磨煤機高效動態分離器在機組靈活性改造中的應用研究

2025-02-26 00:00:00彭晶

機電信息 2025年4期

摘要：在新一輪能源革命席卷全球的大環境下，當前電力系統正在以更為科學的方式發展，因此有必要深度挖掘火電機組調峰潛力，提高火電機組運行靈活性，從而更加適應當前能源結構發展需求。鑒于此，研究了磨煤機高效動態分離器在火電機組靈活性改造中的影響，分析了高效動態分離器應用中的關鍵技術問題，并以某2×330 MW機組的磨煤機高效動態分離器靈活性改造為例，驗證了磨煤機高效動態分離器在提升機組靈活性、降低能耗和減少排放等方面的顯著效果，能夠為電力行業的可持續發展做出一定的貢獻。

關鍵詞：磨煤機；高效動態分離器；機組靈活性；煤粉細度

中圖分類號：TM621" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）04-0070-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.017

0" " 引言

火電廠具有較大的裝機容量與穩定的發電能力，是我國電廠持續穩定電力供應的重要組成。隨著我國電力結構中新能源占比不斷提高，燃煤電廠的調峰性能顯得更為重要。燃煤調峰有助于電力資源配置優化，滿足不同時間段的調峰需求，減少因負荷波動引起的電網壓力[1-2]。特別是在電網遭遇突發事故時，燃煤電廠能夠迅速調節負荷，以維持電網頻率和電壓穩定，對電網的安全可靠運行十分重要。

傳統煤粉分離器是燃煤電廠必備設備，但其分離效率較低，無法精準控制煤粉細度，影響鍋爐燃燒的經濟性[3-4]，同時，由于設計結構缺陷，在分離器葉片處容易纏繞雜物，增加通風阻力與磨煤電耗。為了克服傳統煤粉分離器應用的局限性，許多燃煤電廠開展了煤粉分離器改造工作，采用新型高效動態分離器技術，提高煤粉分離效率，提升機組運行經濟性與安全性[5-7]。

高效動態分離器改造有助于提高機組靈活性，改善煤粉細度與均勻性，提高磨煤機出力，增強機組調峰能力，在機組靈活性改造中發揮著重要作用。

1" " 磨煤機高效動態分離器概述

1.1" " 磨煤機工作原理

在燃煤電廠中，磨煤機的作用是將原煤磨制成煤粉，并供給到鍋爐用以燃燒。不同類型的磨煤機工作原理也有所差異，以當前應用較為廣泛的中速磨煤機為例：中速磨煤機的工作主要包括碾磨和分離兩個過程，給煤機將原煤輸送到磨煤機進料口，磨煤機內部的磨輥在磨盤上不斷滾動，通過對磨盤施加壓力將原煤磨制成煤粉，與此同時，熱風從磨煤機的一次風入口輸入，起到干燥煤粉與攜帶煤粉進入鍋爐的作用。經過碾磨、干燥后的煤粉與一次風的混合物進入分離器，在分離器中粗細煤粉分離，粗煤粉重新送回磨盤再次進行碾磨，合格的煤粉通過分離器出口進入鍋爐。

現代中速磨煤機通常配備有自動控制系統，能夠根據鍋爐負荷和煤質自動調節磨輥壓力、熱風速度和溫度、分離器轉速等參數，以確保供給煤粉質量與數量合格。中速磨煤機內部磨輥和襯板需定期更換，以避免設備磨損導致安全事故的發生。

1.2" " 動態分離器基本結構與工作原理

動態分離器是中速磨煤機的重要組件，通常由驅動裝置、轉子、靜止葉片和殼體等組成，如圖1所示。其中驅動裝置由電機和減速機組成，為動態分離器提供動力，以驅動分離器轉子轉動，通過改變電機的電流頻率來調節分離器轉速。轉子是分離器的核心部件，主要作用是引導煤粉和氣流的分離過程。殼體內部靜止葉片引導氣流以形成穩定的水平渦流，提高煤粉分離效率。風粉混合物進入動態分離器后，在轉子離心力的作用下，干燥且合格的煤粉所受離心力較小，可隨氣流不斷上升進入鍋爐燃燒，較為潮濕且質量較大的煤粉則在離心力作用下被分離出，經返回錐斗進入磨煤機再次進行磨制。

應用動態分離器可有效降低磨煤機電耗，提高磨煤機出力，改善煤粉細度與均勻性，進而提高鍋爐的燃燒效率與經濟性。同時，還能夠有效降低排放煙氣中的氮氧化物含量，提高電廠環保水平。

