鍋爐磨煤機(jī)分離器改造及性能試驗分析

牛利權(quán)，周超

(寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 靈武 750400)

1 問題的提出

寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱寧東發(fā)電公司)一期為2臺660 MW燃煤汽輪發(fā)電空冷機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行、螺旋管圈加垂直管直流爐；鍋爐采用單爐膛、一次中間再熱、切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π形鍋爐和室內(nèi)布置，鍋爐為緊身封閉結(jié)構(gòu)。4臺低NOx墻式直流燃燒器采用四面墻布置、切圓燃燒，6臺ZGM113G-II中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)。

磨煤機(jī)的作用是將原煤磨制成合格的煤粉送入爐膛進(jìn)行燃燒，根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低，磨煤機(jī)可分為低速磨煤機(jī)、中速磨煤機(jī)和高速磨煤機(jī)，因中速磨煤機(jī)具有制粉電耗低、運行維護(hù)量小、檢修方便等特點，該機(jī)型普遍應(yīng)用于超臨界、超超臨界鍋爐機(jī)組。寧東發(fā)電公司的磨煤機(jī)設(shè)計阻力為5.65 kPa，最大出力為72.5 t/h，靜態(tài)分離器分離的煤粉細(xì)度R90為10%～40%，磨煤機(jī)原設(shè)計采用靜態(tài)分離器，靜態(tài)分離器主要由分離器殼體、折向門、內(nèi)錐體、回粉擋板、折向門操作器、出粉口和落煤管等組成，其作用是將研磨區(qū)送來的氣粉混合物中的粗顆粒分離出來，通過回粉擋板返回研磨區(qū)，符合燃燒要求的煤粉通過出粉口送入鍋爐。煤粉細(xì)度的調(diào)整是通過操作折向門操作器聯(lián)動調(diào)整折向門的開度來實現(xiàn)。折向門的開度一般為25°～80°，正常工作角度約45°，最佳工作角度經(jīng)過磨煤機(jī)試驗確定為45°～55°。

本文以北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZGM113G-Ⅱ型磨煤機(jī)動靜態(tài)組合式分離器及靜態(tài)分離器為例，分別對磨煤機(jī)分離器形式對煤粉細(xì)度、均勻性指數(shù)、磨煤機(jī)電耗等參數(shù)進(jìn)行了對比分析，若實施磨煤機(jī)分離器改造，會進(jìn)一步提高制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2 靜態(tài)分離器的改造效果

2.1 靜態(tài)分離器的改造

寧東發(fā)電公司靜態(tài)分離器改造采用了美國阿米那電力環(huán)保公司技術(shù)，改造中拆除了原煤粉分離器的內(nèi)錐體、折向擋板、部分回粉錐、出粉口錐筒及鎖氣器，更換了新的內(nèi)錐體、折向擋板、導(dǎo)流板、回粉錐拆分段、出粉口錐筒及鎖氣器，并對原煤粉分離器進(jìn)行了改造，將原設(shè)計可調(diào)節(jié)折向擋板更換為固定擋板(不可調(diào)整)。針對磨煤機(jī)內(nèi)流場進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步減少分離器阻力，提高煤粉分離效率，以達(dá)到提高磨煤機(jī)經(jīng)濟(jì)性的目的。

采用了美國阿米那電力環(huán)保公司技術(shù)對磨煤機(jī)靜態(tài)分離器進(jìn)行改造，主要是通過模態(tài)分析及實際模擬試驗，設(shè)計出適合當(dāng)前制粉系統(tǒng)的靜態(tài)分離器，改造前、后的靜態(tài)分離器結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過優(yōu)化，煤粉分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為流暢，進(jìn)一步降低了分離器阻力，提高了煤粉分離的效率。與傳統(tǒng)意義的分離器相比，改造后的靜態(tài)分離器具有以下優(yōu)點：(1)在分離器出口的煤粉粒徑分布更細(xì)；(2)增大了粒徑大于150 μm的煤粉分離；(3)與現(xiàn)有分離器相比，壓降明顯降低。

圖1 改造前、后的靜態(tài)分離器結(jié)構(gòu)

磨煤機(jī)出力在60 t/h工況下，靜態(tài)分離器改造前后#11磨煤機(jī)出力和制粉系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)對比情況見表1。

表1 靜態(tài)分離器改造前、后 #11磨煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)

