W 火焰鍋爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究

樊 勝

（貴州大方發(fā)電有限公司，貴州 畢節(jié) 551700）

W火焰鍋爐由于其獨特的鍋爐設(shè)計結(jié)構(gòu)，在燃燒無煙煤方面體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。目前燃用無煙煤的煤粉鍋爐絕大部分都采用W火焰鍋爐［1］。與此同時，為了滿足對無煙煤煤粉細(xì)度方面的要求，幾乎所有的無煙煤鍋爐都采用了鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)。對于鋼球磨煤機而言，鋼球配比不僅影響到制粉系統(tǒng)的運行效率，而且會影響磨煤機出口煤粉的粒度分布特征、磨煤機一次風(fēng)煤粉濃度等［2］。這些制粉系統(tǒng)特性參數(shù)的變化直接影響到鍋爐的煤種適應(yīng)性、低負(fù)荷穩(wěn)燃能力、調(diào)峰范圍、結(jié)渣性能和燃燒效率等多方面。本文通過對某電廠多臺W火焰鍋爐制粉系統(tǒng)特性的對比和優(yōu)化試驗，提出鋼球磨煤機在性能優(yōu)化方面的一些特點，以期為同類型W鍋爐優(yōu)化調(diào)整提供參考。

1 存在的主要問題

某電廠共有6臺350 MW亞臨界自然循環(huán)W火焰煤粉鍋爐。每臺鍋爐配有4臺D?10D雙進雙出鋼球磨，采用正壓直吹式的制粉系統(tǒng)。設(shè)計煤種為哈氏可磨系數(shù)（HIG）為55、發(fā)熱量約為25 500 kJ·kg?1的山西無煙煤。實際運行過程中由于開采層位置的變化，實際使用煤種的HIG在38～48之間，較設(shè)計煤種的硬度偏大，這就造成磨煤機磨煤出力偏低，一次風(fēng)煤粉細(xì)度達(dá)不到設(shè)計值，鍋爐無法達(dá)到額定負(fù)荷。與通常鍋爐容易在低負(fù)荷發(fā)生燃燒不穩(wěn)不同［3］，該鍋爐在高負(fù)荷時容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)，需要投油穩(wěn)燃，嚴(yán)重時300 MW負(fù)荷時就需要投油助燃，導(dǎo)致鍋爐長期無法達(dá)到額定出力。同時，鍋爐飛灰和大渣可燃物含量較設(shè)計值明顯偏高，飛灰含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）最大達(dá)到20%～30%。而且不同鍋爐之間運行特性以及每臺鍋爐對煤種的適應(yīng)性能和經(jīng)濟性指標(biāo)特點均存在明顯差異。

2 調(diào)整試驗和原因分析

2.1 鍋爐最大出力試驗

為了解制約鍋爐帶負(fù)荷能力的影響因素，在3號鍋爐使用HIG為48的煤時進行鍋爐最大出力試驗。3號鍋爐最大負(fù)荷穩(wěn)燃負(fù)荷試驗結(jié)果如圖1所示。由圖中可知：16：00左右機組負(fù)荷達(dá)到試驗過程的最大值330 MW后，又下降到320 MW；此后，雖然繼續(xù)增加磨煤機一次風(fēng)量，但是制粉系統(tǒng)總煤量不但沒有升高，反而出現(xiàn)小幅下降的趨勢。試驗過程中，鍋爐一次風(fēng)量隨著負(fù)荷增加逐漸增大。磨煤機出口一次風(fēng)風(fēng)煤比在前期穩(wěn)定在1.6 kg·kg?1。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到最大值后，一次風(fēng)量增加，煤量卻不再增加，這說明磨煤機的研磨出力達(dá)到了最大。繼續(xù)增加一次風(fēng)量會引起分離器內(nèi)一次風(fēng)流速增加，回粉量增加，磨煤機出口煤粉量降低，進而導(dǎo)致磨煤機出口煤粉濃度下降，煤粉著火溫度升高，燃燒穩(wěn)定性下降。此時鍋爐的最大出力主要是受制粉系統(tǒng)研磨出力不足制約。

高負(fù)荷時，磨煤機一次風(fēng)煤粉濃度降低，一次風(fēng)著火溫度升高是引起鍋爐燃燒穩(wěn)定性降低的關(guān)鍵因素之一。制粉系統(tǒng)的出力問題是解決鍋爐燃燒穩(wěn)定性問題的基礎(chǔ)［4］。

