300 MW燃煤機組提高磨煤機出口粉溫試驗研究

趙明 ，劉平，宋云華

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

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300 MW燃煤機組提高磨煤機出口粉溫試驗研究

趙明1，劉平2，宋云華2

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

摘要：在某電廠300 MW燃煤機組進行提高磨煤機出口粉溫試驗研究，分析提高磨煤機出口粉溫后對鍋爐燃燒、機組經濟性和安全性的影響。試驗結果表明，磨煤機出口粉溫由82.0 ℃提升至90.0 ℃運行，鍋爐運行參數沒有較大異常變化，鍋爐排煙溫度下降約4.0 ℃，影響煤耗下降約0.89 g/(kW·h)，經濟效益顯著。提高磨煤機出口粉溫試驗，不需要花費較大成本，便可創造出額外的經濟效益，達到節能降耗的目的。

關鍵詞：燃煤機組；出口粉溫；系統余量；排煙溫度；節能降耗

0引言

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

現有磨煤機出口溫度是制造廠提供的設計數據(沿用原蘇聯標準)，一般燃燒煙煤磨煤機出口粉溫常限制在80.0 ℃以下。磨煤機出口粉溫被限制后，為保證通風出力，制粉系統常常要加入一定的冷風量進行調整，特別是對于低水分的煤種，所需冷風率可能達到50%以上，使得熱風利用率降低(即空預器熱利用率降低)，導致鍋爐的排煙溫度上升，影響鍋爐運行的經濟性。某電廠針對煤種特點、制粉系統余量及當前制粉系統優化運行的技術背景，積極開展提高磨煤機出口粉溫試驗研究，并在試驗基礎上制定提高磨煤機出口粉溫優化運行措施，在保證磨煤機運行安全性的前提下，有效降低了磨煤機的冷風率，降低了鍋爐排煙溫度，提高了機組運行的經濟性[5]。

1研究概況

1.1提高磨煤機出口粉溫可行性研究

磨煤機出口粉溫是反映磨煤機干燥出力、保證煤粉水分含量的主要參數，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，同時也是制粉系統經濟性的重要指標。

磨煤機出口粉溫的選擇需要根據揮發分來確定[6-8]，從煤粉防爆的角度來看，這是有一定依據的，因為揮發分與煤的可燃氣體析出具有密切關系。不過，煤中的可燃氣體析出需要具有一定的溫度，煤在磨煤機中可能達到的最高溫度不可能超過磨煤機入口的熱風溫度。

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

因此，從安全性角度出發，磨煤機出口溫度應根據磨煤機內煤所能達到的溫度和該煤種可燃氣體的析出溫度以及水分來綜合制定，只要煤顆粒達到的溫度不高于煤中可燃氣體析出溫度，就可以認為磨煤機的運行是安全的[9]。

1.2設備概況

某電廠鍋爐為HG-1021/18.2-YM3型、亞臨界參數、自然循環、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒、燃燒器擺動調溫、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、半露天布置燃煤汽包爐，原設計煤種為陜西神府東勝煤(制粉系統改造后設計煤種為神木#2，校核煤種為神木大混、山西大混，煤質參數見表1)[10]。制粉系統采用正壓直吹式，每臺鍋爐配備6臺北京某廠生產的ZGM80G-III磨煤機，燃燒器為切向擺動式燃燒器，采用CE傳統的大風箱結構。

表3　當前主燒煤種參數

表1　設計煤種、校核煤種參數

1.3系統余量評估

某電廠為提高制粉系統干燥出力，對空預器進行改造，改變原空預器轉向并更換空預器蓄熱元件，改造后熱一次風溫比改造前上升20.0～30.0 ℃，最高可達320.0 ℃，制粉系統干燥出力顯著提高。在額定工況下，系統運行參數見表2。

表2　空預器改造后系統運行參數　 ℃

改造后制粉系統干燥余量較大，鍋爐長期運行熱風門開度為60%～70%，冷風門開度為30%～40%，部分低負荷工況冷風門開度甚至達到50%以上，冷風門開度較大造成磨煤機入口一次風溫偏低，影響制粉系統干燥出力。同時，冷、熱風門都存在一定的節流損失，使一次風機耗電率偏高。從電廠制粉系統長期運行數據及制粉系統性能試驗報告評估[11]，在當前主燒煤種下，制粉系統有較大余量，可提高磨煤機出口粉溫運行。

2試驗研究

為探索提高磨煤機出口粉溫的可行性及提高粉溫后對機組經濟、安全性能的影響，先選定1臺機組開展試驗研究。試驗前對磨煤機風量、磨煤機出口CO濃度、出口粉溫、排煙溫度等相關測量回路及測點進行了校驗和檢查。試驗煤種選取當前主燒煤種神木#2、神木#1、山西大混,主要參數見表3。試驗前對煤種干燥無灰基進行校核計算，以上3種煤種干燥無灰基揮發分均小于39%，磨煤機出口粉溫在不超過90.0 ℃的范圍內運行均安全。

