煤粉制備系統(tǒng)均勻供粉技術(shù)

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(華電電力科學(xué)研究院 北京分院，北京 100070)

我國煤炭資源豐富，以煤電為主的能源格局，在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)難以改變，可持續(xù)發(fā)展的出路在于煤炭高效、潔凈的利用。面對(duì)環(huán)境污染和氣候變化，我國燃煤電廠面臨最大的挑戰(zhàn)是，如何最大限度提高燃燒效率、降低煤耗和減少排放[1-5]。解決這一問題的關(guān)鍵是改善和提高鍋爐煤粉燃燒工況和燃燒質(zhì)量，鍋爐煤粉燃燒的好壞，取決于煤粉制備系統(tǒng)如何供粉?，F(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)已不能滿足鍋爐煤粉高效燃燒、降耗和減排的要求，急需采用新設(shè)備、新技術(shù)對(duì)現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

1 現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)存在的主要問題

1.1 多個(gè)煤粉風(fēng)送管道供粉重量偏差過大且分布不均

按國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(DL/T5154-2002)要求，多管道煤粉重量偏差不大于10%，但由于現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)的各風(fēng)送管道沒有煤粉重量在線檢測(cè)手段，不能實(shí)時(shí)給出各管道煤粉重量變化和多管道煤粉重量偏差，更不能實(shí)時(shí)對(duì)各風(fēng)送管道煤粉重量進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，因而造成多管道入爐煤粉重量偏差過大，且分布不均，目前大多數(shù)鍋爐多管道煤粉重量偏差均大于10%，有的管道高達(dá)20%。多層、同層入爐煤粉重量偏差大，分布不均，導(dǎo)致爐內(nèi)中心火焰偏斜不穩(wěn)，熱負(fù)荷、氣溫分布不均、水冷壁局部過熱、高溫腐蝕加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成火焰沖刷爐墻、結(jié)渣等，致使燃燒質(zhì)量下降，熱效率低，煤耗大，排放量高。

1.2 燃燒器粉配風(fēng)比變化大

α——用煙氣量表示，β——用空氣量表示；

燃料重量W(kg)完全燃燒需配空氣量為：

過剩空氣系數(shù)大小，除直接影響煤粉能否完全燃燒外，還會(huì)影響燃料著火、燃燒穩(wěn)定性和煙氣中熱量損耗及污染物生成量。在現(xiàn)有制粉、供粉系統(tǒng)中，由于沒有風(fēng)送煤粉重量在線檢測(cè)手段，而不能實(shí)現(xiàn)"根據(jù)過?？諝庀禂?shù)要求，實(shí)時(shí)按煤粉重量配風(fēng)"，只能根據(jù)煙氣中參數(shù)調(diào)整配風(fēng)量。該調(diào)節(jié)是一種滯后調(diào)節(jié)，煙氣中含氧量只能反映煤粉燃燒后的狀況，它不反映多少重量需配多少風(fēng)量，使煤粉重量/配風(fēng)量之比達(dá)到完全燃燒條件。在現(xiàn)有電站鍋爐運(yùn)行中，由于供粉不均、配風(fēng)不勻，使?fàn)t內(nèi)有的區(qū)域內(nèi)煤粉燃燒不足，有的區(qū)域內(nèi)煤粉燃燒過盡，為使煤粉都能夠充分燃燒、防止帶來危害，通常都加大過剩空氣系數(shù)，一般控制在舒適區(qū)，而非最佳區(qū)，大的過?？諝庀禂?shù)，帶來了煙氣量增大，熱損耗加大、污染物生成量加大。

1.3 現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)中沒有煤粉熱值在線檢測(cè)手段

發(fā)電所需的是煤粉燃燒熱量，煤粉熱量決定于兩個(gè)因素：煤粉熱值和煤粉重量。在現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)中，由于沒有煤粉熱值在線檢測(cè)手段，只能根據(jù)發(fā)電的熱量需要調(diào)節(jié)煤粉重量，煤粉熱值的變化，引起入爐煤粉熱量擾動(dòng)，影響燃燒穩(wěn)定性和燃燒質(zhì)量。

針對(duì)上述問題，特提出采用在線檢測(cè)設(shè)備和均勻控粉技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

2 煤粉制備系統(tǒng)均勻供粉技術(shù)特點(diǎn)

2.1 采用X射線測(cè)量技術(shù)解決風(fēng)送管道煤粉重量測(cè)量難題

風(fēng)送管道煤粉重量的測(cè)量方法主要有：熱平衡法、能量法、光-電檢測(cè)法、電容法、電容層析成像法、激光法、超聲波法、微波法、靜電感應(yīng)法等等，但由于風(fēng)送管道煤粉的高溫、高壓、高速、高摩擦和煤粉負(fù)荷量小、分布不均、粒度變化、運(yùn)動(dòng)軌跡多變等測(cè)量難題，這些方法都存在各自難以克服的問題，目前大多均處于研發(fā)階段，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際較少。本技術(shù)采用X射線進(jìn)行非接觸式測(cè)量，從理論上避開了上述各種測(cè)量方法的弊端，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)送管道煤粉重量在線檢測(cè)。

2.2 采用均勻供粉技術(shù)使各風(fēng)送管道內(nèi)煤粉重量一致

根據(jù)各管道煤粉重量檢測(cè)儀測(cè)量的煤粉重量W1，W2……Wn以及設(shè)定的自動(dòng)跟蹤重量設(shè)定值，對(duì)煤粉分配器進(jìn)行控制，使各管道內(nèi)煤粉重量相一致，均勻供粉技術(shù)提高了煤粉燃燒的穩(wěn)定性，使?fàn)t內(nèi)中心火焰穩(wěn)定且不偏斜，溫度、熱負(fù)荷分布均勻，改善了燃燒工況，提高了燃燒質(zhì)量。