2.2 制粉系統(tǒng)特性試驗

為掌握D?10D磨煤機不同直徑鋼球裝載比例對磨煤機出口煤粉細(xì)度和運行特性的影響，在6號鍋爐的4臺磨煤機中進行了鋼球裝載試驗，在停機檢修時將所有磨煤機的鋼球全部按照試驗要求更換為新鋼球。磨煤機新裝載鋼球的直徑分別為50、30和25 mm三個規(guī)格，A、B、C、D磨煤機中這三種直徑鋼球裝載質(zhì)量比例分別 9∶13∶13、 22∶21∶28、 23∶24∶24、 21∶28∶21， C 磨煤機的裝載比例為設(shè)計裝載比例，各臺磨煤機的總裝球量均為額定裝載量60 t。表1為各臺磨煤機分別在10個相近工況下進行取樣獲得的煤粉細(xì)度測量結(jié)果平均值，其中：R200為直徑大于200 μm的煤粉質(zhì)量占總樣本質(zhì)量的百分比；R75為直徑大于75 μm的煤粉質(zhì)量占總樣本質(zhì)量的百分比。測量結(jié)果顯示，C磨煤機的R75最小，其他各臺磨煤機R75相對接近，但是與C磨煤機的相比均明顯偏高。這說明當(dāng)不同直徑鋼球裝載比例在設(shè)計比例附近時磨煤機制粉性能最好，偏離設(shè)計裝載比例會對磨煤機運行產(chǎn)生不利影響，所以運行中應(yīng)盡量使鋼球裝載比例維持在設(shè)計比例附近。

圖1 3 號鍋爐最大負(fù)荷穩(wěn)燃負(fù)荷試驗Fig. 1 Load test of No.3 boiler under maximum steady combustion load

表1 磨煤機煤粉細(xì)度測量結(jié)果Tab. 1 Fineness of the pulverized coal from the mills

圖2為利用在線測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到的6號鍋爐和3號鍋爐A、B、C、D磨煤機風(fēng)煤比隨出力變化的特性曲線。參考6號鍋爐鋼球裝載比例通過分析可以得出以下結(jié)果：

（1）磨煤機風(fēng)煤比和出力的變化特性與不同直徑鋼球的裝載比例密切相關(guān)，風(fēng)煤比特性曲線不同反映出磨煤機內(nèi)不同直徑鋼球裝載比例不同。通過風(fēng)煤比特性曲線的差異可以推斷磨煤機內(nèi)鋼球裝載比例的差異。

（2）隨著磨煤機內(nèi)裝載鋼球平均直徑的減小，風(fēng)煤比會有所降低。

圖3為各臺鍋爐磨煤機平均風(fēng)煤比隨負(fù)荷變化情況。各臺鍋爐磨煤機風(fēng)煤比呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，這說明各臺鍋爐制粉系統(tǒng)特性存在顯著差異。這種差異必然導(dǎo)致各臺鍋爐在不同負(fù)荷或煤質(zhì)條件下呈現(xiàn)不同的運行特性。

圖4為優(yōu)化前不同機組的煤耗特性曲線。由圖中可看出，1、3號機組隨著負(fù)荷增加，發(fā)電原煤耗呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，5、6號機組則呈現(xiàn)中間負(fù)荷發(fā)電原煤耗低，高、低負(fù)荷時發(fā)電原煤耗高的變化特點。但是5、6號機組發(fā)電原煤耗的變化區(qū)間較1、3號機組的要略小。結(jié)合制粉系統(tǒng)風(fēng)煤比變化特性的差異和運行過程中一次風(fēng)風(fēng)煤比特性等因素分析認(rèn)為，只有了解和掌握制粉系統(tǒng)的運行特性，才能為鍋爐在變負(fù)荷條件下的性能穩(wěn)定打下基礎(chǔ)。

圖2 不同磨煤機之間風(fēng)煤比特性Fig. 2 Characteristics of the ratio of air to coal among different mills

圖3 不同鍋爐磨煤機風(fēng)煤比特性Fig. 3 Characteristics of the ratio of air to coal among the mills of different boilers

3 制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗

3.1 鋼球配比優(yōu)化試驗

圖4 優(yōu)化前不同機組煤耗特性Fig. 4 Coal consumption curves of different units before the optimization

