300 MW燃煤鍋爐制粉系統改造技術研究

趙　明，宋云華

(1. 廣州珠江電力有限公司，廣東 廣州511457； 2. 廣州發展電力集團有限公司，廣東廣州510623)

300 MW燃煤鍋爐制粉系統改造技術研究

趙明1，宋云華2

(1. 廣州珠江電力有限公司，廣東 廣州511457； 2. 廣州發展電力集團有限公司，廣東廣州510623)

摘要：針對某燃煤電廠300 MW中速磨煤機直吹式制粉系統，通過采用制粉系統、一次風系統與空預器系統聯合設計與改造的方式，提高制粉系統對煤種的適應性以及制粉系統出力，改造過程中通過設備選型分析及校核計算、冷態動力場試驗、磨煤機性能試驗及鍋爐優化燃燒調整，使制粉系統改造達到了預期效果。試驗結果表明：在鍋爐效率保持不變的前提下，制粉系統、一次風系統與空預器系統聯合改造后磨煤機出力得到有效提高，機組對煤種的適應能力得到顯著增強，同時系統改造后有效提高了一次風機裕量以及熱一次風溫，減少磨煤機設備維護、取得了較好的經濟和安全效益。

關鍵詞：制粉系統；煤種適應性；燃煤成本；效益

中圖分類號：TK223

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.04.013

收稿日期：2015-02-03。

作者簡介：趙明(1982-)，男，工程師，主要研究方向為火力發電技術及節能技術應用，E-mail：kimming1982@126.com。

Abstract：In this paper, we focus on the research of a 300 MW medium speed mill pulverizing system. Through the joint design and transformation of milling system, primary air system and air pre-heater system, we improved coal adaptability and output of the pulverizing system. During the transformation process we also did some equipment selection analysis and checking calculations, cold dynamic field tests, mill performance tests and the boiler combustion optimization, finally the result met our expectations. The result showed that: In the context of unchanged boiler efficiency, the milling system, primary air system, air pre-heater system and mill output had been effectively improved, and the unit coal adaptability had been significantly enhanced. At the same time, after the transformation, the primary fan margin and the primary air temperature were significantly improved, and the mill equipment maintenance was reduced. Finally we got good economic and safety benefits.

Keywords：pulverizing system; coal adaptability; cost of coal; benefits

0引言

近年來，隨著電力總裝機容量的快速增長，煤炭市場供需發生顯著變化，鍋爐燃煤煤質波動大，大量電站鍋爐實際燃用煤種嚴重偏離原設計煤種，導致在機組運行過程中出現了一系列問題，如鍋爐燃燒不穩定、燃燒飛灰含碳量高、鍋爐經濟性差，爐膛結渣等問題，與此同時由于入爐煤種變化顯著，導致原設計的制粉系統發生諸多突出問題，如磨煤機出力不足，一次風量及風溫不夠，顯著影響了機組帶負荷能力和運行安全性[1，2]。

為了適應煤炭市場的變化，針對某電廠300 MW亞臨界參數燃煤發電機組中速磨煤機直吹式制粉系統，在運行時實際入爐煤偏離設計煤種，導致一次風溫偏低，制粉出力受限，嚴重影響機組帶負荷能力的問題，對該電廠中速磨直吹制粉系統進行一次風系統、制粉系統與空預器系統聯合設計與改造，在兼顧鍋爐效率的前提下，通過系統改造，提高機組對煤質的適應能力，提高一次風熱風溫度與制粉系統出力，保證機組在現有煤質變化的條件下仍能長期安全可靠的高效運行；同時制粉系統改造后，進行相應的冷態動力場試驗、磨煤機性能試驗及鍋爐優化燃燒調整，在檢驗改造效果的同時，獲得更加經濟、安全的運行方式。

1改造前校核計算及設備選型

1.1　鍋爐概況與煤質

該鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設計制造的HG1021/18.2-YM3型亞臨界自然循環，一次中間再熱，單爐膛П型號布置，四角切圓燃燒方式，平衡通風，固態排渣煤粉爐，制粉系統為RP-783型中速磨煤機，冷一次風正壓直吹式。鍋爐原設計煤種為神府東勝煤，熱值較高，目前主燒煤種為神木2號(煤種1)、神木大混煤(煤種2)，熱值均偏低。主要煤質參數如表1所示。

