某660 MW火電廠制粉系統(tǒng)運(yùn)行特性分析及優(yōu)化

康曉光

（古交西山發(fā)電有限公司，山西 古交 030206）

0 引言

近年來，我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)電水平處于快速發(fā)展時(shí)期，燃煤機(jī)組的供電效率得到顯著提高[1-3]。制粉系統(tǒng)是煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)中的重要組成部分[4]，其運(yùn)行狀況直接影響著鍋爐燃燒工況及鍋爐熱效率[5-7]。本文以某660 MW機(jī)組制粉系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)制粉系統(tǒng)存在的問題，分析各因素對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行工況的影響，通過制粉系統(tǒng)的調(diào)整，使制粉系統(tǒng)的運(yùn)行工況趨于合理，同時(shí)降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 鍋爐存在的問題

某660 MW機(jī)組采用中速磨直吹制粉系統(tǒng)，額定出力74.7 t/h，每臺(tái)爐配置6臺(tái)中速磨煤機(jī)，側(cè)向布置。原煤經(jīng)原煤倉(cāng)進(jìn)入給煤機(jī)，通過給煤機(jī)輸送至磨煤機(jī)，與熱一次風(fēng)混合并干燥，在轉(zhuǎn)動(dòng)的磨碗與磨輥之間通過彈簧加載被碾碎，煤粉由熱一次風(fēng)攜帶至磨煤機(jī)頂部的動(dòng)態(tài)分離器，通過調(diào)整動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度，合格的煤粉經(jīng)煤粉管道送至爐內(nèi)燃燒，不合格的煤粉返回磨煤機(jī)內(nèi)再次碾壓，不易碾壓的石子煤由磨風(fēng)環(huán)處掉入磨風(fēng)室，經(jīng)風(fēng)室內(nèi)布置的刮板排入石子煤斗。石子煤由人工定期檢查排放，系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 正壓直吹式制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)作為鍋爐輔助設(shè)備的重要組成部分，其運(yùn)行方式是否合理對(duì)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)、風(fēng)機(jī)電耗、低負(fù)荷穩(wěn)燃、受熱面壁溫、爐膛出口煙溫偏差等有較大影響，因此有必要對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 影響制粉系統(tǒng)運(yùn)行的因素分析

本廠機(jī)組調(diào)峰能力控制在40%~100%額定負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行任何工況，C磨煤機(jī)均作為主力磨煤機(jī)運(yùn)行，具有代表性，因此本文磨煤機(jī)以C磨煤機(jī)為例進(jìn)行分析。

2.1 一次風(fēng)壓對(duì)制粉系統(tǒng)的影響

磨煤機(jī)出力60 t/h、分離器轉(zhuǎn)速700 r/min時(shí)，磨煤機(jī)一次風(fēng)壓特性如表1所示。從表1可以看出，一次風(fēng)壓大于9 kPa時(shí)，磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門開度較大，達(dá)到53%，而熱一次風(fēng)調(diào)門開度小，僅為34%。此時(shí)，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫只有240℃，磨煤機(jī)出入口差壓達(dá)到4.1 kPa，顯然是不經(jīng)濟(jì)的。另外，一次風(fēng)壓低于7.5 kPa時(shí)，磨煤機(jī)熱風(fēng)大幅度增加，調(diào)門開度達(dá)85%，即便這樣，磨煤機(jī)出口溫度僅為91℃，難以達(dá)到設(shè)定的96℃，存在磨煤機(jī)出口粉管堵管的風(fēng)險(xiǎn)。因此，將一次風(fēng)壓控制在7.5~9 kPa之間相對(duì)較安全、經(jīng)濟(jì)。

表1 C磨煤機(jī)一次風(fēng)壓特性

2.2 磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器對(duì)制粉系統(tǒng)的影響

磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速直接影響著煤粉細(xì)度，當(dāng)燃料量為60 t/h、一次風(fēng)壓為8 kPa時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)磨煤機(jī)特性的影響如表2所示。

表2 磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速特性

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)分離器轉(zhuǎn)速由920 r/min下降至540 r/min時(shí)，煤粉細(xì)度R90由11.5%上升至19.4%。分離器轉(zhuǎn)速對(duì)鍋爐效率影響的試驗(yàn)表明，此時(shí)的飛灰含碳量波動(dòng)在1%左右，對(duì)鍋爐效率有一定影響。

分離器轉(zhuǎn)速減小，磨煤機(jī)出入口差壓明顯降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速為650 r/min時(shí)，磨煤機(jī)出入口差壓3 400 Pa，處于合理范圍內(nèi)。

分離器轉(zhuǎn)速減小至650 r/min左右，升降負(fù)荷速率由6 MW提高至14 MW，提高了機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度，滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求。

分離器轉(zhuǎn)速高低，影響合格煤粉的內(nèi)循環(huán)率，對(duì)磨煤機(jī)磨輥及磨碗襯板磨損影響較大。通過降低磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速至650 r/min左右，磨煤機(jī)檢修周期由投產(chǎn)初期的3 500 h提高至18 000 h。

