果，通過(guò)開(kāi)關(guān)落煤管加熱擾動(dòng)風(fēng)和磨盤(pán)吹掃風(fēng)，對(duì)B、C、D、E磨煤機(jī)出口溫度、額定出力、最大出力及磨煤?jiǎn)魏呐c改造前運(yùn)行狀況進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)分為3個(gè)工況：工況1，將流化風(fēng)門(mén)和干燥風(fēng)門(mén)全部關(guān)閉(開(kāi)度為0%)，將磨煤機(jī)帶到最大出力；工況2，在保持原磨煤機(jī)的最大出力的同時(shí)，將流化風(fēng)和干燥風(fēng)打開(kāi)；工況3，將流化風(fēng)門(mén)和干燥風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)(開(kāi)度為100%)，將磨煤機(jī)帶到最大出力。所有試驗(yàn)工況期間，冷風(fēng)門(mén)開(kāi)度0%，熱風(fēng)門(mén)開(kāi)度100%。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

磨煤機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2～7。

表2 B磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗(yàn)參數(shù)Table 2 600 MW load test parameters of B pulverizer

表3 C磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗(yàn)參數(shù)Table 3 600 MW load test parameters of C pulverizer

表4 D磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗(yàn)參數(shù)Table 4 600 MW load test parameters of D pulverizer

表5 E磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗(yàn)參數(shù)Table 5 600 MW load test parameters of E pulverizer

表6 B、C、D、E磨煤機(jī)改造前后出力情況對(duì)比Table 6 Comparison of the output of B, C, D and E coal mills before and after the reform 單位:t/h

試驗(yàn)期間，先將改造后的流化風(fēng)和干燥風(fēng)全部關(guān)閉，B、C、D、E磨煤機(jī)最大出力分別為52.41 t/h、51.31 t/h、51.48 t/h、51.61 t/h。將干燥風(fēng)和流化風(fēng)全部打開(kāi)，B、C、D、E磨煤機(jī)最大出力為62.51 t/h、62.03 t/h、65.35 t/h、61.85 t/h，磨煤機(jī)出力分別增加19.13%、20.13%、26.48%、19.75%。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)改造后磨煤機(jī)出力有所增加，煤粉細(xì)度略有下降。磨煤機(jī)干燥風(fēng)、流化風(fēng)全關(guān)至全開(kāi)，B、C、D、E磨煤機(jī)煤粉細(xì)度R90平均值分別由29.50%、21.15%、36.96%、26.26%下降至24.70%、14.23%、28.43%、21.43%。

表7 試驗(yàn)期間各臺(tái)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度對(duì)比Table 7 Comparison of pulverized coal fineness of each coal mill during the experiment 單位：%

5 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

該改造項(xiàng)目總投資115萬(wàn)元，包括設(shè)備購(gòu)置、材料及施工費(fèi)。改造后磨煤機(jī)實(shí)現(xiàn)五運(yùn)一備，F(xiàn)磨煤機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間停備。每年機(jī)組運(yùn)行約6 500 h，F(xiàn)磨煤機(jī)按照一年運(yùn)行3 000 h統(tǒng)計(jì)，磨煤?jiǎn)魏陌?(kW·h)/t計(jì)算，煤量按40 t/h估算，上網(wǎng)電價(jià)按0.29元/(kW·h)計(jì)算，全年預(yù)計(jì)節(jié)省電費(fèi)約27.84萬(wàn)元。改造后B、C、D、E磨煤機(jī)除D磨單耗增加外，其他3臺(tái)磨煤機(jī)磨煤?jiǎn)魏亩加兴陆?。按B、C、D、E磨煤機(jī)每臺(tái)每年運(yùn)行4 000 h，按每臺(tái)磨煤量50 t/h估算，全年節(jié)省電費(fèi)約11.46萬(wàn)元。改造后完全年節(jié)約電費(fèi)約共計(jì)39.3萬(wàn)元，改造后2.5年便可收回成本。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ZGM113型中速磨煤機(jī)進(jìn)行中心干燥+磨盤(pán)流化+回粉錐體優(yōu)化改造，有效切斷分離粗粉顆粒的再次循環(huán)途徑，將碾磨合格煤粉及時(shí)擾動(dòng)分離出來(lái)，提高干燥分離效率，保證了煤粉的均勻性。從運(yùn)行參數(shù)及性能試驗(yàn)報(bào)告分析，改造后磨煤機(jī)出力增加約20%，個(gè)別磨煤機(jī)制粉單耗、煤粉細(xì)度下降明顯，既實(shí)現(xiàn)了磨煤機(jī)提高出力，機(jī)組高負(fù)荷五運(yùn)一備的運(yùn)行方式，又可降低制粉單耗，每年產(chǎn)生近40萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

該改造方案與更換減速機(jī)、改造動(dòng)態(tài)分離器等其它改造方案相比成本低、效果好、檢修維護(hù)量小，代表了磨煤機(jī)改造的最新技術(shù)路線(xiàn)和方向。該技術(shù)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，市場(chǎng)應(yīng)用前景非常廣闊，對(duì)于磨煤機(jī)出力不足、電耗偏高的電廠(chǎng)有推廣應(yīng)用價(jià)值。