煤粉細(xì)度和均勻性指數(shù)對鍋爐燃燒影響分析

王承亮

（華電國際技術(shù)服務(wù)分公司，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

隨著國家能源和環(huán)保形勢的日益嚴(yán)峻與新能源發(fā)電比例的迅猛增長，作為一次能源消耗大戶的火力發(fā)電廠，如何降低機(jī)組能耗、提高機(jī)組運(yùn)行效率，是提高火電廠核心競爭力的重要途徑，各個發(fā)電廠均加大了機(jī)組節(jié)能降耗和節(jié)能指標(biāo)監(jiān)控力度。某電廠在節(jié)能指標(biāo)對標(biāo)中發(fā)現(xiàn)，其飛灰含碳量較煤質(zhì)基本相同且同類型的其他鍋爐相對偏高1.7 個百分點(diǎn)，并且有升高趨勢，所以開展了鍋爐飛灰含碳量異常升高的原因排查。由于影響鍋爐燃盡率的因素復(fù)雜，采取了重點(diǎn)因素試驗排除的方法。考慮到鍋爐燃燒配風(fēng)方式及煤源無較大變化，但煤粉細(xì)度化驗值異常波動大的現(xiàn)狀，且依據(jù)煤粉細(xì)度及均勻性對鍋爐燃盡率影響關(guān)聯(lián)度高的機(jī)理［1］，制粉系統(tǒng)性能惡化可能是導(dǎo)致鍋爐飛灰可燃物異常升高的重要因素，依據(jù)DL／T 467—2004《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗》和ASME PTC 4.2《磨煤機(jī)試驗規(guī)程》進(jìn)行了試驗排查，確定了煤粉取樣位置代表性不合理和煤粉細(xì)度實(shí)際控制情況不符合鍋爐高效燃燒的問題，提出設(shè)備改進(jìn)、運(yùn)行維護(hù)和優(yōu)化調(diào)整建議。

1 設(shè)備概況

某電廠1 號鍋爐為DG-1109.5／17.5－Ⅱ12 型亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用單爐膛、尾部雙煙道、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、Π 型露天布置。

燃燒器采用四角布置、切向燃燒、直流擺動式水平濃淡煤粉燃燒器，假想切圓D790 mm，燃用煙煤。采用雙進(jìn)雙出鋼球磨正壓直吹式冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)，配3 臺磨煤機(jī)。每角燃燒器共布置18 層噴口，其中6 層一次風(fēng)噴口、一次風(fēng)噴口四周均布置有周界風(fēng)；8 層二次風(fēng)噴口；4 層燃盡風(fēng)。

2019 年12 月鍋爐入爐煤煤質(zhì)及飛灰含碳量情況詳見表1，入爐煤干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf在40%左右波動，飛灰含碳量波動較大，平均值為3.68%，最大值為6.5%、最小值為0.59%，實(shí)際平均值較對標(biāo)值（1.98%）偏高約1.7 個百分點(diǎn)，按飛灰含碳量升高1%影響煤耗升高1.3 g／kWh 估算，導(dǎo)致機(jī)組煤耗增加約2.2 g／kWh。針對現(xiàn)燃用煤質(zhì)，飛灰含碳量仍有較大的節(jié)能挖潛空間［2］。

表1 2019 年12 月入爐煤煤質(zhì)及飛灰含碳量

2 煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)影響因素分析

煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)是鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的重要因素之一［3］，制粉系統(tǒng)不僅要提供滿足鍋爐燃燒所需要的煤粉量，而且還要提供適合鍋爐高效安全經(jīng)濟(jì)環(huán)保燃燒的煤粉，也就是煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)要符合鍋爐燃燒要求。鍋爐煤粉細(xì)度及煤粉均勻性指數(shù)取樣數(shù)據(jù)見表2（鍋爐配備3 臺雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)A、B、C，每側(cè)配4 根粉管共8 根粉管，具體粉管編號如A 磨煤機(jī)，詳見圖1），其發(fā)散性大，R90平均值為11.68%、最大值為51.62%、最小值為1.19%，煤粉均勻性指數(shù)n 平均值為0.79、最大值為1.109、最小值為0.175。這主要由以下3 個因素導(dǎo)致的。