綜合考慮磨煤機(jī)出入口差壓、負(fù)荷響應(yīng)速率、磨煤機(jī)檢修周期、燃煤熱值、鍋爐效率等因素，磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速控制在650 r/min左右。

2.3 磨煤機(jī)出口溫度對(duì)制粉系統(tǒng)的影響

該鍋爐設(shè)計(jì)煤種揮發(fā)分為20.56%，設(shè)計(jì)時(shí)磨煤機(jī)出口溫度控制在85℃。當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到95℃時(shí)跳閘。實(shí)際運(yùn)行過程中，摻燒煤種的揮發(fā)分約為25%，將磨煤機(jī)出口溫度控制在95℃，達(dá)到120℃時(shí)跳閘。

磨煤機(jī)出口溫度變化如表3所示。結(jié)果表明，負(fù)荷為500 MW時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度由85℃提高到97℃，排煙溫度由125℃下降到119℃，這是由于磨煤機(jī)出口溫度的提高，一方面增加了煤粉的干燥出力，空氣預(yù)熱器的換熱量增加；另一方面煤粉的著火熱下降，著火提前，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率。該鍋爐經(jīng)降低分離器轉(zhuǎn)速、降低一次風(fēng)壓、提高磨煤機(jī)出口溫度等措施后，控制燃煤熱值為16.8 MJ/kg左右、Vdaf為25%左右時(shí)，鍋爐40%額定負(fù)荷，鍋爐爐膛負(fù)壓相對(duì)穩(wěn)定，在-40~-120 Pa波動(dòng)，運(yùn)行磨煤機(jī)火檢模擬量及開關(guān)量均正常，無擺動(dòng)；就地看火爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，火焰金黃色，火焰充滿度良好，機(jī)組各運(yùn)行參數(shù)均能滿足運(yùn)行要求。

表3 磨煤機(jī)出口溫度變化

2.4 磨煤機(jī)出口煤粉管道風(fēng)速偏差對(duì)制粉系統(tǒng)的影響

由于受鍋爐設(shè)計(jì)布局的影響，特別是側(cè)煤倉(cāng)布置的制粉系統(tǒng)，因磨煤機(jī)出口煤粉管道至鍋爐燃燒器煤粉管道安裝結(jié)構(gòu)不同、彎頭數(shù)量不同，管道內(nèi)流體受到的沿程阻力及局部阻力也不同，從而造成磨煤機(jī)出口至燃燒器的一次風(fēng)速出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致一次風(fēng)攜帶煤粉量存在偏差，使得鍋爐水冷壁、過熱器受熱面左右側(cè)汽溫、壁溫出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致受熱面壁管或者低汽溫停機(jī)的事故。因此，對(duì)制粉系統(tǒng)冷、熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平就顯得至關(guān)重要。

C層燃燒器一次風(fēng)風(fēng)速平均值及相應(yīng)的偏差值如表4所示。從表4可以看出，經(jīng)過對(duì)制粉系統(tǒng)一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，運(yùn)行燃燒器一次風(fēng)速相對(duì)均勻，滿足偏差小于±5%的要求，同時(shí)鍋爐A、B兩側(cè)汽溫偏差由原來的30℃減小至10℃以內(nèi)，煙溫偏差由原來的80℃減小至現(xiàn)在的50℃以內(nèi)，受熱面壁溫偏差均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

表4 C層燃燒器一次風(fēng)風(fēng)速平均值及相應(yīng)的偏差值

3 結(jié)論及建議

a）一次風(fēng)壓大于9 kPa時(shí)，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫只有240℃，磨煤機(jī)出入口差壓達(dá)到4.1 kPa，經(jīng)濟(jì)性較差；一次風(fēng)壓低于7.5 kPa時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度難以達(dá)到設(shè)定值96℃，且一次風(fēng)壓過低會(huì)存在磨煤機(jī)出口煤粉堵管的風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議運(yùn)行控制一次風(fēng)壓在7.5~9 kPa之間。

b）試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)分離器轉(zhuǎn)速控制在650 r/min左右，既可以滿足鍋爐燃燒穩(wěn)定及受熱面壁溫的要求，又滿足電網(wǎng)調(diào)峰要求，建議根據(jù)實(shí)際運(yùn)行要求，控制磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

c）當(dāng)磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速由920 r/min下降至650 r/min，試驗(yàn)證明磨煤機(jī)磨輥及磨碗襯板磨損速度明顯降低，延長(zhǎng)磨煤機(jī)檢修周期。

d）實(shí)施降低分離器轉(zhuǎn)速、控制一次風(fēng)壓、提高磨煤機(jī)出口溫度等一系列措施后，在燃煤熱值為16.8 MJ/kg左右時(shí)，滿足鍋爐40%額定負(fù)荷穩(wěn)燃要求。

e）為了鍋爐燃燒穩(wěn)定運(yùn)行，建議機(jī)組在大、小修后，對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，滿足一次風(fēng)速偏差小于±5%的要求。