300 MW燃煤機(jī)組提高磨煤機(jī)出口粉溫試驗(yàn)研究

趙明 ，劉平，宋云華

(1.廣州發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，廣州　510623；2.廣州發(fā)展電力集團(tuán)有限公司，廣州　510623)

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300 MW燃煤機(jī)組提高磨煤機(jī)出口粉溫試驗(yàn)研究

趙明1，劉平2，宋云華2

(1.廣州發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，廣州510623；2.廣州發(fā)展電力集團(tuán)有限公司，廣州510623)

摘要：在某電廠300 MW燃煤機(jī)組進(jìn)行提高磨煤機(jī)出口粉溫試驗(yàn)研究，分析提高磨煤機(jī)出口粉溫后對鍋爐燃燒、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，磨煤機(jī)出口粉溫由82.0 ℃提升至90.0 ℃運(yùn)行，鍋爐運(yùn)行參數(shù)沒有較大異常變化，鍋爐排煙溫度下降約4.0 ℃，影響煤耗下降約0.89 g/(kW·h)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。提高磨煤機(jī)出口粉溫試驗(yàn)，不需要花費(fèi)較大成本，便可創(chuàng)造出額外的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：燃煤機(jī)組；出口粉溫；系統(tǒng)余量；排煙溫度；節(jié)能降耗

0引言

隨著電力市場競爭日益激烈，節(jié)能降耗、全方位降低成本是發(fā)電企業(yè)在競爭中制勝的關(guān)鍵。提高磨煤機(jī)出口粉溫，可以提高空氣預(yù)熱器(以下簡稱空預(yù)器)利用率和降低排煙溫度，提高鍋爐效率，但溫度過高會(huì)導(dǎo)致煤粉自燃，甚至爆炸事故。所以，在安全基礎(chǔ)上提高磨煤機(jī)出口粉溫具有重要的節(jié)能意義[1-4]。

現(xiàn)有磨煤機(jī)出口溫度是制造廠提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(沿用原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn))，一般燃燒煙煤磨煤機(jī)出口粉溫常限制在80.0 ℃以下。磨煤機(jī)出口粉溫被限制后，為保證通風(fēng)出力，制粉系統(tǒng)常常要加入一定的冷風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，特別是對于低水分的煤種，所需冷風(fēng)率可能達(dá)到50%以上，使得熱風(fēng)利用率降低(即空預(yù)器熱利用率降低)，導(dǎo)致鍋爐的排煙溫度上升，影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。某電廠針對煤種特點(diǎn)、制粉系統(tǒng)余量及當(dāng)前制粉系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的技術(shù)背景，積極開展提高磨煤機(jī)出口粉溫試驗(yàn)研究，并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上制定提高磨煤機(jī)出口粉溫優(yōu)化運(yùn)行措施，在保證磨煤機(jī)運(yùn)行安全性的前提下，有效降低了磨煤機(jī)的冷風(fēng)率，降低了鍋爐排煙溫度，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[5]。

1研究概況

1.1提高磨煤機(jī)出口粉溫可行性研究

磨煤機(jī)出口粉溫是反映磨煤機(jī)干燥出力、保證煤粉水分含量的主要參數(shù)，出口粉溫的高低是防止煤粉自燃及氣粉混合物爆炸的重要安全指標(biāo)，同時(shí)也是制粉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。

磨煤機(jī)出口粉溫的選擇需要根據(jù)揮發(fā)分來確定[6-8]，從煤粉防爆的角度來看，這是有一定依據(jù)的，因?yàn)閾]發(fā)分與煤的可燃?xì)怏w析出具有密切關(guān)系。不過，煤中的可燃?xì)怏w析出需要具有一定的溫度，煤在磨煤機(jī)中可能達(dá)到的最高溫度不可能超過磨煤機(jī)入口的熱風(fēng)溫度。

首先，煤中的水分不同，磨煤機(jī)的干燥出力也會(huì)不同，所需要的磨煤機(jī)入口風(fēng)溫也會(huì)不同，原煤水分每增加1%，磨煤機(jī)入口風(fēng)溫約增加12.0 ℃；其次，由于煤中外在水分氣化會(huì)吸收大量的熱，使得熱風(fēng)溫度迅速下降，煤顆粒所能達(dá)到的溫度一般遠(yuǎn)小于磨煤機(jī)入口的熱風(fēng)溫度，原煤中的水分每汽化1%，熱風(fēng)溫度約下降11.5 ℃。

因此，從安全性角度出發(fā)，磨煤機(jī)出口溫度應(yīng)根據(jù)磨煤機(jī)內(nèi)煤所能達(dá)到的溫度和該煤種可燃?xì)怏w的析出溫度以及水分來綜合制定，只要煤顆粒達(dá)到的溫度不高于煤中可燃?xì)怏w析出溫度，就可以認(rèn)為磨煤機(jī)的運(yùn)行是安全的[9]。