1.3" " 高效動態分離器的特點與優勢

高效動態分離器在當前燃煤電廠的發展背景下，其特點和優勢更為明顯。首先，高效動態分離器控制煤粉細度的水平更高，通過改變轉子轉速，能夠實時根據鍋爐燃燒需求，調整煤粉細度，從而提高鍋爐的燃燒水平，同時，引進高效動態分離器提高了磨煤機制粉性能，由于分離效果更加精準且高效，粗煤粉循環次數減少，不僅有助于提高磨煤機出力，還有效降低了磨煤機的能耗和機組運行成本。其次，動態分離器處理后的煤粉與當下鍋爐運行狀態更為匹配，煤粉燃燒效率更高，可有效降低由于不完全燃燒造成的熱損失，進而降低煙氣中飛灰和氮氧化物的含量，有助于燃煤電廠節能減排工作的推進。最后，動態分離器適應的煤種和煤質更為廣泛，且設計結構更加合理，降低了運維操作難度。由于動態分離器的制造工藝更為先進，采用的制造材料性能更強，設備整體的耐用性和可靠性全面提高。動態分離器的設計和控制系統可以確保其在不同的工況下都能保持穩定運行，這對于保證整個磨煤系統的穩定性和安全性至關重要。

綜上所述，高效動態分離器在提高制粉系統運行效率、增強機組運行安全性與經濟性、推進節能減排建設方面具有明顯的優勢。

2" " 高效動態分離器應用中的關鍵技術問題

2.1" " 煤粉細度調節技術

煤粉細度調節技術是高效動態分離器的一項關鍵技術，僅需調整轉子轉速就可調節分離器出口煤粉細度，相較于傳統的調節方法，更加快捷且精準。

這種技術的主要特點包括：

1）適應性強：當前電廠大多采用摻混燃燒，燃煤來源較多，一旦更換產煤區，則煤質變化較大，且鍋爐燃燒狀態需要做出相應的調節，動態分離器能夠根據煤質變化調整煤粉細度，提高鍋爐燃燒安全性和經濟性。

2）調峰能力強：機組處于低負荷時，動態分離器仍可維持鍋爐燃燒用煤的煤粉細度，更適應鍋爐低負荷穩燃要求，提高了鍋爐的參與調峰能力。

3）煤粉均勻性好：動態分離器的分離效果更好，出口煤粉的均勻性更強，更有利于鍋爐的穩定燃燒。

4）分離效率高：引進動態分離器能夠提高制粉系統出力5%以上，降低制粉系統電耗。

總的來說，高效動態分離器煤粉細度調節技術是一種先進的煤粉處理技術，能夠顯著提高鍋爐的燃燒效率和安全性，降低運行成本，具有廣闊的應用前景。

2.2" " 通風阻力優化技術

高效動態分離器經過了設備內部通風阻力優化，提高了制粉系統的運行效率，降低了運行能耗。優化通風阻力的方法可能包括改進分離器的結構設計，如優化轉子的形狀和排列、調整葉片的角度和間距等，以減少氣流在分離器內部的摩擦和湍流，從而降低通風阻力。此外，還可以采用先進的控制技術和材料，如變頻電機和高效軸承等，以提高分離器的運行效率和穩定性，進一步降低通風阻力。然而，需要注意的是，通風阻力的優化需要在保證分離效果的前提下進行。因此，在實際應用中，需要根據具體的工藝要求和系統條件，綜合考慮各種因素，制定合理的優化方案。

2.3" " 穩定性與可靠性保障技術

動態分離器的穩定性和可靠性與設備的結構設計、制造工藝密切相關。以下是一些可能的技術保障措施：

1）先進制造工藝：選用高強度、高穩定材料制造的動態分離器，經過精密的加工工藝處理后，能夠大大提高設備高負荷、長時間運行的穩定性和可靠性。

2）自動化控制技術：當前，動態分離器的應用已經實現了全自動化的操作模式，無須過多的人工干預，降低了由于人工操作可能帶來問題的概率。

3）實時監控與故障診斷：動態分離器引入了監控系統與故障診斷技術，能夠實時監測設備的運行狀態，及時發現并處理潛在的故障問題，進而提高設備的運行穩定性和可靠性。

4）冗余設計與容錯機制：動態分離器的冗余技術主要集中在關鍵部分的設計上，并搭載了容錯機制，能夠在關鍵部件出現故障時，確保整個系統仍能夠正常運行或安全脫離工作狀態。

3" " 磨煤機動態分離器優化改造

3.1" " 磨煤機動態分離器改造的必要性分析

1）某電廠試驗煤種的干燥無灰基揮發分35.05%，按照公式R90=0.5nVdaf計算可知，磨煤機煤粉細度R90應控制在17.5%左右，穩燃型低氮燃燒器改造對煤粉細度要求R90控制在19%以內，均勻性指數1.1。目前磨煤機靜態擋板式分離器調節范圍偏小、調節時效性差，無法滿足需求，有必要增設磨煤機動靜態組合煤粉分離器，提升磨出口煤粉細度、均勻性等指標，以滿足燃燒器穩燃對制粉系統的要求。該廠平均入爐混煤煤質如表1所示。

2）試驗煤種收到基水分21.3%，高于機組原設計值11.7%，對磨煤機的干燥出力有一定的影響；根據DL/T 5145—2012《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》，干燥劑的終端溫度應高于露點，并且不能低于60 ℃。基于試驗煤種收到基水分21.3%，目前1號機組磨煤機出口溫度在55 ℃水平，磨煤機干燥出力不足，不滿足規范要求，存在堵磨、堵粉管的風險。

