660 MW 超臨界煤粉爐雙進雙出鋼球磨出力低原因分析

高如云

（山西魯能河曲發(fā)電有限公司， 山西 忻州 034000）

0 引言

燃煤成本是火電企業(yè)的主要成本， 占比可達70%以上， 當動力燃煤價格有較大上漲幅度時，很多燃煤電廠就選用品質(zhì)相對劣質(zhì)的燃煤進行燃燒，這就導(dǎo)致磨煤機運行中出現(xiàn)諸多問題，直接原因是實際入爐煤種參數(shù)偏離設(shè)計煤種。 因此，需要根據(jù)入爐煤種的變化調(diào)整運行策略。葛銘等[1]從料位、分離器開度和鋼球裝載量等方面對某電廠的雙進雙出磨煤機制粉系統(tǒng)進行了優(yōu)化試驗研究； 王興等[2]針對某電廠中機組帶不到額定負荷、鍋爐飛灰和爐渣含碳量偏高等問題，從鋼球裝載量和配比以及旁路風(fēng)開度對雙進雙出磨煤機制粉系統(tǒng)進行了調(diào)整與分析；劉創(chuàng)[3]對某電廠雙進雙出磨煤機制粉系統(tǒng)出力不足問題，提出了增容改造方案，并進行了技術(shù)和經(jīng)濟層面的分析研究。 還有眾多研究者從煤位、風(fēng)量以及襯板等方面研究了雙進雙出磨煤機的性能[4-9]。 從上述研究可看出，磨煤機制粉系統(tǒng)中各參數(shù)運行合理至關(guān)重要。本文針對某660 MW 等級超臨界鍋爐，探究了煤種變化后磨煤機出力不足的原因，提出了針對某煤種的運行策略。

1 鍋爐概況

山西魯能河曲發(fā)電有限公司4 號鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)研制的660 MW等級超臨界鍋爐。 該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉布置的π 型鍋爐。 該鍋爐采用雙進雙出鋼球磨冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6 臺MGS3854 雙進雙出鋼球磨機， 燃用設(shè)計煤種時6 臺運行，沒有備用。鍋爐采用新型切圓燃燒方式，主燃燒器布置在水冷壁的四面墻上，每層4 只燃燒器對應(yīng)1 臺磨煤機。 分離燃燼風(fēng)SOFA（separated over-fire air） 燃燒器布置在主燃燒器區(qū)上方水冷壁的四角，以實現(xiàn)分級燃燒降低NOx排放。

該鍋爐主要燃用山西省河曲縣的煙煤，其設(shè)計煤種熱值為19.228 MJ，哈氏可磨指數(shù)為65，而現(xiàn)階段實際給煤熱值為17.138 MJ， 哈氏可磨指數(shù)在55 左右。 相較于設(shè)計煤種，實際用煤不僅熱值達不到設(shè)計要求，而且哈氏可磨指數(shù)也下降不少。因此，所需的煤耗量就增大， 磨制破碎難度也相對增大，對磨煤機的出力要求更大。 近期機組帶高負荷時，磨煤機出力不足，維持高負荷比較困難，并且達不到電網(wǎng)調(diào)度要求。 磨煤機運行參數(shù)見表1。

表1 磨煤機運行參數(shù)

2 理論分析

2.1 煤位

煤位通常由差壓進行表征。 差壓越大，煤位越高，載煤量越多。當載煤量較少時，鋼球下落的動能只有一部分用于磨煤，另一部分消耗于鋼球的空撞磨損；隨著載煤量的增加，鋼球用于磨煤的能量增大，磨煤出力增大。但如果載煤量過大，由于鋼球下落高度減少，鋼球間煤層加厚，使部分能量消耗于煤層變形，鋼球磨煤能量減小，磨煤出力反而降低，嚴重時將造成圓筒入口堵塞，磨煤機無法工作。

