1 036 MW燃煤机组锅炉制粉系统煤种适应性研究

2012-03-04杨博林鸿孙伟鹏林坚辉

电力建设 2012年5期

杨博，林鸿，孙伟鹏，林坚辉

(华能海门电厂，广东省汕头市，515132)

0 引言

华能海门电厂(2×1 036 MW)采用DG3000/ 26.25－Ⅱ1型，超超临界参数变压直流锅炉，其结构形式为单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊∏型。设计煤种、校核煤种为神府东胜烟煤，校核煤种1为50％神府东胜烟煤+50％澳大利亚蒙托煤，校核煤种2为山西晋北烟煤，锅炉除了燃烧设计煤种和校核煤种以外，还能单独燃烧蒙托煤以及蒙托煤与晋北煤的混煤。锅炉出口蒸汽参数为26.25 MPa/605℃/603℃，汽机入口参数为25.0 MPa/600℃/600℃。汽机额定功率为1 000 MW，对应汽机阀全开(valve wide-open，VWO)工况的锅炉最大连续蒸发量为3 033 t/h。采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统。每台锅炉配置6台上海重型机械厂生产的HP1203/Dyn型磨煤机，每台磨煤机配1台电子称重皮带式给煤机。煤粉细度R90为16％～20％，均匀性指数为1.0～1.1。磨煤机用设计煤种的设计最大出力为111 t/h，计算出力为75.12 t/h。经过初步破碎的原煤通过输煤皮带送到原煤斗，经过原煤插板后落到称重皮带式给煤机。给煤机根据机组负荷指令调节驱动电机转速来达到调节进入磨煤机的煤量。原煤进入磨煤机后在磨辊的碾压下破碎，在向磨盘边缘移动的过程中被进入磨煤机后通过风环旋转的一次风携带上升。在磨煤机本体中煤粉被加热干燥和分离后，细度合格的煤粉由磨煤机出口的48根煤粉管道送出(至燃烧器前进入8个燃烧器)，粒度较大的煤粉落入磨盘继续被破碎，每根煤粉管分成2路送往相应的燃烧器。

该厂1、2号炉从投产以来燃烧的煤质变化较大，对锅炉燃烧和制粉系统的安全、经济性带来不利影响，连续出现几次磨煤机堵煤、制粉系统爆燃、磨煤机灭火等现象。为此与西安热工院共同进行了燃烧调整试验，对东方锅炉厂DG3000/26.25－Ⅱ1型锅炉制粉系统燃烧不同煤种时的运行情况进行研究，提出了解决办法。

1 燃烧调整试验的目的

本次试验的主要目的在于寻求较高比例低热值印尼煤掺烧工况下，适合锅炉安全、经济、环保运行的最佳运行参数。由于现场条件复杂，入炉煤种远偏离设计煤种，试验期间不断发现由煤种适应性引发的燃烧问题、制粉系统安全和经济问题。试验的具体目标是找出锅炉存在的问题，重点是制粉系统存在的问题；确定锅炉对低热值印尼煤掺烧的适应性；确定锅炉合适的燃煤特性［1］。

以下基于该电厂2号锅炉一次风量标定结果、制粉系统测试结果以及掺烧印尼煤时各工况的调整变化对锅炉的燃烧特性作详细分析。

2 一次风量标定以及一次风参数控制

2.1 磨煤机入口风量标定系数

磨煤机一次风量的精确标定是整个制粉系统调整以及燃烧调整的前提和基础，在燃烧调整试验开始前，对2号锅炉磨煤机入口一次风量进行了热态标定。

在大、中、小3种风量(工况1、2、3)下，于磨煤机入口用S型毕托管按等截面网格法逐点测量断面各点风速和温度，同时记录表盘风量，最终计算获得磨煤机入口一次风流量系数［2］。风量标定结果见表1(表1列出了本次标定的6台磨煤机其中3台的参数)。通过标定结果可以看出，各台磨煤机的表盘风量与实际风量均有一定的偏差，表盘风量整体上低于实测风量。其中A磨煤机的表盘风量和实测风量相差较大，流量系数为1.48，其他几台磨煤机的流量系数为1.09～1.16。

不同工况下，各台磨煤机一次风流量系数比较接近，不同风量下风量系数最大相对偏差均小于5％，流量装置的线性良好。

通过风量标定系数的修正，表盘风量更真实地反映实际风量，可作为制粉系统调整以及燃烧优化调整的基础。根据标定结果得出的一次风量系数，对表盘风量进行修正，使表盘一次风量真实、可信。

2.2 不同煤种下的制粉系统干燥出力分析

本次试验选取了3个典型煤种：较高热值印尼煤(22 990 kJ/kg)、中热值印尼煤(19 646 kJ/kg)及低热值印尼煤(16 720 kJ/kg)，试验在B、E以及F磨煤机上进行。具体试验数据见表2、3、4。

本次制粉系统试验煤种按照热值和水份划分，基本上可分为如下3类：煤种1(35号船印尼煤)低位热值16 720 kJ/kg，全水份为27％；煤种2(38号船印尼煤)低位热值19 646 kJ/kg，全水份为22％；煤种3(39号船优混煤)低位热值22 990 kJ/kg，全水份小于20％。