圖1 A 磨煤機(jī)兩側(cè)A1、A2 側(cè)各4 根粉管編號示意

表2 2019 年12 月鍋爐煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)統(tǒng)計情況

2.1 煤粉取樣位置

經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，磨煤機(jī)煤粉取樣裝置安裝布置在一次風(fēng)管的可調(diào)縮孔上方0.5 m 左右（詳見圖2），且一次風(fēng)管可調(diào)縮孔為單向縮孔，一次風(fēng)管可調(diào)縮孔附近的流場紊亂，部分區(qū)域形成回流，在此位置所取的煤粉樣煤粉細(xì)度波動很大，不能真正反映磨煤機(jī)煤粉細(xì)度實(shí)際情況，影響磨煤機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)整，從而直接影響鍋爐燃燒效率。

圖2 A 磨煤機(jī)A1 側(cè)四根煤粉管道煤粉取樣裝置安裝及取樣位置

為進(jìn)一步了解取樣位置附近流場情況，進(jìn)行現(xiàn)場測試，試驗期間維持分離器擋板開度不變，制粉系統(tǒng)出力不變。以磨煤機(jī)出口煤粉管道上安裝的煤粉取樣器作為校核對象進(jìn)行取樣并化驗煤粉細(xì)度。在校核對象的取樣點(diǎn)處，用移動式煤粉等速標(biāo)準(zhǔn)取樣槍進(jìn)行取樣并化驗煤粉細(xì)度。將兩組化驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，總結(jié)煤粉取樣器安裝位置及代表性規(guī)律。得到磨煤機(jī)粉管等截面各點(diǎn)風(fēng)速情況如圖3 所示，以煤粉流動方向為正，風(fēng)速最大為65 m／s，反方向最大為15 m／s。流場紊亂造成煤粉細(xì)度取樣無代表性，R90、R200不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響煤粉均勻性指數(shù)不準(zhǔn)確。

圖3 一次風(fēng)管煤粉取樣裝置處等截面各點(diǎn)風(fēng)速

2.2 煤粉取樣方式

鍋爐配備的雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，每側(cè)對應(yīng)同層四根粉管。雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)試驗結(jié)果表明，磨煤機(jī)出口同層四根粉管風(fēng)速和煤粉質(zhì)量濃度偏差較大（詳見表3），試驗工況下，各一次風(fēng)管道煤粉粉量偏差在-28.95%～39.38%，風(fēng)速偏差在-14.33%～13%，煤粉質(zhì)量濃度偏差在-35%～57.98%，煤粉分配嚴(yán)重不均［4］，E1 側(cè)煤粉大于E2 側(cè)，這很可能導(dǎo)致雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)出口各粉管的煤粉細(xì)度和均勻性指數(shù)不同，所以現(xiàn)場經(jīng)常采用的固定從磨煤機(jī)一側(cè)一根粉管取樣，并以分析結(jié)果來判斷磨煤機(jī)運(yùn)行狀況的方法是不合理的，可能并未真正反映磨煤機(jī)實(shí)際工作性能，無法發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)分離器及回粉管堵塞帶來的煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)的異常變化［2］，對于燃燒調(diào)整無直接指導(dǎo)意義，存在誤導(dǎo)的可能。

表3 磨煤機(jī)煤粉分配特性試驗結(jié)果

2.3 雜物堵塞影響

鍋爐A、B、C 磨煤機(jī)分離器為老式緊湊型徑向分離器，且入爐煤軟性雜物多（草衫、塑料袋、草、塑料瓶等），容易在分離器擋板產(chǎn)生積存，從而使得分離器流通面積縮小、流速升高，分離器效率降低，粗煤粉易被攜帶進(jìn)入爐膛；并且雜物也容易在環(huán)形回粉管內(nèi)積存，使得局部環(huán)形通道或全部產(chǎn)生堵塞、回粉不暢，積粉累積到分離器內(nèi)部，影響分離器內(nèi)部流場，使得分離器效率降低，粗煤粉易被攜帶進(jìn)入爐膛；并且這兩種異常狀況頻繁出現(xiàn)并不易被及時發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響了鍋爐高效燃燒［5］?，F(xiàn)基本按每10～15天清理一次分離器擋板及回粉管，仍不能完全解決分離器擋板及回粉管積粉堵塞問題，導(dǎo)致煤粉質(zhì)量出現(xiàn)異常波動，從鍋爐燃燒體現(xiàn)出來就是飛灰可燃物波動大，也是煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)異常波動的間接反應(yīng)［6］。