2.2 改造效果分析

(1)采用了美國阿米那電力環(huán)保公司技術(shù)對磨煤機(jī)靜態(tài)分離器改造后，在相同工況下，磨煤機(jī)電流下降2～5 A；制粉電耗在60 t/h工況下，較改造前下降0.16 (kW·h)/t；在45 t/h工況下，較改造前下降4.05 (kW·h)/t；在20 t/h工況下，較改造前下降5.38 (kW·h)/t。從以上數(shù)據(jù)可以看出，采用美國阿米那電力環(huán)保公司技術(shù)對靜態(tài)分離器實施改造后，在磨煤機(jī)低負(fù)荷下具有分離效果好、內(nèi)部流場阻力小、制粉電耗低的優(yōu)點。隨著磨煤機(jī)出力增大，因系統(tǒng)阻力增加過快，導(dǎo)致磨煤機(jī)出力受阻且電耗升高。

(2)靜態(tài)分離器改造后，在保證磨煤機(jī)出力不變的情況下，煤粉細(xì)度R75從改造前的30.54%降為21.69%，降低幅度為29.00%；R150從改造前的7.06%降為2.76%，降低幅度為60.00%；R300從改造前的0.23%降為0.13%，降低幅度為45.70%，改造后R90降至12.20%。從改造效果可以看出，煤粉細(xì)度下降較多，煤粉變細(xì)后有利于煤粉充分燃燒，降低鍋爐飛灰及爐渣含碳量，提高鍋爐效率。

(3)靜態(tài)分離器改造后，煤粉均勻性指數(shù)由改造前的1.16提高至1.23，分離器出口煤粉均勻性提高有利于鍋爐煤粉完全燃燒。

(4)靜態(tài)分離器改造后制粉系統(tǒng)磨碗差壓較改造前升高0.4～1.4 kPa，制粉系統(tǒng)阻力增大，一次風(fēng)機(jī)電耗增加。

(5)靜態(tài)分離器改造后，因磨碗差壓增大，熱風(fēng)調(diào)門全部開啟后風(fēng)量仍不能滿足正常運行，目前磨煤機(jī)最大出力限制為65 t/h，與改造前變化不大。

3 動靜態(tài)組合式分離器改造效果

3.1 動靜態(tài)組合式分離器的改造

寧東發(fā)電公司采用德國萊歇公司技術(shù)對磨煤機(jī)動靜態(tài)組合式分離器進(jìn)行了改造。萊歇公司動靜態(tài)高效組合式分離器是一種可控離心式選粉機(jī)，設(shè)計耐壓能力為35 kPa(表壓)。動靜態(tài)組合式分離器內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其技術(shù)原理是原煤經(jīng)磨輥碾壓粉磨烘干后隨氣流輸送到動靜態(tài)組合式分離器，置于選粉區(qū)外側(cè)的靜態(tài)導(dǎo)向葉片將含有不同粒徑的料氣混合物均勻分配、切向?qū)敕蛛x器的選粉區(qū)， 分離器轉(zhuǎn)子置于選粉區(qū)的內(nèi)側(cè)，旋轉(zhuǎn)方向與切向氣流的方向一致，為分離器實現(xiàn)選粉提供關(guān)鍵的離心力。在轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向葉片之間存在著一個受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力控制的環(huán)狀區(qū)，作者姑且稱之為選粉區(qū)。在這個區(qū)間內(nèi)不同粒徑的煤粉顆粒因其自身大小(質(zhì)量)不同，會受到大小不同的離心力，離心力驅(qū)使著煤粉離開該區(qū)域，向外運動，同時這些煤粉亦受到一次風(fēng)氣流施加的向心力，使之向中心運動。當(dāng)分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和一次風(fēng)氣流均一定時，處于選粉區(qū)內(nèi)某一特定粒徑下的煤粉，因所受離心力與向心力相等而處于靜止?fàn)顟B(tài)，作者姑且稱之該粒徑為此條件下的分離器選粉分級粒徑。超過分級粒徑的粗顆粒在離心力的作用下向外運動，撞擊在靜葉片且在重力的作用下沉降，通過回料錐返回到磨盤進(jìn)行再次粉磨。大于該粒徑的物料，稱之為合格的成品，它穿過轉(zhuǎn)子葉片通過分離器上方的煤粉出粉管離開分離器，經(jīng)輸煤管道進(jìn)入鍋爐燃燒。