表4 煤种3出力试验(F磨煤机)Tab.4 Output test of No.3 Coal(F coalm ill)

由于在大量掺烧低热值高水分印尼煤的前提下，磨煤机的最大出力主要受到干燥出力的限制，所以磨煤机出力和一次风煤比控制曲线基本上根据煤种的全水份来区分，为了保证在不同煤种下的干燥出力，磨煤机出口温度不低于62℃［3］。

根据制粉系统设计相关规定，为了防止煤粉在输送过程中的沉积和堵管，以及减少煤粉着火的不利影响，磨煤机应保持一定的干燥出力裕量以保证出口温度高于露点。从上述数据可以看出，在碾磨高水份印尼煤的时候，虽然磨煤机在高出力下干燥风温已经超过270℃，但其出口温度仍不足62℃，甚至更低，磨煤机的干燥出力受到限制。若磨煤机出力进一步加大或混煤水份进一步加大，则磨煤机出口温度将进一步降低，制粉系统出口将有“结露堵磨”的危险。所以在当前的设备条件下，使用高水份印尼煤需要靠降低磨煤机出力来保证制粉系统的安全性［4］。

从表2～4可以看出，当煤全水份为30％左右的时候，受干燥出力限制，单磨煤机出力超过75 t/h时，磨煤机出口温度很难维持在62℃。此时热风调节门已在全开位置，磨煤机通风量已再无裕量，若继续增加磨煤机出力，则需要相应大幅增加一次风母管压力，给整个制粉系统以及一次风系统带来极大的浪费。因此，建议磨煤机最大出力不超过75 t/h。

3 锅炉一次风量控制设定值曲线的优化

一次风煤比的确定要兼顾磨煤机的碾磨出力和干燥出力的双重影响，通过研究给出了如下不同煤种的一次风煤比控制曲线。

在推荐风煤比控制曲线中，对不同煤种、不同出力下影响制粉系统性能的重要可调参数进行了定量，确保制粉系统在安全、经济和环保的最优方式下运行。

锅炉磨煤机的调整与控制，主要是对风煤比的调整与控制，即一次风量与给煤机给煤量要适应。对于正压中速直吹式制粉系统如忽略磨煤机密封风，锅炉的一次风量即为每台磨煤机风量之和，锅炉最小一次风量的确定就是磨煤机最小风量的确定。每台磨煤机的风量必须满足煤粉正常输送、为煤粉着火初期提供合适的氧质量分数和满足燃烧器安全运行的要求［5］。

为了满足煤粉的输送要求，粉管风速不得小于20 m/s，而实际运行中考虑到各个出粉管的偏差，往往需要在这个风速上再加一定的余量［6］。本文取粉管风速为22 m/s来计算输送煤粉需要的最小风量，这个最小风量没有包括煤中的部分水份会变成水蒸气以及一部分密封风的流量。这部分流量一般会使速度增加10％～15％，所以最终的输送煤粉所需的最小风量在各管的一次风速调平以后还是有足够安全裕量的。

海门电厂当地常年平均大气压力为101 kPa，磨煤机出口粉管的温度变化一般为62～80℃，取70℃，则一次风的密度为式中：ρ0为标准状态下空气密度，kg/m3；T0为标准状态下温度，K；P0为标准状态大气压力，Pa；ρ为当地空气密度，kg/m3；t为粉管一次风温度，℃；P为当地大气压力，Pa。

一次风粉管道内径为813 mm，若风速低限为22 m/s，则每台磨煤机的最小一次风量为

式中：G为一次风量，t/h；d为一次风粉管内径，mm； v为粉管一次风速，m/s；A为1台磨煤机一次风粉管根数［7］。

为了能为煤粉着火初期提供合适的氧质量分数以及保证煤粉着火点、火焰刚度在正常范围内，要求磨煤机风量与煤量之比不应小于1.8。即以风煤比为1.8计算得到的磨煤机风量，是能满足煤粉着火初期所需的氧质量分数，以及能保证燃烧器安全运行的最小磨煤机风量［7-8］。不同磨煤机负荷下的该最小风流量以及该最小风量对应的一次风粉管风速如表5所示。

表5 磨煤机不同负荷下的最小风量Tab.5 Them inimum air flow of coalm ill w ith different loads

由表5可看出，当磨煤机负荷小于52.2 t/h时，按风煤比1.8计算得到的一次风量93 t/h对应的粉管一次风速小于22 m/s，不满足煤粉的输送要求。因此，磨煤机最小风量应大于93 t/h，取100 t/h。磨煤机不同负荷下一次风量和煤量关系如表6所示。在某1个一次风量运行条件下，石子煤不明显增加，磨煤机也没有堵煤现象，炉内燃烧着火点位置正常且无贴壁现象，该风量即为正常。但是由于海门电厂燃煤大多为高挥发份、高水份煤质，因此磨煤机实际设定风煤比要比最小一次风量大。图1为不同负荷时磨煤机的风－煤曲线。