2.2 磨煤機通風(fēng)量

磨煤機通風(fēng)量包含容量風(fēng)和旁路風(fēng)。容量風(fēng)用于輸送煤粉，流量與負荷成正比；旁路風(fēng)用于干燥原煤，同時防止煤粉在風(fēng)管內(nèi)沉積。 相同進口風(fēng)量下，增大旁路風(fēng)開度，會增大出口風(fēng)溫，減小進口風(fēng)溫，導(dǎo)致破碎難度增加。 該鍋爐的一次風(fēng)管直徑為580 mm， 在同類型機組中較小， 在不堵管的前提下，應(yīng)將旁路風(fēng)關(guān)小，這有利于增加磨煤機出力。

通過對一次風(fēng)管風(fēng)速測試， 發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)速達31 m/s 左右，遠高于設(shè)計值。 由于部分測試位置距離彎頭距離較近，且風(fēng)速波動較大，測試中通過多點測試進行了修正，結(jié)果可作為一定的參考。

2.3 磨煤機進口風(fēng)溫

磨煤機進口風(fēng)溫對出力有重要影響。進口風(fēng)溫高，煤粉易爆破破碎，磨制效率高，能耗低，該值在250 ℃左右時的效果尤為明顯。實際運行中，磨煤機進口風(fēng)溫嚴重偏低，經(jīng)常在180～210 ℃之間。 主要原因如下：一是一次風(fēng)壓太高，達13.9 kPa，530 MW負荷時磨煤機通風(fēng)量達490 t/h， 一次風(fēng)管的風(fēng)速平均達31 m/s 左右；二是旁路風(fēng)門開度較大；三是在煤質(zhì)較差且入口風(fēng)溫只有180 ℃時， 磨煤機出口風(fēng)溫仍控制在70 ℃。

磨煤機出口風(fēng)溫的控制與煤種揮發(fā)分大小相關(guān)，該限值的大小直接影響磨煤機進口風(fēng)溫。 該值的控制范圍應(yīng)根據(jù)鍋爐運行的經(jīng)濟安全綜合情況而定，此范圍既不宜過高也不宜過低，過低則磨煤出力降低、磨煤電耗增大，需要的冷風(fēng)量增多，經(jīng)濟性差； 過高會引起制粉系統(tǒng)及管道的著火爆炸，安全性差。

2.4 鋼球配比

鋼球磨煤機筒體內(nèi)鋼球量的多少，即鋼球充滿系數(shù)的大小， 直接影響磨煤機的出力及功率消耗，磨煤機出力與鋼球充滿系數(shù)的0.6 次方成正比，具體磨煤機的鋼球充滿系數(shù)，需通過試驗確定其最佳值。 鋼球磨煤機的出力不僅受鋼球裝載量的影響，也與鋼球直徑有關(guān)。一般鋼球直徑為30～80 mm，不同直徑的鋼球作用不同， 直徑較大的鋼球主要起“砸壓”作用，直徑小的鋼球起“研磨”作用，因此應(yīng)根據(jù)用煤情況，合理地調(diào)整鋼球級配才能很好地穩(wěn)定磨的出力并降低運行電流。

磨煤機內(nèi)所配鋼球規(guī)格為d 30 mm、d 40 mm、d 50 mm， 該方案是早期針對熱值較高、 揮發(fā)分較高、可磨系數(shù)較大煤種所采用。 由于煤質(zhì)的變化，目前使用配球規(guī)格為d 30 mm、d 40 mm、d 50 mm、d 60 mm、d 70 mm、d 80 mm， 按照充滿度較高的原則進行優(yōu)化配比，有些根據(jù)實際情況還采用d 25 mm和d 90 mm 規(guī)格的鋼球。

2.5 磨煤機臺數(shù)優(yōu)化

由于受熱面壁溫偏差大的原因，在低負荷工況時，一般均停A 和D 磨運行，這樣各種工況下B、C、E、F 均處于運行狀態(tài)，磨內(nèi)鋼球消耗過大，補球不及時，鋼球配比不佳，在煤質(zhì)較差且高負荷工況時，會嚴重影響機組出力。 此時如果采用過多加大磨煤機通風(fēng)量、過高的磨內(nèi)煤位高度、全開磨煤機出口擋板措施，會使入口風(fēng)溫更加降低，出力更加降低，煤粉變粗，造成惡性循環(huán)。