試驗在較高負荷(80%負荷以上)下進行，先選擇2臺主力磨煤機分別進行神木#1、山西大混煤種的單磨試驗，單磨試驗成功后進行提高全部磨煤機出口粉溫試驗，同時進行提高粉溫前后鍋爐效率對比試驗，分析提高磨煤機出口粉溫對鍋爐運行參數及機組整體經濟性的影響。

3結果及討論

3.1單磨試驗

單磨試驗過程中，#3磨煤機、#6磨煤機煤種分別為山西大混煤、神木#1煤。試驗調整過程中，CO體積比均在1～3 mL/m3之間，提高磨煤機出口溫度后，煤粉中CO析出的比例未隨出口溫度的提高而增加，從可燃氣體防爆的角度可以認為磨煤機是安全的，具體參數見表4。

磨煤機出口溫度提高后導致磨煤機內整體溫度水平提高，磨煤機干燥出力增加，冷風門關小，鍋爐排煙溫度有所下降，調整過程參數如圖1、圖2所示。

3.2全磨試驗

3.2.1全磨試驗調整期間出口粉溫變化

全磨試驗選定煤種為神木#2，機組負荷保持在280 MW以上，除調整磨煤機出口溫度外，不做其他燃燒調整，全磨試驗調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出口CO監測情況

圖1　#3磨出口粉溫提高過程參數變化趨勢

圖2　#6磨出口粉溫提高過程參數變化趨勢

圖3　全磨提高出口粉溫運行趨勢

3.2.2磨煤機入口風溫變化

提高磨煤機出口粉溫后，減小了冷風門開度，磨煤機入口風溫明顯升高。試驗中磨煤機出口粉溫提高至90.0 ℃后，磨煤機入口混合風溫由240.0 ℃上升到300.0 ℃。

3.2.3對鍋爐主要運行參數的影響

提高出口粉溫調整期間，主蒸汽、再熱蒸汽溫度變化在正常范圍內(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

提高磨煤機出口粉溫調整期間，空預器入口煙溫先略有上升，穩定后呈下降趨勢(如圖6所示)，磨煤機出口粉溫從82.0 ℃提高至90.0 ℃，空預器入口煙溫約下降1.4 ℃。總體而言磨煤機出口粉溫提高對空預器入口煙溫的影響不大。排煙溫度隨著磨煤機出口溫度的升高呈明顯的下降趨勢(如圖7所示)，磨煤機出口溫度從82.0 ℃提高至90.0 ℃后，排煙溫度下降了1.5 ℃，考慮環境溫升影響，提高磨煤機出口粉溫后，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組經濟性的影響，進行280 MW負荷下在線鍋爐效率對比試驗。工況1，磨煤機出口粉溫在82.0 ℃運行；工況2，磨煤機出口粉溫在90.0 ℃運行。對比試驗結果見表5。

圖7　減溫水投入量變化趨勢圖

試驗顯示，出口粉溫由82.0 ℃提升至90.0 ℃直接導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　鍋爐效率測試數據及計算結果

4引提高磨煤機出口粉溫的經濟性分析

根據對比試驗結果，在其他參數不變的情況下,磨煤機出口溫度由82.0 ℃提升至90.0 ℃，提升鍋爐效率約0.27百分點，可降低機組發電煤耗率約0.89 g/(kW·h)，具有顯著的經濟效益。按電廠年發電量5.3 TW·h計算，磨煤機提高出口粉溫至90.0 ℃運行后，每年可節約標煤約5 000 t。

5結論及建議

(1)試驗研究表明，在保障安全的基礎上，利用系統余量提高磨煤機出口粉溫運行，不需要較大成本便可創造出額外的經濟效益，達到節能降耗的目的。

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

(3)磨煤機出口粉溫提高至90.0 ℃運行，制粉系統及鍋爐運行參數正常，機組過熱蒸汽減溫水、再熱蒸汽減溫水投入量等機組經濟指標運行參數(除排煙溫度)沒有明顯異常變化。

(4)在不考慮其他變動因素的前提下，磨煤機出口溫度從 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，降低機組發電標準煤耗約0.89 g/(kW·h)。

(5)提高磨煤機出口溫度初期需要注意：加強制粉系統及其防護監視與維護；如果磨輥潤滑油標號較低，建議提高潤滑油等級，并加強對潤滑油碳化過程的監測；檢查磨煤機磨輥的磨損速度變化。

參考文獻：

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[11]柳宏剛，趙明.#1鍋爐冷態空氣動力場、制粉及燃燒優化調整試驗報告[R].西安:西安熱工研究院有限公司，2013.

(本文責編：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

文獻標志碼：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，工學碩士，從事火力發電技術及節能技術應用方面的工作(E-mail:kim_ming1982@126.com)。