3）基于試驗煤種的Vdaf=35.05%，推薦的磨出口溫度為（78.25±5）℃，目前的磨煤機出口溫度偏低，影響煤粉著火與燃燒，同時可能造成制粉系統堵塞，干燥出力主要受進口風溫限制，有必要進行一次風溫提升改造。

4）目前1號鍋爐實際入爐煤收到基水分偏高，磨煤機干燥出力不足，為避免堵磨、堵粉管，運行中采用高通風量的運行方式，導致一次風速、一次風煤比偏高，而較低的一次風煤粉濃度、溫度等不利于鍋爐低負荷穩燃，建議對磨煤機動靜環進行優化設計，提升一次風煤粉攜帶能力、干燥出力。

3.2" " 改造目標分析

通過增設煤粉動態分離器，提高煤粉細度可調性，優化煤粉均勻性指數；實現磨煤機出口煤粉細度R90在5%～30%之間在線動態可調，提升煤粉細度調節靈活性、煤種適應性。

3.3" " 當前狀態分析

本文所述某電廠的磨煤機當前狀態為：采用磨煤機動靜組合旋轉分離器對A層、B層、C層共計3臺磨煤機分離器進行改造，通過改造降低煤粉在磨煤機內的循環倍率，提高煤粉細度的同時保證磨煤機出力不減，降低煤粉偏差，提高煤粉細度、均勻性。煤粉細度提高，燃燼率提高，燃燒充分，飛灰含碳量降低，可以實現低負荷穩燃；同時，煤粉細度高，比表面積大，煤粉燃燼速度快，碳是表面反應，容易與氧接觸，鍋爐NOx氣體排放量減少。

鍋爐超低負荷靈活性深度調峰運行對磨煤機動態分離器出口煤粉要求如下：

最低不助燃負荷對制粉系統的要求：R90≤19%，煤粉均勻性指數1.1，風量偏差≤±5%，粉量偏差≤

±10%，磨出口一次風粉溫度≥65 ℃，磨出口一次風煤粉濃度≥0.3 kg/m3。3臺磨煤機分離器改造后設計要求煤粉細度R90達到19%，滿足鍋爐低負荷靈活性運行改造的需要，能實現1號機組鍋爐超低負荷靈活穩定運行，提高機組深度調峰能力。

3.4" " 優化改造方案

改造方案及界定范圍：為配合燃燒超低負荷靈活性改造，提高煤粉細度，降低煤粉偏差，保證煤粉燃燼率，確保燃燒充分，對A層、B層、C層燃燒器對應的3臺磨煤機分離器進行改造，將現有靜態分離器改造為動靜態結合分離器（圖2）。分離器改造具體界限：與給煤機界限為給煤機出口落煤管與磨煤機本體接口法蘭；與密封風管道界限為密封風手動門后至磨煤機本體，不包含密封風手動門；與消防蒸汽管道界限為消防蒸汽電動門后至磨煤機本體，不含消防蒸汽電動門；與煤粉管道界限為磨煤機出口粉管氣動快關門以上至第一個彎管焊縫，以及磨煤機出口粉管氣動快關門以下至磨煤機本體；磨煤機出力優化改造過程中所有需拆除設備的拆除工作及恢復工作。

動態分離器特點：傳動系統是整個分離器關鍵部件，采用減速器經軸承座與葉輪相聯，結構簡單、可靠；靜子葉片可調（專利技術），分離器筒體上加裝人孔，人孔門對應靜子葉片設計為可拆卸式，便于檢修。設計好葉片角度后，只需通過變頻電機皮帶傳動來調節葉輪轉速，就可以實現對煤粉細度的調節；由于采用優化角度的靜葉片和可調轉速的動態葉輪，優化結構、材質設計，采用超耐磨“金屬+陶瓷”防磨措施，整個分離器幾乎不需要日常維護，使用非常簡便。

3.5" " 改造預期效果

改造后預期可達到以下效果：

1）A層、B層、C層磨煤機出口煤粉細度R90調節范圍：5%～30%連續可調。

2）磨出口煤粉細度均勻性指數大于1.2。

4" " 結束語

本文通過對磨煤機高效動態分離器在機組靈活性改造中的應用進行研究，深入探討了其工作原理、技術特點以及在實際應用中的優勢與效果。研究結果表明，高效動態分離器作為中速磨煤機的重要組成部分，在提升機組靈活性和運行效率方面發揮了重要作用。

磨煤機高效動態分離器在機組靈活性改造中的應用，不僅提高了機組的適應性和運行效率，還降低了能耗和排放，符合現代燃煤發電廠的可持續發展要求。未來，隨著技術的不斷進步和應用的深入推廣，高效動態分離器將在更多領域發揮重要作用，為燃煤發電行業的綠色發展貢獻力量。

[參考文獻]

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