從表1中可以看出，目前入爐煤比原設計煤種的水分含量較高，熱值較低，在滿足同一工況時，需要較大的通風出力、干燥出力及制粉出力。

表1　原設計煤種和當前煤種特性

1.2　改造前校核計算

如表2所示，原磨煤機為上海重型機械廠引進美國燃燒公司技術生產的RP-783型磨煤機，按原磨煤機RP-783型對近期主燒煤種進行核算。從表2可以看出，按原磨煤機(RP783)5臺磨運行，磨煤機的最大出力已經無法滿足鍋爐滿負荷運行要求，只能采用6臺磨運行才能滿足。實際滿負荷運行過程中，一旦發生磨煤機故障時，需降出力運行，嚴重影響了機組的帶負荷能力。因此，采用目前入爐煤種時需對磨煤機進行重新選型，以滿足機組帶負荷要求。

表2　RP-783型磨煤機校核計算

1.3　空預器校核

改造前由于空預器漏風率偏高(10%左右)，同時存在受熱元件變形或積灰引起的煙氣阻力大(300 MW時阻力達到1 330 Pa)，造成磨煤機通風出力偏低，同時一次風溫度比設計值偏低23 ℃，導致磨煤機干燥出力不足。從表3數據分析得知，空預器出口熱一次風溫度為290 ℃左右，若燃用目前入爐煤種，一次風溫難以滿足制粉系統的干燥出力要求，需對空預器進行改造，提高一次風溫，來滿足制粉系統的干燥出力要求。

表3　空預器校核計算

2設備選型及改造方案

由于本工程為改造工程，為盡量減小改造工程量，避免鍋爐本體受到較大影響，磨煤機臺數仍保持與原來一致，這樣可以使燃燒器層數保持不變，有利于保證原燃燒器及爐膛的熱負荷。

通過改造后校核煤種及磨煤機選型計算，本次改造磨煤機選用ZGM80G-Ⅲ型中速磨煤機可滿足鍋爐出力要求[3]。磨煤機改造后，原一次風機無法保證TB點風機性能，且BMCR點距風機的不穩定區近，容易失速，需全部改造更換一次風機。經過風機選型計算，選用軸流風機AST-1568/1120可滿足改造后制粉系統要求。考慮提高熱一次風溫，需同時對鍋爐空預器進行改造，選擇改變空預器旋轉方向，同時將蓄熱元件熱段板型由原來的DU3改為FNC板型，經過校核計算，改造后排煙溫度可以降低約5 ℃，一次熱風出口溫度可以提高至325 ℃，二次熱風出口溫度降低至295 ℃，理論上鍋爐效率較原來計算值提高約0.05%～0.1%，但風側阻力將增加20 Pa，煙氣側阻力增加40 Pa，會導致風機的電功耗增加。

3改造后試驗及優化調整

3.1　冷態空氣動力場試驗

制粉系統改造后，為了獲得改造后設備投運的實際運行狀況，以便對制粉系統的改造效果進行評估，進行了全面的冷態空氣動力場試驗。在冷態空氣動力場試驗過程中，對磨煤機入口風量進行標定，同時調整粉管可調伸縮孔進行一次風調平試驗，同一磨煤機出口各一次風管上的流速偏差控制在5%以內(調平前后風速偏差如表4)。調整后進行爐內火焰示蹤試驗結果表明，噴口出流與水冷壁間夾角合適，一次風射流剛性較強，一次風切圓沒有明顯的偏斜和貼壁，爐內火焰充滿度良好，動力場火花示蹤效果如圖1。

