630MW燃煤機組磨煤機入口一次風量分配優化

江蘇國信揚州發電有限責任公司 李 華 西安熱工研究院有限公司 丁奕文 梅振鋒

目前，我國大型燃煤電廠通常采用中速磨煤機正壓直吹式制粉系統，由于受到現場空間限制，冷、熱一次風道往往布置不太合理，導致磨煤機入口風量測量不準、各臺磨煤機入口風量偏差大等問題[1-3]。江蘇國信揚州發電有限責任公司3號鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式再循環泵啟動系統的本生直流鍋爐，采用單爐膛、平衡通風、固態排渣、全鋼架、全懸吊結構、π型布置。3號機組制粉系統存在磨煤機一次風量分配偏差問題，具體表現在高負荷下六臺磨煤機同時運行時，B磨煤機在熱一次風門全開的情況下，入口一次風量相較其他磨煤機偏小，限制了B磨煤機的出力，影響了機組安全穩定運行。通過對表盤參數以及現場實地觀察，初步確定B磨煤機缺風問題是由一次風量測量不準以及熱一次風道布置不合理引起的。

1 數值計算分析

1.1 磨煤機入口一次風測量截面流場模擬

圖2為目前磨煤機B、C入口一次風道結構圖，該段結構建模始于熱一次風母管，止于磨煤機入口。在現有冷、熱一次風道布置條件下，冷、熱一次風在流動方向上混合非常差，冷一次風只靠自身動量很難穿透熱一次風，混合氣流一直往下游發展，下游發展段距離較短，冷熱一次風也很難進行充分的混合，在線測點截面的速度場和溫度場均勻性較差，僅通過冷熱一次風自身混合作用很難獲得較為理想的一次風流場。

圖1 現有冷、熱一次風道布置示意圖

圖2 磨煤機B、C入口一次風道結構圖

從圖3可看出，測量截面上部速度較大，下部速度較小，此外冷熱風形成明顯的溫度分層，冷風基本處于外側，出現明顯的流體高速區和低速區，以及明顯的高溫區和低溫區。因此現有一次風道布置條件下冷風和熱風沒有充分混合，冷風和熱風分層流動，這對一次風量測量的準確性有著極大影響。測量截面的流場環境非常差，在線一次風量根本無法實現精確測量，且溫度場“涇渭分明”的混合一次風進入到磨煤機內部，必然會影響磨煤機的安全運行。對模擬計算結果進行了數據統計，結果表明，磨煤機B入口風量測量截面上速度和溫度分布極為不均，速度分布的相對標準差達到21.8%，溫度分布的相對標準差達到10.7%，進一步驗證了速度場和溫度場的均勻性較差，導致測量截面風量測量的偏差。

圖3 磨入口風道一次風速度場、溫度場云圖（優化前）

1.2 磨煤機入口一次風量分配數值模擬

優化前A～F磨煤機入口一次風量（kg/s）分配分別為29.0/24.3/23.5/23.4/24.4/29，平均風量25.6kg/s，偏差（%）分別為13.3/-5.1/-8.2/-8.6/-4.7/13.3。通過對熱一次風道1：1建立模型進行數值模擬，分析在現有一次風道結構下各臺磨煤機入口一次風量偏差。從以上統計結果上看，BCDE磨存在一定程度的缺風問題。本次模擬假設磨煤機入口壓力相同情況下，實際運行中各臺磨煤機入口壓力受到磨煤機本體阻力和磨煤機出口粉管阻力的影響，各臺磨煤機入口壓力不盡相同，且同一臺磨煤機入口壓力受到煤質等因素影響很大，入口壓力值變化較大。數值模擬中僅考慮相同磨煤機入口壓力情況下、熱一次風道結構對一次風量分配的影響。

實際運行中B磨煤機確實存在較為嚴重的缺風問題，而C磨煤機則不存在缺風的問題。從圖1可看出，熱一次風道母管分為四根支管分別進入六臺磨煤機，其中B磨和C磨共用同一根支管，通過在該支管與母管接口處加裝擴口以及在該支管內加裝分流板，最終可增大B磨的熱一次風量，從而解決B磨缺風問題。

2 優化改造方案

磨煤機入口一次風測量截面流場優化：通過在冷一次風接入熱一次風道的接入口進行改造，將原先的一股冷風分叉進入熱一次風道，并在熱一次風道內加裝冷風混合器，將冷一次風和熱一次風充分混合，從而提高一次風測量截面速度場和溫度場的均勻性。從圖4中可看出，改造后冷一次風和熱一次風得到充分混合，B磨煤機一次風測量截面流場的均勻性得到了顯著的提升，改造后在線測量截面處速度分布的相對標準差的平均值為15.9%，相比改造前下降了6個百分點；改造后在線測量截面處溫度分布的相對標準差的平均值為6.6%，相比改造前下降了4個百分點，流場分布的均勻性明顯提高，這將大大提高磨煤機B一次風量測量的準確性。

圖4 磨入口風道一次風速度場、溫度場云圖（優化后）

圖5 磨入口熱一次風道流線圖（優化后）

磨煤機入口一次風量分配優化：為增加B磨煤機的一次風量，在B磨煤機的熱一次風支管加裝擴口以及支管內部加裝分流板和導流板。優化后A～F磨煤機入口一次風量（kg/s）分配的數值模擬結果分別為28.4/27.5/24.1/21.8/23.6/28.3，平均風量25.6kg/s，偏差（%）分別為10.9/7.4/-5.9/-14.9/-7.9/10.5。通過改造優化，B磨煤機的一次風量得到一定提升，從改造前的24.3kg/s提升到27.5kg/s，風量提升了13.2%。從改造后實際運行結果看，改造后B磨煤機缺風的問題得到解決，在六臺磨煤機熱一次風門全開的情況下，B磨煤機風量和其他磨煤機風量相當，改造效果良好。

綜上，磨煤機入口一次風量流場優化技術能有效解決單臺磨煤機缺風問題，通過提升一次風量測量準確度以及優化一次風量分配，提升缺風的磨煤機的一次風量，在630MW機組進行了應用后實施效果顯著，結論如下：改造后，磨煤機B入口在線測量截面處速度分布的相對標準差的平均值為15.9%，相比改造前下降了6個百分點；在線測量截面處溫度分布的相對標準差的平均值為6.6%，相比改造前下降了4個百分點，流場分布的均勻性明顯提高；改造后B磨的一次風量得到一定提升，從改造前的24.3kg/s提升到27.5kg/s，風量提升了13.2%。