1.2設(shè)備概況

某電廠鍋爐為HG-1021/18.2-YM3型、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒、燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置燃煤汽包爐，原設(shè)計(jì)煤種為陜西神府東勝煤(制粉系統(tǒng)改造后設(shè)計(jì)煤種為神木#2，校核煤種為神木大混、山西大混，煤質(zhì)參數(shù)見表1)[10]。制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，每臺(tái)鍋爐配備6臺(tái)北京某廠生產(chǎn)的ZGM80G-III磨煤機(jī)，燃燒器為切向擺動(dòng)式燃燒器，采用CE傳統(tǒng)的大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。

表3　當(dāng)前主燒煤種參數(shù)

表1　設(shè)計(jì)煤種、校核煤種參數(shù)

1.3系統(tǒng)余量評估

某電廠為提高制粉系統(tǒng)干燥出力，對空預(yù)器進(jìn)行改造，改變原空預(yù)器轉(zhuǎn)向并更換空預(yù)器蓄熱元件，改造后熱一次風(fēng)溫比改造前上升20.0～30.0 ℃，最高可達(dá)320.0 ℃，制粉系統(tǒng)干燥出力顯著提高。在額定工況下，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2　空預(yù)器改造后系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)　 ℃

改造后制粉系統(tǒng)干燥余量較大，鍋爐長期運(yùn)行熱風(fēng)門開度為60%～70%，冷風(fēng)門開度為30%～40%，部分低負(fù)荷工況冷風(fēng)門開度甚至達(dá)到50%以上，冷風(fēng)門開度較大造成磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫偏低，影響制粉系統(tǒng)干燥出力。同時(shí)，冷、熱風(fēng)門都存在一定的節(jié)流損失，使一次風(fēng)機(jī)耗電率偏高。從電廠制粉系統(tǒng)長期運(yùn)行數(shù)據(jù)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)報(bào)告評估[11]，在當(dāng)前主燒煤種下，制粉系統(tǒng)有較大余量，可提高磨煤機(jī)出口粉溫運(yùn)行。

2試驗(yàn)研究

為探索提高磨煤機(jī)出口粉溫的可行性及提高粉溫后對機(jī)組經(jīng)濟(jì)、安全性能的影響，先選定1臺(tái)機(jī)組開展試驗(yàn)研究。試驗(yàn)前對磨煤機(jī)風(fēng)量、磨煤機(jī)出口CO濃度、出口粉溫、排煙溫度等相關(guān)測量回路及測點(diǎn)進(jìn)行了校驗(yàn)和檢查。試驗(yàn)煤種選取當(dāng)前主燒煤種神木#2、神木#1、山西大混,主要參數(shù)見表3。試驗(yàn)前對煤種干燥無灰基進(jìn)行校核計(jì)算，以上3種煤種干燥無灰基揮發(fā)分均小于39%，磨煤機(jī)出口粉溫在不超過90.0 ℃的范圍內(nèi)運(yùn)行均安全。

試驗(yàn)在較高負(fù)荷(80%負(fù)荷以上)下進(jìn)行，先選擇2臺(tái)主力磨煤機(jī)分別進(jìn)行神木#1、山西大混煤種的單磨試驗(yàn)，單磨試驗(yàn)成功后進(jìn)行提高全部磨煤機(jī)出口粉溫試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行提高粉溫前后鍋爐效率對比試驗(yàn)，分析提高磨煤機(jī)出口粉溫對鍋爐運(yùn)行參數(shù)及機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性的影響。

3結(jié)果及討論

3.1單磨試驗(yàn)

單磨試驗(yàn)過程中，#3磨煤機(jī)、#6磨煤機(jī)煤種分別為山西大混煤、神木#1煤。試驗(yàn)調(diào)整過程中，CO體積比均在1～3 mL/m3之間，提高磨煤機(jī)出口溫度后，煤粉中CO析出的比例未隨出口溫度的提高而增加，從可燃?xì)怏w防爆的角度可以認(rèn)為磨煤機(jī)是安全的，具體參數(shù)見表4。

磨煤機(jī)出口溫度提高后導(dǎo)致磨煤機(jī)內(nèi)整體溫度水平提高，磨煤機(jī)干燥出力增加，冷風(fēng)門關(guān)小，鍋爐排煙溫度有所下降，調(diào)整過程參數(shù)如圖1、圖2所示。

3.2全磨試驗(yàn)

3.2.1全磨試驗(yàn)調(diào)整期間出口粉溫變化

全磨試驗(yàn)選定煤種為神木#2，機(jī)組負(fù)荷保持在280 MW以上，除調(diào)整磨煤機(jī)出口溫度外，不做其他燃燒調(diào)整，全磨試驗(yàn)調(diào)整期間出口粉溫變化如圖3所示。

表4　提高出口粉溫后磨煤機(jī)出口CO監(jiān)測情況

圖1　#3磨出口粉溫提高過程參數(shù)變化趨勢

圖2　#6磨出口粉溫提高過程參數(shù)變化趨勢

圖3　全磨提高出口粉溫運(yùn)行趨勢

3.2.2磨煤機(jī)入口風(fēng)溫變化

提高磨煤機(jī)出口粉溫后，減小了冷風(fēng)門開度，磨煤機(jī)入口風(fēng)溫明顯升高。試驗(yàn)中磨煤機(jī)出口粉溫提高至90.0 ℃后，磨煤機(jī)入口混合風(fēng)溫由240.0 ℃上升到300.0 ℃。