2.3 優(yōu)化二次配風(fēng)使煤粉燃燒更加充分高效

均勻供粉技術(shù)，使各風(fēng)送管道供粉重量相一致且穩(wěn)定，為二次配風(fēng)創(chuàng)造了有利條件，提高了二次配風(fēng)質(zhì)量，也提高了煤粉燃燒質(zhì)量。根據(jù)各風(fēng)送管道煤粉質(zhì)量值及煤粉配風(fēng)最佳比例要求或根據(jù)煤粉重量及煙氣中過?？諝庀禂?shù)，自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)二次配風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)二次配風(fēng)最優(yōu)化，從而可使?fàn)t內(nèi)煤粉更加充分高效燃燒，達(dá)到高效、降耗、減排要求。

2.4 采用X射線原煤熱值在線檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)入爐煤粉熱值在線測(cè)量

風(fēng)送管道煤粉熱值在線測(cè)量儀，實(shí)時(shí)檢測(cè)出風(fēng)送管道中煤粉熱值，根據(jù)發(fā)電所需熱量及煤粉熱值，對(duì)風(fēng)送管道中煤粉重量進(jìn)行控制；根據(jù)風(fēng)送管道煤粉熱值及各風(fēng)送管道煤粉重量檢測(cè)儀測(cè)量的各管道煤粉重量W1，W2……Wn可求得各管道煤粉熱量J1，J2……Jn；采用均勻供粉控制技術(shù)，可使各管道內(nèi)煤粉熱量相一致，從而實(shí)現(xiàn)按熱量均勻供粉。

3 煤粉制備系統(tǒng)均勻供粉技術(shù)改造方案

3.1 現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)

燃煤電站鍋爐，特別是大型燃煤鍋爐，普遍采用多層(3～6層)供粉，每層有一臺(tái)磨煤機(jī)帶有四個(gè)風(fēng)送管道，用四角噴射技術(shù)供粉，每層設(shè)備相同，整個(gè)鍋爐共有20個(gè)左右風(fēng)送管道供粉。如圖1所示。

1.原煤倉；2.輸送帶；3.給煤機(jī)；4.磨煤機(jī)；5.一次配風(fēng)風(fēng)機(jī)；6.粗細(xì)粉分離器；

7.煤粉分配器；8.(A/B/C/D)-風(fēng)送煤粉管道；9.(A/B/C/D)-燃燒器；10.鍋爐；11.二次配風(fēng)風(fēng)機(jī)

圖1 現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)(同層四管道)主要設(shè)備示意圖

3.2 技改方案一期：實(shí)現(xiàn)按煤粉重量均勻供粉

(1)在現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)中的每個(gè)一次風(fēng)管道上，安裝一臺(tái)“風(fēng)送管道煤粉重量在線檢測(cè)儀”，用于實(shí)時(shí)測(cè)量各風(fēng)送管道煤粉重量W1煤粉............Wn煤粉(n為管道數(shù))。

(2)將現(xiàn)有煤粉制備系統(tǒng)中的煤粉分配器更換成可調(diào)式煤粉分配器，用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)入各風(fēng)送管道的煤粉重量，如圖2所示。根據(jù)各管道實(shí)時(shí)測(cè)量的煤粉重量及均勻供粉控制技術(shù)對(duì)煤粉分配器進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)進(jìn)入各風(fēng)送管道煤粉重量，使各管道內(nèi)煤粉重量一致，實(shí)現(xiàn)煤粉重量均勻供粉。

100.(A/B/C/D)-風(fēng)送管道煤粉重量檢測(cè)儀；111.可調(diào)式煤粉分配器； 112.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

圖2 技術(shù)改造方案一期增加設(shè)備示意圖

3.3 技改方案二期：實(shí)現(xiàn)按煤粉熱量均勻供粉

在一期技改完成的基礎(chǔ)上，在鍋爐每層4根一次風(fēng)管道上，挑選1根安裝1臺(tái)“風(fēng)送管道煤粉熱值在線測(cè)量儀”，用于實(shí)時(shí)測(cè)量經(jīng)一次風(fēng)管送入鍋爐的煤粉熱值，根據(jù)此熱值，結(jié)合第一期“風(fēng)送管道煤粉重量在線測(cè)量儀”給出的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算進(jìn)入鍋爐的煤粉熱量，進(jìn)而根據(jù)此熱量數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)入鍋爐的煤粉量進(jìn)行在線控制，實(shí)現(xiàn)各管道煤粉熱量均勻控制，實(shí)現(xiàn)按熱量均勻供粉，詳見圖3。

100.(A/B/C/D)-風(fēng)送管道煤粉重量檢測(cè)儀；110.風(fēng)送管道煤粉熱值在線測(cè)量儀；111.可調(diào)式煤粉分配器； 112.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

圖3 技術(shù)改造方案二期增加設(shè)備示意圖

4 結(jié)論

煤粉制備系統(tǒng)均勻供粉技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)每層、各風(fēng)送管道給鍋爐供粉的重量或熱量相一致，每層煤粉燃燒時(shí)所釋放出的熱量與其同層發(fā)電需要的熱量相一致，優(yōu)化的二次配風(fēng)可使煤粉充分、高效燃燒，從而達(dá)到整個(gè)鍋爐燃燒處于中心火焰穩(wěn)定、熱負(fù)荷和氣溫分布均勻、煤粉燃燒處于充分高效的最佳狀態(tài)，大大提高了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，更好滿足燃煤電廠煤炭潔凈燃燒、高效、降耗、減排的要求。