相對于靜態(tài)分離器和單轉(zhuǎn)子動態(tài)分離器來說，動靜態(tài)組合式分離器的使用優(yōu)化了煤粉的粒度分布曲線, 能獲得相對陡峭的粒度分布曲線，從而降低出現(xiàn)過細(xì)和過粗顆粒的幾率。對磨煤機(jī)而言，由于及時將合格的產(chǎn)品分離出去，降低了合格產(chǎn)品的再循環(huán)，對于中速磨煤機(jī)而言，磨煤機(jī)的壓差反映了磨煤機(jī)內(nèi)物料的循環(huán)量，循環(huán)的物料降低了，則磨煤機(jī)的壓差就降低了，相應(yīng)的一次風(fēng)機(jī)的電耗也就降低了，也減少了合格產(chǎn)品的再循環(huán)。由于細(xì)粉在磨煤機(jī)內(nèi)的流動狀態(tài)類似于流體，并且在細(xì)粉中夾雜了大量氣體，在熱風(fēng)的裹挾下很難在磨輥下形成穩(wěn)定的料層，從而引起磨煤機(jī)的振動。對于鋼球磨煤機(jī)而言，細(xì)粉的重復(fù)碾磨使得磨煤機(jī)內(nèi)溫度升高，細(xì)粉在靜電作用下會裹挾在鋼球上，從而降低磨煤機(jī)的碾磨效率?？偠灾?，不管是中速磨煤機(jī)還是鋼球磨煤機(jī)，大量細(xì)粉的重復(fù)碾磨，既增加了磨煤機(jī)的電耗，又增加了研磨件的磨損，也降低了合格煤粉的產(chǎn)量。

磨煤機(jī)出力在60 t/h工況下，#25磨煤機(jī)動靜態(tài)組合式分離器改造前、后制粉系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)對比情況見表2。

表2 #25磨煤機(jī)動靜態(tài)組合式分離器改造前、后制粉系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)對比

圖2 動/靜態(tài)分離器內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)

3.2 改造效果分析

(1)動靜態(tài)組合式分離器改造后,隨著變頻器頻率升高，煤粉細(xì)度降低，磨煤機(jī)在各個出力下，當(dāng)分離器變頻器頻率達(dá)到40 Hz時，均能保證煤粉細(xì)度(R90)設(shè)計值在18%以下。

(2)動靜態(tài)組合式分離器改造后,隨著變頻器頻率升高，煤粉均勻性指數(shù)增加，煤粉趨向均勻，但在頻率達(dá)到35 Hz再往上增加時，對煤粉均勻性指數(shù)影響不大。

(3)動靜態(tài)組合式分離器改造后,隨著變頻器頻率升高，磨煤機(jī)功率和磨碗差壓增加，當(dāng)頻率達(dá)到35 Hz以上時，增幅變大。

(4)在磨煤機(jī)出力不變的情況下，當(dāng)分離器變頻器頻率升高時，首先是煤粉均勻性指數(shù)增大，即煤粉均勻性變好，煤粉細(xì)度變化不大。當(dāng)分離器變頻器頻率達(dá)到35 Hz以上繼續(xù)增加時，磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度降低明顯。

(5)#25磨煤機(jī)動靜態(tài)組合式分離器改造后，最大出力為70 t/h，制約最大出力的因素為給煤機(jī)需達(dá)到最大出力，給煤機(jī)變頻器頻率需達(dá)到50 Hz。

(6)磨煤機(jī)分離器改造后，在高負(fù)荷下磨煤機(jī)電耗受分離器轉(zhuǎn)速影響較大，分離器變頻器頻率升高，系統(tǒng)阻力增大，磨煤機(jī)電耗增加。

4 結(jié)論

綜上所述，磨煤機(jī)動靜態(tài)組合式分離器和靜態(tài)分離器改造均能有效降低煤粉細(xì)度，提高煤粉均勻性指數(shù)。靜態(tài)分離器運行中的煤粉細(xì)度固定是不可調(diào)整的，在實際運行中，磨煤機(jī)磨制石子煤分離效果差，煤種適應(yīng)性差。動靜態(tài)組合式分離器因轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式靈活、方便，可根據(jù)煤質(zhì)、磨煤機(jī)出力實時調(diào)整煤粉細(xì)度，尤其可以充分利用其在低負(fù)荷下分離器頻率升高時磨煤機(jī)電耗不變特性，可在低負(fù)荷下盡量提高煤粉細(xì)度，降低鍋爐不完全燃燒損失，所以，動靜態(tài)組合式分離器使用效果明顯優(yōu)于靜態(tài)分離器。