中速磨煤種適應性改造

陳文，陳紹龍，吳愛軍

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國電湖南寶慶煤電有限公司，湖南邵陽422000)

某超臨界對沖直流鍋爐所配制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，配置5臺MPS180-HP-Ⅱ型中速磨煤機，燃燒設計煤種時，BMCR工況下4臺運行，一臺備用。設計煤質(zhì)為褐煤，機組投入商業(yè)化運行后實際入爐煤質(zhì)為煙煤，水分大大減小。因為入爐煤質(zhì)的改變，在運行過程中制粉系統(tǒng)存在一次風量大、風速高、分離器出口溫度高、冷風調(diào)節(jié)門開度大、煤粉細度偏粗、石子煤排放異常等問題，直接影響機組運行的經(jīng)濟性和安全性。入爐煤質(zhì)的變化會引起制粉系統(tǒng)出力的變化，而制粉系統(tǒng)出力包括蹍磨出力、通風出力和干燥出力，最終出力取決于三者中最小者〔1－3〕。 呂施展〔4〕分析了 MPS 中速磨直吹式制粉系統(tǒng)磨制Mar＞30%褐煤過程中存在的問題，諸如MPS磨對褐煤的干燥出力、易自燃等，并提出了相應的對策。孫科〔5〕基于國內(nèi)MPS-HP-II型中速磨煤機最大出力計算以及運行優(yōu)化等方面的問題進行了研究，得到一次風量、分離器擋板角度、制粉系統(tǒng)出力和加載力對煤粉細度以及單耗的影響，指出在研磨高水分煤種時，限制制粉系統(tǒng)出力的因素仍為干燥出力。

考慮到燃用褐煤時干燥出力不足，因此系統(tǒng)通風量設計值較大。本文通過分析中速磨的設計參數(shù)、結構參數(shù)、運行參數(shù)，提出和實施了改造措施，提高了中速磨的煤種適應性。

1 概述

鍋爐采用5臺中速磨煤機墻式對沖燃燒，設計煤種為褐煤。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機為長春發(fā)電設備總廠MPS180－HP－Ⅱ型中速磨煤機，分離器型式為動態(tài)分離器，設計煤粉細度R90＝22%。每臺磨煤機配置一臺電子稱重式給煤機，每臺磨煤機對應供給前墻 (或后墻)一層4只燃燒器。磨煤機采用液壓變加載方式，噴嘴環(huán)結構為旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)，密封風采取集中供風方式。原煤的干燥和碾磨是同時進行，一次風從磨盤周圍的噴嘴環(huán)噴出，起到干燥和把磨盤上的碾碎物料吹到中架體上部分離器里的作用，在分離器里完成粗細粉的分離。符合要求的煤粉被吹走，不符合要求的煤粉將落回到磨盤重新進行碾磨。外來雜質(zhì)和大塊物料因重量較大，不能被一次風吹走，將通過噴嘴環(huán)的噴嘴落入中架體底部一次風室中，然后由刮板機構將其刮到排渣箱中排出。

機組投入商業(yè)化運營后，隨著煤炭市場的變化，入爐煤質(zhì)與設計煤質(zhì)發(fā)生了偏離，煤質(zhì)對比見表1，制粉系統(tǒng)主要設計參數(shù)見表2。

表1 煤質(zhì)參數(shù)表

表2 磨煤機主要設計參數(shù)

2 制粉系統(tǒng)問題及其分析

2.1 制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)特性差

制粉系統(tǒng)出力取決于碾磨出力、通風出力和干燥出力三者中最小者，制粉系統(tǒng)選型時根據(jù)煤質(zhì)水分Mt＝25.0進行設計。由于設計煤質(zhì)水分比較高，因此設計時重點考慮制粉系統(tǒng)的干燥出力，風量的選取偏大。

制粉系統(tǒng)出力與煤質(zhì)參數(shù)、分離器型式、設備狀況等有關，MPS型中速磨煤機蹍磨出力BM按下列公式進行計算〔1〕:

式中BM0為磨煤機的基本出力；

fH為可磨性修正系數(shù)為煤粉細度修正系數(shù)，為原煤水分修正系數(shù)，當Mt≤10%時fM＝1.0；當Mt＞10%時fM＝1.0＋(10－Mt)×0.011 4；fA為原煤灰分修正系數(shù)，當Aar≤20%時fA＝1.0；當Aar＞20%時fA＝1.0＋(20－Aar)×0.005；fg為原煤粒度修正系數(shù)；fe為蹍磨件磨損至中后期時出力降低系數(shù)；fsi為分離器形式對磨煤機出力的修正系數(shù)。

隨著水分的下降，制粉系統(tǒng)的蹍磨出力、干燥出力都升高，根據(jù)設計參數(shù)計算制粉系統(tǒng)出力與燃煤水分的關系如圖1所示。在設計風煤比下，若磨煤機入口風量一定，則制粉系統(tǒng)出力相對提高。煤質(zhì)水分大幅下降后，一次風速相對較高。

圖1 制粉系統(tǒng)出力與水分的關系

煤質(zhì)水分下降后，在磨煤機低出力時，磨煤機入口風量降低，一方面石子煤排放量異常增大，另一方面磨煤機振動大；磨煤機實際最低出力為15 t/h，高于設計值11.12 t/h，制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)特性差。

2.2 石子煤排放量大

入爐煤水分降低后，相對減小了磨煤機通風量。在降低磨煤機入口風量的同時，就地觀測到石子煤排放量明顯偏大，從窺視孔可見煤粒和石子煤不斷排出，掉入石子煤廢料箱中。加大磨煤機入口風量后石子煤排放量顯著降低。

2.3 磨煤機分離器出口溫度高、冷風調(diào)門開度大

為維持制粉系統(tǒng)的出力，尤其是干燥出力，在磨煤機入口風量一定的情況下，熱風調(diào)門開度相對較大，保證干燥劑量以維持終端溫度。在原風煤比控制邏輯下，機組運行期間磨煤機分離器出口溫度偏高，一般都在85℃左右，此時磨煤機調(diào)溫冷風門開度在30%～50%。而實際入爐煤為煙煤，揮發(fā)分Vdaf在38%左右，根據(jù)DL/T 5203—2005《火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設計技術規(guī)程》、DL/T 5145—2012《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定》等規(guī)程，分離器出口最高溫度應在80℃以下，當揮發(fā)分Vdaf≥40%，溫度一般應控制在60～70℃。若想將分離器溫度控制低，則冷風調(diào)節(jié)門開度會更大，鍋爐運行經(jīng)濟性差。

2.4 煤粉偏粗

在設計風煤比運行條件下對磨煤機出口煤粉進行取樣分析，R90＝40%，設計R90＝22%，煤粉粗，造成飛灰可燃物高。

3 改造措施

在燃用設計高水分煤時，為保證制粉系統(tǒng)干燥出力，磨煤機入口風量偏大，風煤比相對較高。當實際入爐煤質(zhì)尤其是水分大幅下降后 (收到基全水份由設計值的25%下降至實際的9.8%)，制粉系統(tǒng)出力提高，磨煤機入口風量大，一次風速過高，分離器出口溫度高，煤粉細度值偏大，影響燃燒穩(wěn)定性和經(jīng)濟性；當磨煤機入口風量降低后，石子煤排放量異常偏大。

根據(jù)火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定，MPS型中速磨風環(huán)處風速設計在100%通風量時為75～85 m/s。磨煤機噴嘴設計值見表3，隨著磨煤機通風量的減小和給煤量的降低，制粉系統(tǒng)出力逐漸下降，但磨煤機通風量下降后，磨煤機噴嘴風環(huán)處風速降低，風壓低，石子煤排放量異常偏大，磨煤機振動異常。

表3 噴嘴設計參數(shù)

為提高噴嘴處的風壓，采取了減小一次風流通面積的方式，磨煤機噴嘴結構如圖2所示。通過對制粉系統(tǒng)進行熱力計算，確定沿磨盤圓周方向?qū)娮飙h(huán)實施調(diào)節(jié)封堵，減小噴嘴環(huán)截面積，在相同風量條件下提高噴嘴處的風壓。