3.2.3對鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)的影響

提高出口粉溫調(diào)整期間，主蒸汽、再熱蒸汽溫度變化在正常范圍內(nèi)(如圖4、圖5所示)，鍋爐過熱器二級減溫水略有下降，其他減溫水使用量均無明顯變化。

圖4　主汽溫度及再熱汽溫變化趨勢

圖5　減溫水投入量變化趨勢

3.2.4對排煙溫度的影響

提高磨煤機(jī)出口粉溫調(diào)整期間，空預(yù)器入口煙溫先略有上升，穩(wěn)定后呈下降趨勢(如圖6所示)，磨煤機(jī)出口粉溫從82.0 ℃提高至90.0 ℃，空預(yù)器入口煙溫約下降1.4 ℃?？傮w而言磨煤機(jī)出口粉溫提高對空預(yù)器入口煙溫的影響不大。排煙溫度隨著磨煤機(jī)出口溫度的升高呈明顯的下降趨勢(如圖7所示)，磨煤機(jī)出口溫度從82.0 ℃提高至90.0 ℃后，排煙溫度下降了1.5 ℃，考慮環(huán)境溫升影響，提高磨煤機(jī)出口粉溫后，影響鍋爐排煙溫度下降約3.0～4.0 ℃。

圖6　主汽溫度及再熱汽溫變化趨勢

3.2.5對鍋爐效率的影響

為評估提高出口粉溫對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，進(jìn)行280 MW負(fù)荷下在線鍋爐效率對比試驗(yàn)。工況1，磨煤機(jī)出口粉溫在82.0 ℃運(yùn)行；工況2，磨煤機(jī)出口粉溫在90.0 ℃運(yùn)行。對比試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖7　減溫水投入量變化趨勢圖

試驗(yàn)顯示，出口粉溫由82.0 ℃提升至90.0 ℃直接導(dǎo)致鍋爐排煙溫度下降約6.0 ℃，修正后排煙溫度下降約4.0 ℃，鍋爐效率增加約0.27%。

表5　鍋爐效率測試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果

4引提高磨煤機(jī)出口粉溫的經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)對比試驗(yàn)結(jié)果，在其他參數(shù)不變的情況下,磨煤機(jī)出口溫度由82.0 ℃提升至90.0 ℃，提升鍋爐效率約0.27百分點(diǎn)，可降低機(jī)組發(fā)電煤耗率約0.89 g/(kW·h)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。按電廠年發(fā)電量5.3 TW·h計(jì)算，磨煤機(jī)提高出口粉溫至90.0 ℃運(yùn)行后，每年可節(jié)約標(biāo)煤約5 000 t。

5結(jié)論及建議

(1)試驗(yàn)研究表明，在保障安全的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)余量提高磨煤機(jī)出口粉溫運(yùn)行，不需要較大成本便可創(chuàng)造出額外的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

(2)磨煤機(jī)出口溫度從82.0 ℃提高到90.0 ℃，磨煤機(jī)入口風(fēng)溫最高達(dá)到305.0 ℃，煤粉管CO體積比在0～3 mL/m3范圍內(nèi)波動(dòng)，且沒有顯著變化規(guī)律，說明在一定范圍內(nèi)提高磨煤機(jī)出口粉溫對煤粉的CO析出沒有異常影響。

(3)磨煤機(jī)出口粉溫提高至90.0 ℃運(yùn)行，制粉系統(tǒng)及鍋爐運(yùn)行參數(shù)正常，機(jī)組過熱蒸汽減溫水、再熱蒸汽減溫水投入量等機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)行參數(shù)(除排煙溫度)沒有明顯異常變化。

(4)在不考慮其他變動(dòng)因素的前提下，磨煤機(jī)出口溫度從 82.0 ℃提高到90.0 ℃，影響鍋爐排煙溫度下降3.0～4.0 ℃，鍋爐效率上升0.27百分點(diǎn)，降低機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗約0.89 g/(kW·h)。

(5)提高磨煤機(jī)出口溫度初期需要注意：加強(qiáng)制粉系統(tǒng)及其防護(hù)監(jiān)視與維護(hù)；如果磨輥潤滑油標(biāo)號較低，建議提高潤滑油等級，并加強(qiáng)對潤滑油碳化過程的監(jiān)測；檢查磨煤機(jī)磨輥的磨損速度變化。

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(本文責(zé)編：白銀雷)

收稿日期：2016-01-11；修回日期：2016-02-26

中圖分類號：TK 223.25

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)03-0006-04

作者簡介：

趙明(1982—)，男，安徽桐城人，工程師，工學(xué)碩士，從事火力發(fā)電技術(shù)及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用方面的工作(E-mail:kim_ming1982@126.com)。