3 整改措施及效果

3.1 整改措施

煤粉取樣裝置安裝位置優(yōu)化。煤粉取樣裝置取樣位置首先要選擇在直管段上，并且要盡量避開彎頭，應(yīng)遠(yuǎn)離縮孔。

煤粉取樣方式優(yōu)化。輪流取每臺磨煤機(jī)8 根粉管的煤粉進(jìn)行分析（每周取2 臺磨煤機(jī)輪換進(jìn)行），及時跟蹤磨煤機(jī)的工作性能，發(fā)現(xiàn)問題，針對性處理。

雜物清理。從源頭進(jìn)行綜合治理，在入爐煤皮帶上加裝雜物自動清理裝置，盡量避免雜物進(jìn)入煤倉。在入爐煤雜物未控制之前，針對分離器工作情況，建議利用機(jī)組檢修機(jī)會對分離器擋板及回粉管進(jìn)行徹底清理。正常運(yùn)行中每周定期清理一次，確保磨煤機(jī)分離器正常性能。

優(yōu)化煤粉細(xì)度。因鍋爐低氮燃燒方式下運(yùn)行，主燃燒器區(qū)域缺氧運(yùn)行，對煤粉細(xì)度提出了更高的要求［7］，煤粉細(xì)度控制要求應(yīng)按R90=0.5nVdaf公式估算；因入爐煤的Vdaf在32%～40%范圍，故建議將煤粉細(xì)度R90控制在14%～18%范圍，不僅提高煤粉燃盡性能，同時防止結(jié)焦、高溫腐蝕和降低氮氧化物排放。

3.2 整改效果

改用符合取樣要求的位置進(jìn)行試驗煤粉取樣，化驗分析結(jié)果詳見表4，A、B、C 磨煤機(jī)R90平均值分別為25.2%、26.1%、28.3%，均不符合煤粉細(xì)度R90控制在14%～18%范圍的要求，明顯偏高，會導(dǎo)致鍋爐燃燒延遲、火焰中心上移、飛灰含碳量升高［4］。為改善煤粉細(xì)度、提高煤粉均勻性，經(jīng)過研討最終確定利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會對B、C 磨煤機(jī)兩側(cè)分離器擋板進(jìn)行微調(diào)以降低煤粉細(xì)度、提高煤粉均勻性。B 磨煤機(jī)分離器擋板開度由46%調(diào)節(jié)至41%，C 磨煤機(jī)分離器擋板開度由48%調(diào)節(jié)至43%，收集一周左右的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，磨煤機(jī)分離器壓差同比增加了約55 Pa，磨煤機(jī)出力基本沒有影響；同時對煤粉進(jìn)行了抽檢，煤粉細(xì)度基本維持在17%～21%，煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)得到明顯改善，鍋爐飛灰含碳量平均降低了約0.8 個百分點(diǎn)；同時優(yōu)化了磨煤機(jī)分離器清理周期，磨煤機(jī)分離器每運(yùn)行一周清理一次，確保磨煤機(jī)分離器正常性能的保持，飛灰含碳量異常波動也有所改善。

表4 2020 年1 月煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)

4 結(jié)語

提出電廠生產(chǎn)現(xiàn)場技術(shù)人員極易忽視的煤粉取樣位置代表性差和同臺磨煤機(jī)煤粉管道間煤粉細(xì)度偏差大的問題，并用試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證，為現(xiàn)場煤粉取樣裝置安裝和煤粉細(xì)度監(jiān)測提供了技術(shù)參考；同時還提出了磨煤機(jī)性能會發(fā)生波動的運(yùn)行特性，特別是分離器擋板及回粉管極易堵塞等問題，進(jìn)行了分析并提出了建議。