表4　1號磨一次風調平前后風速偏差與調平結果

圖1　冷態動力場試驗一次風噴口火花示蹤效果

3.2　改造后對制粉系統出力的影響

制粉系統改造后，進行制粉性能考核試驗。試驗結果顯示改造后的磨煤機帶基本出力28 t/h運行，煤粉細度R90為20.72%，煤粉均勻性指數為1.07，磨煤單耗為8.03 kW·h·t。磨煤機最大出力考核試驗中所有磨煤機均能帶最大出力35.8 t/h長時間安全穩定運行，但煤粉細度略有上升。磨煤機改造后同時對分離器擋板特性、磨輥加載壓力調整、磨煤機風量調整等進行優化調整試驗，分析影響磨煤機出力和單耗的因素如磨煤機出口溫度、通風量、磨碗差壓、煤層厚度等,得出磨煤機的經濟運行參數,從而進一步提高機組運行的經濟性[4]。

3.3　改造后對一次風系統裕量的影響

改造后一次風機考核試驗結果如圖2所示。各工況下一次風機運行點位于風機性能曲線左上方，均遠離風機理論失速線，風機運行在安全區域。額定負荷下一次風機實際壓力小于BMCR設計壓力2.62%，額定負荷風機運行實際流量小于BMCR設計流量9.51%，新一次風機均能滿足鍋爐BMCR工況需求。考慮改造后一次風機有較大裕量，運行中風機電流較高，在機組運行中可對一次風壓優化調整，降低一次風機電耗。

圖2　改造后一次風機不同負荷點運行曲線

3.4　改造后對空預器換熱性能的影響

改造后進行空預器性能考核試驗，空預器進口A，B側煙氣溫度分別為351.58 ℃與351.17 ℃，一次風溫分別為37.1 ℃，38.9 ℃，二次風溫分別為26.9 ℃，26.8 ℃；空預器出口A，B側煙氣溫度分別為133.82 ℃，134.81 ℃，一次風溫分別為324.4 ℃，324.4 ℃，二次風溫分別為301.0 ℃，294.8 ℃。300 MW負荷時A，B側空預器漏風率分別為5.46%，5.82%，平均漏風率為5.64%，空預器漏風率與改造前明顯下降。

3.5　改造后鍋爐優化燃燒調整試驗

制粉系統改造后，對鍋爐燃燒系統影響較大，若仍按原設計煤質進行運行調整，將會導致飛灰可燃物上升，鍋爐效率明顯下降。針對目前入爐煤質，在不同負荷進行變氧量、變一次風壓、變擺角、變二次風配風方式進行了全面的燃燒調整試驗。試驗結果顯示，與調整前習慣運行工況和改造前工況對比，優化試驗中飛灰中可燃物含量明顯降低，降低固體未完全燃燒熱損失約為0.3%，此外，優化組合工況將運行氧量控制在2.3%(習慣工況為2.6%)，在排煙溫度變化不大情況下，排煙熱損失亦有所減少。據反平衡法算得修正后鍋爐熱效率分別為94.11%和94.00%，相比習慣運行工況分別提高0.73%和0.62%，表明經過燃燒優化調整試驗，機組運行經濟性得到顯著提高，鍋爐效率與改造前沒有明顯下降[5]，詳細測試數據見表5。

表5　改造前后及優化后鍋爐試驗數據對比

4改造后運行經濟性分析

4.1　年燃煤成本降低估算

改造后電廠制粉系統煤種適應性擴大。如表6所示，根據統計數據，改造前主燒煤種按照年均低位熱值22 990 kJ/kg折算，221.991萬t標煤折算原煤282.98萬t，折算年燃煤成本16.43億元。改造后電廠可采用3種配煤方式上煤：(1)單燒21 736 kJ/kg的燃煤；(2)按照2∶3的比例，摻后平均熱值21 736 kJ/kg，摻燒22 990 kJ/kg和20 900 kJ/kg的燃煤；(3)單燒20 900 kJ/kg的燃煤。

表6　改造前后燃煤耗量及成本對比分析

單從收益角度講，單燒20 900 kJ/kg燃煤的收益率最高，但從綜合因素考慮，如全部燃用20 900 kJ/kg的校核煤種時，因原煤灰分高將增大鍋爐受熱面的磨損，又因燃煤熱值低、原煤消耗量大將造成制粉系統負荷重、電耗高，且增加煤場場存，因此實際運行中建議不長期采用。因此電廠鍋爐煤種適應性改造后，建議采用摻燒方式，不僅經濟效益好，而且實際操作可行。

