1 036 MW燃煤機組鍋爐制粉系統煤種適應性研究

楊博，林鴻，孫偉鵬，林堅輝

(華能海門電廠，廣東省汕頭市，515132)

0 引言

華能海門電廠(2×1 036 MW)采用DG3000/ 26.25－Ⅱ1型，超超臨界參數變壓直流鍋爐，其結構形式為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊∏型。設計煤種、校核煤種為神府東勝煙煤，校核煤種1為50％神府東勝煙煤+50％澳大利亞蒙托煤，校核煤種2為山西晉北煙煤，鍋爐除了燃燒設計煤種和校核煤種以外，還能單獨燃燒蒙托煤以及蒙托煤與晉北煤的混煤。鍋爐出口蒸汽參數為26.25 MPa/605℃/603℃，汽機入口參數為25.0 MPa/600℃/600℃。汽機額定功率為1 000 MW，對應汽機閥全開(valve wide-open，VWO)工況的鍋爐最大連續蒸發量為3 033 t/h。采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統。每臺鍋爐配置6臺上海重型機械廠生產的HP1203/Dyn型磨煤機，每臺磨煤機配1臺電子稱重皮帶式給煤機。煤粉細度R90為16％～20％，均勻性指數為1.0～1.1。磨煤機用設計煤種的設計最大出力為111 t/h，計算出力為75.12 t/h。經過初步破碎的原煤通過輸煤皮帶送到原煤斗，經過原煤插板后落到稱重皮帶式給煤機。給煤機根據機組負荷指令調節驅動電機轉速來達到調節進入磨煤機的煤量。原煤進入磨煤機后在磨輥的碾壓下破碎，在向磨盤邊緣移動的過程中被進入磨煤機后通過風環旋轉的一次風攜帶上升。在磨煤機本體中煤粉被加熱干燥和分離后，細度合格的煤粉由磨煤機出口的48根煤粉管道送出(至燃燒器前進入8個燃燒器)，粒度較大的煤粉落入磨盤繼續被破碎，每根煤粉管分成2路送往相應的燃燒器。

該廠1、2號爐從投產以來燃燒的煤質變化較大，對鍋爐燃燒和制粉系統的安全、經濟性帶來不利影響，連續出現幾次磨煤機堵煤、制粉系統爆燃、磨煤機滅火等現象。為此與西安熱工院共同進行了燃燒調整試驗，對東方鍋爐廠DG3000/26.25－Ⅱ1型鍋爐制粉系統燃燒不同煤種時的運行情況進行研究，提出了解決辦法。

1 燃燒調整試驗的目的

本次試驗的主要目的在于尋求較高比例低熱值印尼煤摻燒工況下，適合鍋爐安全、經濟、環保運行的最佳運行參數。由于現場條件復雜，入爐煤種遠偏離設計煤種，試驗期間不斷發現由煤種適應性引發的燃燒問題、制粉系統安全和經濟問題。試驗的具體目標是找出鍋爐存在的問題，重點是制粉系統存在的問題；確定鍋爐對低熱值印尼煤摻燒的適應性；確定鍋爐合適的燃煤特性［1］。

以下基于該電廠2號鍋爐一次風量標定結果、制粉系統測試結果以及摻燒印尼煤時各工況的調整變化對鍋爐的燃燒特性作詳細分析。

2 一次風量標定以及一次風參數控制

2.1 磨煤機入口風量標定系數

磨煤機一次風量的精確標定是整個制粉系統調整以及燃燒調整的前提和基礎，在燃燒調整試驗開始前，對2號鍋爐磨煤機入口一次風量進行了熱態標定。

在大、中、小3種風量(工況1、2、3)下，于磨煤機入口用S型畢托管按等截面網格法逐點測量斷面各點風速和溫度，同時記錄表盤風量，最終計算獲得磨煤機入口一次風流量系數［2］。風量標定結果見表1(表1列出了本次標定的6臺磨煤機其中3臺的參數)。通過標定結果可以看出，各臺磨煤機的表盤風量與實際風量均有一定的偏差，表盤風量整體上低于實測風量。其中A磨煤機的表盤風量和實測風量相差較大，流量系數為1.48，其他幾臺磨煤機的流量系數為1.09～1.16。