圖2 磨煤機噴嘴結構

4 實施效果分析

4.1 制粉系統(tǒng)出力

噴嘴處風速提高后，風量的調(diào)節(jié)裕量更大，降低風量后就地觀察石子煤排放正常，由于噴嘴環(huán)處風壓的提高，磨煤機處于最低煤量時磨入口風量也隨之降低，磨內(nèi)可維持一定的煤層厚度，磨輥拉桿動作正常，磨煤機本體就地振動正常，磨煤機最低出力從18 t/h降低到12 t/h，大大提高了磨煤機運行調(diào)節(jié)靈活性。

系統(tǒng)改進后進行了磨煤機最大出力試驗，磨煤機在45 t/h下穩(wěn)定運行2 h，磨煤機電流、振動、溫度、煤粉細度均在設計范圍內(nèi)。

4.2 磨煤機磨輥磨損

增大噴嘴處風速后，可能加劇對磨輥的磨損。磨煤機運行一段時間后，利用磨煤機停運機會進入內(nèi)部進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)磨煤機內(nèi)部磨損嚴重情況，噴嘴環(huán)、磨輥、磨盤、液壓加載裝置等狀態(tài)正常。風速增大后對磨輥的磨損是客觀存在的，在后期的運行中定期進行觀測和記錄。

4.3 磨煤機分離器出口溫度

磨煤機分離器出口溫度與入磨干燥劑量、原煤量、煤質(zhì)參數(shù)等有關，干燥劑量的大小需同時滿足干燥、通風和鍋爐燃燒的要求。由于總體系統(tǒng)通風量的減小，入爐水分降低后所需干燥風量減小，分離器出口溫度可控制在60～75℃，冷風調(diào)門開度比之前減小。

4.4 煤粉細度值R90

影響煤粉細度的因素很多，在當前磨煤機型式和結構參數(shù)、分離器型式和參數(shù)、入爐煤質(zhì)等條件一定的情況下，風煤比相對降低，系統(tǒng)通風量的減小對煤粉細度影響較顯著，煤粉細度R90可控制在22%以下。

4.5 石子煤

系統(tǒng)改進后磨煤機風量、石子煤量均有較大改善，制粉系統(tǒng)出力未見明顯影響的情況下，石子煤排放效果顯著，主要體現(xiàn)在石子煤量減少，石子煤顆粒粗大，顏色白，石子煤中攜帶的煤粒明顯減少。圖3是改造過程中石子煤排放情況對比。

圖3 改造前后石子煤排放變化情況

5 結束語

受制于煤炭供應的多變，機組實際燃用的煤質(zhì)與設計煤質(zhì)可能存在一定的偏差，當入爐煤偏離設計值較多時會給機組運行帶來一系列影響。為提高中速磨對煤質(zhì)的適應性，基于入爐煤質(zhì)和制粉系統(tǒng)設計參數(shù)嘗試對中速磨沿圓周方向?qū)娮飙h(huán)通流面積進行了調(diào)整。從改造后運行效果看，磨煤機帶負荷能力未變化，磨煤機最小出力較之前下降，就地石子煤排放正常，風煤比調(diào)節(jié)裕量增大，提高了制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)品質(zhì)，磨煤機入口風量有進一步下降的空間，分離器出口溫度和煤粉細度可控制在正常范圍內(nèi)，磨煤機煤種適應性大大增強，可以作為同類型鍋爐中速磨改造借鑒。

〔1〕國家能源局.火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定:DL/T 5145—2012〔S〕.北京:中國電力出版社，2012.

〔2〕袁宏偉，王雷，高正陽.電站鍋爐制粉系統(tǒng)出力影響因素分析 〔J〕.電力科學與工程，2012，28(2):65-70.

〔3〕吳建良.MPS212中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)運行特性分析〔J〕. 華電技術， 2015， 37(3):61-63.

〔4〕呂施展，米子德.高水分褐煤在MPS中速磨直吹式制粉系統(tǒng)應用中的探討 〔J〕，華北電力技術，2009(6):34-37.

〔5〕孫科，靳士奇，秦大川.MPS-HP-Ⅱ型中速磨煤機在高水分燃煤機組上應用的試驗研究 〔J〕.動力工程學報 ，2014，34(9):725-730.