4.2　改造后磨煤機檢修費用降低估算

磨輥壽命長短決定磨煤機檢修周期，從諸多電廠實際運行情況對比，ZGM系列磨型與RP/HP系列磨型檢修周期約為1.5∶1的關系。按ZGM系列磨煤機總計檢修周期1.5年，RP/HP系列磨煤機為1年計算，目前1臺RP磨煤機檢修費用約30萬元，年檢修費用為720萬元，改造后采用ZGM系列磨煤機年檢修費用為480萬元，磨煤機年檢修費用可節約240萬元。

4.3　改造后電耗增加的費用

制粉系統改造后，制粉量增加(按年增加16.13萬t計算)、磨煤機單位電耗約7 kW·h/t計算，磨煤機年增加電耗114萬kW·h，每臺鍋爐風機功率增加約78 kW，按機組年運行7 000 h計算，4臺鍋爐風機年增加電耗218.4萬kW·h。合計增加電耗332.4萬kW·h，按0.45元/kW·h折算運行成本增加149.6萬元。

4.4　安全性、經濟性分析

ZGM系列磨煤機出力將較改造前RP783型磨煤機顯著提高，煤種適應性強、研磨件使用壽命長、研磨效率提高、制粉設備可靠程度也將提高。燃用煤質較差的校核煤種時能保證5臺磨運行，1臺磨備用，不影響發電，提高了改造后制粉系統的運行靈活性。因此，從適應不同煤種角度看將提高發電機組帶負荷的可靠性，提高了燃煤適應性。因燃用灰分高、熱值低的原煤，改造會造成鍋爐煙風量增加，會加劇鍋爐受熱面的磨損和增加鍋爐受熱面超溫的風險，減溫水用量將增加，同時增加除塵、除灰、脫硫、脫硝等環保設施的工作負荷。

5結論

(1)通過采用制粉系統、一次風系統與空預器系統聯合設計與改造的方式，提高制粉系統對煤種的適應性以及出力。改造過程中通過設備選型分析及校核計算、冷態動力場試驗、磨煤機性能試驗及鍋爐優化燃燒調整，使改造達到了預期效果。(2)制粉系統改造后，可選擇合適摻燒方式，降低燃料成本，同時滿足機組帶滿負荷運行要求，發揮較好的綜合效益。(3)改造后鍋爐摻燒低熱值煤，對爐效率有一定影響，若進行制粉系統、燃燒系統優化調整試驗，可使機組能保持較好的經濟性運行[6，7]。

參考文獻:

[1]呼斯楞,張鵬飛.淺析煤質變化對電廠鍋爐運行經濟性的影響[J].科技創新與應用,2015,(6):70-70.

[2]沈桂男.煤質變化對鍋爐運行經濟性的影響[J]. 華東電力,2005,33(3):29-30.

[3]DL/T 5145-2002. 火電發電廠制粉系統設計計算技術規定[S].

[4]許育群. 1036 MW機組直吹式制粉系統性能分析及其運行優化[J]. 電力科學與工程,2011,27(7):65-69.

[5]蔣欣軍，周文奎，高行龍，等. 抽熱爐煙干燥技術在中儲制粉系統中的實踐與分析[J]. 電力科學與工程，2011，27(10)：65-68，78.

[6]李培,周永剛，趙虹，等. 某電廠600MW機組鍋爐摻燒劣質煤制粉系統優化調整試驗研究[J].熱力發電,2013,42(5)：64-68.

[7]孫杰,郝志丹. B&WB-450/10.3-M型鍋爐制粉系統優化調整試驗研究[J]. 電力科學與工程,2012,28(1):63-66.

Research on the 300 MW Coal-fired Boiler Pulverizing System Transformation

Zhao Ming1， Song Yunhua2(1. Zhujiang Power Limited Company, Guangzhou 511457, China;2. Guangzhou Development Power Group Incorporated, Guangzhou 510623, China)