不同工況下，各臺磨煤機一次風流量系數比較接近，不同風量下風量系數最大相對偏差均小于5％，流量裝置的線性良好。

通過風量標定系數的修正，表盤風量更真實地反映實際風量，可作為制粉系統調整以及燃燒優化調整的基礎。根據標定結果得出的一次風量系數，對表盤風量進行修正，使表盤一次風量真實、可信。

2.2 不同煤種下的制粉系統干燥出力分析

本次試驗選取了3個典型煤種：較高熱值印尼煤(22 990 kJ/kg)、中熱值印尼煤(19 646 kJ/kg)及低熱值印尼煤(16 720 kJ/kg)，試驗在B、E以及F磨煤機上進行。具體試驗數據見表2、3、4。

本次制粉系統試驗煤種按照熱值和水份劃分，基本上可分為如下3類：煤種1(35號船印尼煤)低位熱值16 720 kJ/kg，全水份為27％；煤種2(38號船印尼煤)低位熱值19 646 kJ/kg，全水份為22％；煤種3(39號船優混煤)低位熱值22 990 kJ/kg，全水份小于20％。

表4 煤種3出力試驗(F磨煤機)Tab.4 Output test of No.3 Coal(F coalm ill)

由于在大量摻燒低熱值高水分印尼煤的前提下，磨煤機的最大出力主要受到干燥出力的限制，所以磨煤機出力和一次風煤比控制曲線基本上根據煤種的全水份來區分，為了保證在不同煤種下的干燥出力，磨煤機出口溫度不低于62℃［3］。

根據制粉系統設計相關規定，為了防止煤粉在輸送過程中的沉積和堵管，以及減少煤粉著火的不利影響，磨煤機應保持一定的干燥出力裕量以保證出口溫度高于露點。從上述數據可以看出，在碾磨高水份印尼煤的時候，雖然磨煤機在高出力下干燥風溫已經超過270℃，但其出口溫度仍不足62℃，甚至更低，磨煤機的干燥出力受到限制。若磨煤機出力進一步加大或混煤水份進一步加大，則磨煤機出口溫度將進一步降低，制粉系統出口將有“結露堵磨”的危險。所以在當前的設備條件下，使用高水份印尼煤需要靠降低磨煤機出力來保證制粉系統的安全性［4］。

從表2～4可以看出，當煤全水份為30％左右的時候，受干燥出力限制，單磨煤機出力超過75 t/h時，磨煤機出口溫度很難維持在62℃。此時熱風調節門已在全開位置，磨煤機通風量已再無裕量，若繼續增加磨煤機出力，則需要相應大幅增加一次風母管壓力，給整個制粉系統以及一次風系統帶來極大的浪費。因此，建議磨煤機最大出力不超過75 t/h。

3 鍋爐一次風量控制設定值曲線的優化

一次風煤比的確定要兼顧磨煤機的碾磨出力和干燥出力的雙重影響，通過研究給出了如下不同煤種的一次風煤比控制曲線。

在推薦風煤比控制曲線中，對不同煤種、不同出力下影響制粉系統性能的重要可調參數進行了定量，確保制粉系統在安全、經濟和環保的最優方式下運行。

鍋爐磨煤機的調整與控制，主要是對風煤比的調整與控制，即一次風量與給煤機給煤量要適應。對于正壓中速直吹式制粉系統如忽略磨煤機密封風，鍋爐的一次風量即為每臺磨煤機風量之和，鍋爐最小一次風量的確定就是磨煤機最小風量的確定。每臺磨煤機的風量必須滿足煤粉正常輸送、為煤粉著火初期提供合適的氧質量分數和滿足燃燒器安全運行的要求［5］。

為了滿足煤粉的輸送要求，粉管風速不得小于20 m/s，而實際運行中考慮到各個出粉管的偏差，往往需要在這個風速上再加一定的余量［6］。本文取粉管風速為22 m/s來計算輸送煤粉需要的最小風量，這個最小風量沒有包括煤中的部分水份會變成水蒸氣以及一部分密封風的流量。這部分流量一般會使速度增加10％～15％，所以最終的輸送煤粉所需的最小風量在各管的一次風速調平以后還是有足夠安全裕量的。