結(jié)合以往3號鍋爐檢修過程中不同直徑鋼球的篩分統(tǒng)計情況，在運行過程中對3號鍋爐各臺磨煤機進行了鋼球優(yōu)化補充試驗。針對每臺磨煤機的試驗參數(shù)，分批增加了不同數(shù)量、不同直徑的鋼球。表2為各臺磨煤機中添加鋼球的數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果。該試驗中共補充了18.5 t鋼球，占磨煤機額定鋼球總裝載量的7.7%。補充鋼球后，各臺磨煤機的煤粉細(xì)度都得到了顯著提高，基本達(dá)到了R75＜ 15%的設(shè)計煤粉細(xì)度要求。圖5為各臺磨煤機在鋼球優(yōu)化補充試驗前后，在不調(diào)整分離器的條件下各工況煤粉細(xì)度測量結(jié)果平均值。試驗結(jié)果表明，運行過程中，及時、合理地補充鋼球可大幅提高磨煤機出口的煤粉細(xì)度，達(dá)到設(shè)計條件中對磨煤機出口煤粉細(xì)度的技術(shù)要求［5］。這也說明補充鋼球?qū)Ω纳颇ッ簷C運行狀態(tài)至關(guān)重要。

表2 磨煤機鋼球補充試驗記錄Tab. 2 Records of steel ball supplementation in the mills

圖5 各磨煤機加鋼球前后細(xì)度比較Fig. 5 Comparison of the fineness among the mills before and after the steel ball supplementation

3.2 一次風(fēng)流量標(biāo)定試驗

為更加準(zhǔn)確地掌握不同磨煤機之間運行特性的差異，對所有磨煤機的一次風(fēng)流量噴嘴重新進行了流量標(biāo)定。標(biāo)定過程中發(fā)現(xiàn)磨煤機在不同流量時，一次風(fēng)流量測量值和真實值之間的偏差變化較大，各臺磨煤機之間偏差的差異也較大。為了減小流量噴嘴在所有流量下的綜合測量誤差，在不同流量下使用不同流量修正系數(shù)的變系數(shù)標(biāo)定方法。將每臺磨煤機運行的一次風(fēng)流量范圍分成5個區(qū)間，在每個區(qū)間內(nèi)分別進行流量標(biāo)定，并選用不同的流量修正系數(shù)。通過該方法可實現(xiàn)在所有一次風(fēng)流量下，同一臺磨煤機一次風(fēng)流量測量值和真實值之間的相對誤差均小于5%，不同磨煤機之間偏差小于10%的優(yōu)化目標(biāo)，為燃燒優(yōu)化提供了保證。表3、圖6分別為A、B磨煤機一次風(fēng)流量修正系數(shù)優(yōu)化前后標(biāo)定系數(shù)和一次風(fēng)流量測量對比結(jié)果。

表3 優(yōu)化前后標(biāo)定系數(shù)對比Tab. 3 Comparison of calibration coefficients before and after the optimization

圖6 一次風(fēng)流量標(biāo)定前后對比Fig. 6 Comparison of the primary air flow rate before and after the calibration

4 優(yōu)化效果

圖7、8分別為制粉系統(tǒng)優(yōu)化后各臺鍋爐風(fēng)煤比和發(fā)電原煤耗隨負(fù)荷的變化。優(yōu)化后各臺鍋爐的風(fēng)煤比和發(fā)電煤耗的波動較優(yōu)化前的均減小，在不同負(fù)荷下的特性也趨于穩(wěn)定，鍋爐的運行性能較優(yōu)化前有顯著改善。表4為鍋爐優(yōu)化前后性能比較，結(jié)果表明：

（1）供電煤耗和發(fā)電煤耗由優(yōu)化前的335.99、317.73 g·kW?1·h?1分別下降到 331.72、314.09 g·kW?1·h?1；

（2）在煤質(zhì)相同的情況下，機組帶負(fù)荷能力顯著增強，在不投油穩(wěn)燃的情況下機組出力可達(dá)到額定負(fù)荷；

（3）飛灰和大渣含碳量大幅度降低。

表4 鍋爐優(yōu)化前后性能比較Tab. 4 Comparison of 350 MW W-flame boiler performance before and after the optimization

圖7 補球優(yōu)化后風(fēng)煤比Fig. 7 Characteristics of the ratio of air to coal after the optimization and steel ball supplementation

圖8 優(yōu)化后不同機組發(fā)電原煤耗Fig. 8 Coal consumption curves of different units after the optimization

5 結(jié) 論

（1）運行過程中通過合理的鋼球補充方法，使不同直徑鋼球的裝載比例穩(wěn)定在設(shè)計裝載比例附近是保證鋼球磨煤機良好性能和改善W火焰鍋爐燃燒性能的關(guān)鍵手段。

（2）鋼球磨煤機的一次風(fēng)風(fēng)煤比變化特性的差異反映了磨煤機內(nèi)不同直徑鋼球裝載比例的差異。一次風(fēng)風(fēng)煤比變化規(guī)律可以為鋼球補充提供參考依據(jù)。

（3）采用分段標(biāo)定方法可以提高磨煤機一次風(fēng)流量噴嘴的測量精度，從而達(dá)到改善鍋爐運行控制精度的目的。