ZGM95N中速磨煤機優化調整試驗分析

周亮，陳文

(1.國電長源荊州熱電有限公司，湖北荊州434000；2.國網湖南省電力有限公司電力科學研究院高效清潔火力發電技術湖南省重點實驗室，湖南長沙410007)

磨煤機作為火力發電廠最主要的輔機之一，其性能的優劣直接關系到電廠鍋爐帶負荷能力和煤粉燃燒的穩定、經濟狀況。制粉系統優化調整試驗是鍋爐機組燃燒優化調整試驗的主要內容之一，其目的是通過對制粉系統的測量和調整，掌握制粉系統的各種運行特性，并以此作為運行工況調整及確定制粉系統運行方式的依據，提高機組的安全性和經濟性。

國內外多位學者專家對制粉系統優化調整進行了相關研究，樊泉桂[1]等根據中速磨煤機優化調整的試驗數據，探討了輸粉管煤粉分配的均勻性和煤粉細度的變化規律。段學農[2]等針對某廠直吹式制粉單耗偏高的問題，分析了直吹式制粉系統的電耗特性、燃燒器布置方式、實際燃用煤質對直吹式制粉單耗的影響，陳文[3～4]等針對MPS180型中速磨煤機運行期間存在的石子煤排放異常、分離器出口溫度高、冷風調節門開度大、煤粉細度偏粗等異常問題進行了分析，指出磨煤機入口風量偏大、一次風速偏高是主要原因，提出了對磨煤機動噴嘴環的改造方案。呂太[5]等針對某廠ZGM113G型中速磨在運行中存在的問題，利用CFD模擬軟件對該磨機的分離器進行研究，模擬不同擋板開度下分離器內部氣體流場變化和顆粒運動軌，分析不同粒徑煤粉顆粒在不同擋板開度下的分離效率和進出口的壓差變化情況。李沙[6]等結合一臺ZGM113G型中速磨煤機碾磨煤粉的細度偏粗問題，從磨輥加載力、分離器擋板開度和風煤比等方面開展了相關試驗。劉文勝[7]等對一臺1 100 t/h鍋爐的磨煤機進行正交試驗，研究了給煤質量流量、一次風量和分離器轉速對煤粉細度和制粉單耗的影響，認為給煤質量流量和分離器轉速對煤粉細度和制粉單耗的影響較大，磨煤機運行一定時間后，需要調整運行參數以保證制粉系統安全、經濟運行。

1 設備概述

某電廠300 MW機組鍋爐采用冷一次風正壓直吹式制粉系統，配置5臺ZGM95N型中速輥盤式磨煤機，配離心式分離器，設計煤粉細度R9015.84%，磨煤機主要性能數據見表1。

表1 磨煤機主要性能參數

鍋爐長期存在一次風量表盤值不準確、一次風煤比偏高、煤粉細度偏粗、飛灰可燃物含量偏高等問題，影響了鍋爐運行的經濟性，有必要對鍋爐制粉系統進行優化調整。

2 試驗結果與分析

2.1 煤粉細度試驗

制粉系統煤粉細度是影響鍋爐運行經濟性的重要因素之一，煤粉細度表示一定粒級的煤粉含量的百分比，表征的是煤粉的粗細程度，煤粉細度Rx和煤粉粒度x之間的關系反映了煤粉中顆粒的分布規律，一般可以用Rosin-Rammler方程來表示[8]:

式中Rx為煤粉細度，%；b為反映煤粉粗細程度的常數；x為煤粉顆粒尺寸，μm；n為煤粉的均勻性指數，反映煤粉粒徑分布的指數。

將磨煤機出力調至38 t/h，保持常規習慣運行方式并穩定工況，在磨煤機出口4根煤粉管的取樣孔上用AKOMA2000進行等速取樣抽取煤粉，根據指示盤的位置可以確定取樣頭的位置，取樣槍彎頭的長度與指示盤托架高度一致。指示盤將煤粉管分成64個相同面積網格，每根煤粉管一次取樣時間為640 s。樣品利用氣流篩分析煤粉細度R90/R200，煤粉細度試驗值見表2，煤質參數見表3。

表2 煤粉細度試驗值

表3 試驗煤樣分析數據

煤粉的燃燒反應主要是先在顆粒表面上進行的，煤粉顆粒越細，單位質量的煤粉表面積越大，燃燒速度就越高，煤粉顆粒就越容易被加熱，因而也越容易穩定燃燒。細煤粉中揮發分比粗煤粉容易析出，也容易加熱，因而細煤粉容易著火，也容易燃盡。相關試驗研究發現[9]，煤粉燃盡時間與顆粒直徑的平方成正比，當鍋爐燃用煤質一定時，提高煤粉細度能顯著提高煤粉氣流著火的穩定性，煤粉越細著火燃燒越迅速，鍋爐不完全燃燒損失越小，但磨煤機的制粉電耗及金屬磨損量也越大，因此對固態排渣煤粉爐燃用無煙煤、貧煤和煙煤時，存在最佳的經濟煤粉細度，使兩者總損失最低。一般煤粉細度R90可根據經驗公式選取。根據實際入爐煤質情況，煤粉細度R90宜控制在18%～22%。