海門電廠當地常年平均大氣壓力為101 kPa，磨煤機出口粉管的溫度變化一般為62～80℃，取70℃，則一次風的密度為式中：ρ0為標準狀態下空氣密度，kg/m3；T0為標準狀態下溫度，K；P0為標準狀態大氣壓力，Pa；ρ為當地空氣密度，kg/m3；t為粉管一次風溫度，℃；P為當地大氣壓力，Pa。

一次風粉管道內徑為813 mm，若風速低限為22 m/s，則每臺磨煤機的最小一次風量為

式中：G為一次風量，t/h；d為一次風粉管內徑，mm； v為粉管一次風速，m/s；A為1臺磨煤機一次風粉管根數［7］。

為了能為煤粉著火初期提供合適的氧質量分數以及保證煤粉著火點、火焰剛度在正常范圍內，要求磨煤機風量與煤量之比不應小于1.8。即以風煤比為1.8計算得到的磨煤機風量，是能滿足煤粉著火初期所需的氧質量分數，以及能保證燃燒器安全運行的最小磨煤機風量［7-8］。不同磨煤機負荷下的該最小風流量以及該最小風量對應的一次風粉管風速如表5所示。

表5 磨煤機不同負荷下的最小風量Tab.5 Them inimum air flow of coalm ill w ith different loads

由表5可看出，當磨煤機負荷小于52.2 t/h時，按風煤比1.8計算得到的一次風量93 t/h對應的粉管一次風速小于22 m/s，不滿足煤粉的輸送要求。因此，磨煤機最小風量應大于93 t/h，取100 t/h。磨煤機不同負荷下一次風量和煤量關系如表6所示。在某1個一次風量運行條件下，石子煤不明顯增加，磨煤機也沒有堵煤現象，爐內燃燒著火點位置正常且無貼壁現象，該風量即為正常。但是由于海門電廠燃煤大多為高揮發份、高水份煤質，因此磨煤機實際設定風煤比要比最小一次風量大。圖1為不同負荷時磨煤機的風－煤曲線。

表6 磨煤機不同煤量的一次風量Tab.6 The primary air flow of coalm illw ithdifferent amount of coals

圖1 不同負荷時磨煤機的風－煤曲線Fig.1 Coalm ill's wind-coal curves w ith different loads

在當前運行方式下，受干燥出力影響，燃用高水分(大于27％)低熱值印尼煤時的磨煤機出力很難超過75 t/h，此時磨煤機出口溫度很難超過60℃，所以一次風壓的設定應更多考慮惡劣工況時磨煤機的正常運行。

4 結論

(1)一次風量測量值隨著運行時間的增加會出現漂移現象，建議定期對一次風量進行標定，使表盤風量更加真實、可信。

(2)在計算磨煤機最小運行風量時，要考慮燃煤水份、粘度等參數，保證制粉系統運行安全。

(3)通過試驗和分析計算，確定了磨煤機在燃用不同煤種時的最大出力。

(4)針對實際情況對磨煤機風煤比進行了調整，使磨煤機能在安全工況下運行。

(5)燃用劣質煤對制粉系統安全性有影響，建議燃煤電廠在燃用低熱值煤種時，應該綜合考慮鍋爐效率下降、安全性下降和設備損壞等情況。

［1］岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優化運行技術［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］范從振.鍋爐原理［M］.北京：中國電力出版社，1986.

［3］林萬超.火電廠熱系統節能理論［M］.西安：西安交通大學出版社，1994.

［4］李青，公維平.火力發電廠節能和指標管理技術［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［5］黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［6］王家璇.電廠熱力設備及其運行［M］.北京：中國電力出版社，1997.

［7］華東電業管理局.鍋爐運行技術問答［M］.北京：中國電力出版社，1997.

［8］付新河.火電廠制粉系統優化控制方案的探討［J］.廣東電力，2008，21(3)：44-46，67.