3 調(diào)整與效果

3.1 調(diào)整方案

基于以上理論依據(jù)，對該鍋爐的雙進雙出磨煤機進行了優(yōu)化調(diào)整， 調(diào)整詳情如表2 所示。 2020-12-21 先將各磨煤機出口風(fēng)溫限值提高了0~5 ℃，旁路風(fēng)開度較大的磨煤機調(diào)小，煤位差壓值分別調(diào)小。 2020-12-23，基于調(diào)整前各磨煤機鋼球量增加情況如表3 所示， 適當增加的某些磨內(nèi)鋼球量如表4 所示。

表2 調(diào)整方案詳情

表3 調(diào)整前磨煤機鋼球量增加詳情

表4 磨煤機鋼球量調(diào)整詳情

3.2 實際效果與分析

通過調(diào)整雙進雙出磨煤機的相關(guān)參數(shù)（見表5）并進行優(yōu)化。 整理表5 數(shù)據(jù)可知，調(diào)整后的容積風(fēng)與給煤之比均顯著減小，這意味著相同容積風(fēng)量下的煤粉攜帶量增加，磨煤機出力明顯提高。再者，即使沒有增加鋼球裝載量也可以看出磨煤機出力得到了顯著改善，說明先前已有調(diào)整措施效果佳。

表5 不同工況下磨煤機相關(guān)參數(shù)

結(jié)合以上數(shù)據(jù)可看出， 出口風(fēng)溫限值的提高顯著增大了進口風(fēng)溫，調(diào)整后的進口風(fēng)溫約為250 ℃，甚至更高，極大地提高了磨煤機的制粉效率。 同時，旁路風(fēng)風(fēng)量、 煤位差壓以及鋼球裝載量的調(diào)整也對磨煤機出力有不同程度的貢獻。

4 結(jié)論

該660 MW 超臨界煤粉爐磨煤機出力低，是煤種偏離設(shè)計值和相關(guān)運行參數(shù)設(shè)置不合理綜合所致。 現(xiàn)階段燃用煤種熱值低，哈氏可磨指數(shù)低于設(shè)計值，比較難磨。煤種變化后，磨煤機相關(guān)參數(shù)不匹配，導(dǎo)致制粉效率低，出力不足，燃料主控同時反饋調(diào)節(jié)增大一次風(fēng)量， 導(dǎo)致進口溫度進一步降低，不利于煤粉爆破，形成惡性循環(huán)。 磨煤機相關(guān)參數(shù)設(shè)置不合理包括進出口溫度較低、 旁路風(fēng)風(fēng)量過大、煤位過高以及鋼球裝載量和配比不當?shù)龋ㄗh采取如下措施。

a） 部分磨煤機進口風(fēng)溫偏低， 個別甚至低于200 ℃。進口風(fēng)溫低于250 ℃時，應(yīng)將出口風(fēng)溫限值由70 ℃適當提高至75 ℃； 進口風(fēng)溫達到250 ℃以上時，則可以將出口風(fēng)溫定值在73 ℃，這樣可以確保進口風(fēng)溫維持較高，有利于增加磨煤機出力。

b） 在風(fēng)管不堵塞磨煤機的前提下， 旁路風(fēng)風(fēng)量開度應(yīng)盡可能減小，有利于提高進口風(fēng)溫。

c） 煤位差壓 650~720 Pa，煤位偏高，磨煤機效率較低。 建議將差壓保持在450 Pa 左右，升負荷時可適當增加差壓，負荷穩(wěn)定后在回調(diào)到該值。

d） 合理搭配鋼球的直徑與裝載量， 以穩(wěn)定磨的出力并降低運行電流。

e） 進一步進行燃燒優(yōu)化調(diào)整， 保證低負荷工況時，A 磨和D 磨可以投運， 保證制粉系統(tǒng)運行的靈活性和可靠性。