從試驗結果可知，部分磨煤機煤粉細度偏粗，有的R90達到30%以上。通過調整磨煤機粗粉分離器的擋板角度調整煤粉細度，折向門的開度一般為25°～80°，分離器擋板角度越小，擋板對煤粉的慣性分離作用越強，煤粉的細度越低。根據試驗煤粉細度情況進行分離器擋板調節，將煤粉細度控制在18%～22%。

2.2 磨煤機出口煤粉管粉量分配特性試驗

磨煤機出口粉管的粉量偏差易造成每只燃燒器熱負荷不一，煤粉量小、煤粉濃度低的燃燒器出口溫度相對下降，燃燒不穩定甚至可能出現火檢信號不穩定的現象；而煤粉量大、煤粉濃度高的燃燒器可能出現缺氧，致使飛灰和灰渣可燃物也隨之提高。對每根煤粉管的粉量均勻性進行了試驗，試驗結果如圖1—5所示。

圖1 A磨煤機出口煤粉管粉量分配

圖2 B磨煤機出口煤粉管粉量分配

圖3 C磨煤機出口煤粉管粉量分配

圖4 D磨煤機出口煤粉管粉量分配

圖5 E磨煤機出口煤粉管粉量分配

從磨煤機出口粉管的粉量分配特性試驗中可以看出，磨煤機出口粉管的粉量存在著偏差，粉量最大偏差均超過10%，其中A4管粉量最大偏差超過了40%，粉量偏差也是造成飛灰可燃物偏高的因素之一。

2.3 磨煤機分離器擋板特性試驗

煤粉細度變化和分離器折向門開度、磨輥碾磨力、給煤量、一次風量大小等因素有關，機組運行期間主要通過調整折向門開度獲得合適的煤粉細度。在磨煤機煤量為27 t/h左右，DCS一次風量為67 t/h左右時，通過調節離心式分離器折向門擋板開度，進行煤粉取樣及煤粉細度篩分，以獲取分離器擋板特性，具體試驗結果見圖6—10。

圖6 A磨煤機分離器擋板特性

圖7 B磨煤機分離器擋板特性

圖8 C磨煤機分離器擋板特性

圖9 D磨煤機分離器擋板特性

圖10 E磨煤機分離器擋板特性

從磨煤機分離器擋板調節特性圖中可以看出，隨著折向門擋板的開大，磨煤機出口一次粉管中煤粉細度變粗，不利于煤粉的燃盡；分離器折向擋板的調節基本上與煤粉細度R90具有線性關系，可以給運行人員提供很好的參考價值。

2.4 制粉系統調整前后對比試驗

通過試驗，將一次風管內風速和煤粉細度進行調整，結合實際入爐煤質，最佳煤粉細度R90控制在18%～22%，大大提高了煤粉燃盡率。通過對比試驗，300 MW負荷下鍋爐飛灰可燃物含量降低了0.57%，爐渣可燃物含量降低了0.38%；250 MW負荷下鍋爐飛灰可燃物含量降低了1.28%，爐渣可燃物含量降低了1.56%；165 MW負荷下鍋爐飛灰可燃物含量降低了2.08%，爐渣的可燃物含量降低了2.67%，有效地提高了鍋爐效率，進而提高了運行經濟性。制粉系統調整試驗前后對比結果見表4。

表4 制粉系統調整試驗前后對比結果

3 結語

1)煤粉細度對鍋爐燃燒影響較大，煤粉細度值宜根據實際入爐煤質進行調節。中速磨煤機靜態離心式分離器變折向門擋板開度對煤粉細度有較大的影響，在一定范圍內，增加擋板開度，煤粉細度R90越粗，同時煤粉均勻性指數提高，考慮煤粉燃盡效果，需綜合考慮選擇合適的折向門擋板開度。

2)磨煤機出口粉量測試結果表明，A、B、C、D、E五臺磨煤機出口粉量偏差均較大，粉量最大偏差均超過10%，部分粉管煤粉量偏差甚至超過了40%，這將造成爐內火焰嚴重偏斜，降低鍋爐運行經濟性，建議通過調整熱態粉管風量、增加煤粉分配器來調整粉量分配。

3)試驗得到了煤粉細度隨分離器擋板變化的關系曲線，若燃用煤質發生變化時，建議對分離器擋板進行適當調整。

4)制粉系統的健康運行對鍋爐經濟性影響較大，通過制粉系統的優化調整有效提高了鍋爐運行的經濟性。