工程设计中一次风量问题的探讨

李 燕

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001)

工程设计中一次风量问题的探讨

李 燕

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001)

对燃煤机组现场运行中冷一次风量不足的问题进行了分析，提出了从一次风机出口接一路冷风至热一次风道母管的方法，解决了一次风量不足的问题。提出了一次风系统的设计中一次风机风量裕量和冷一次风道管径的选择建议。

一次风，风煤比，一次风率，一次风温

煤粉锅炉烟风系统中一次风的作用是燃料的输送、干燥和煤粉着火，是电站锅炉燃料输送系统的主要动力来源[1,2]。在DL/T 5240—2010火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程[3]中，对于煤粉炉不同煤质、不同燃烧方式的情况下，一次风率的取值都有推荐值。在火电机组锅炉烟风系统的设计中，一次风率的选择通常是锅炉厂和磨煤机厂根据各自设备运行情况，通过配合协商确定的。但锅炉厂和磨煤机厂从各自角度提出的一次风率往往不一致，且与现场实际运行情况也有差异。本文通过工程实例中发现的一些问题，处理方案及运行效果，对于工程设计中如何确定一次风率，并进行设备选型及风道管径的选择，提出了建议。

1 问题

在笔者涉及的几个煤粉锅炉烟风系统设计中，经常遇到的问题是：在锅炉设备招标过程中，锅炉厂为了提高中标几率，往往要求尽量降低一次风率、提高一次风温，以提高锅炉效率。但是为保证磨煤机有足够的通风量，能够携带燃烧所需的煤粉进入炉膛并干燥煤粉，磨煤机厂对一次风量也有最低要求。两者往往并不完全一致。

为降低机组运行成本，提高运行指标，电厂方面常常追求高的锅炉效率，这导致磨煤机厂在热力计算时不得不适应锅炉厂的要求而降低磨煤机入口通风量。虽然这样在理论上可以通过计算，但在实际运行时，过低的一次风量无法将磨煤机内全部的煤粉携带出去，运行人员往往大幅度加大一次风量，从而导致一次风流量、流速均大幅增加，风机风量及管道流速严重偏离了设计值。

2 工程实例

2.1 现场问题

某电厂2×350 MW超临界机组采用直吹式制粉系统，配备5台中速磨煤机。机组在调试阶段，运行人员反馈磨煤机冷一次风量不足，在70%THA负荷时磨煤机入口压力冷风门开度已达到100%，在负荷变化时无法自动调整磨煤机入口风温。

2.2 问题的原因

风煤比就是进入磨煤机的冷风和热风总量与煤量的比值。对于中速磨煤机，磨煤机厂一般推荐的风煤比为1.8左右[4]，甚至2.0左右[5]，即使是在BMCR工况，磨煤机厂一般也建议风煤比不小于1.5。

在现场通过对机组运行情况进行了解，发现部分运行参数与设计值存在一定的偏差。

各参数对比见表1。

表1 参数对比表(一)

以上几处偏差引起了两个问题：

1)一次风量及磨煤机进出口风温与设计值偏差较大。

锅炉厂计算的一风率为18.75%，对应的磨煤机入口风煤比为1.41(BMCR工况)，磨煤机出口风温为105 ℃，磨煤机厂也按此参数进行了磨煤机计算。设计院按锅炉厂和磨煤机厂的热力计算进行了风机及风道的选型设计。

在机组调试阶段，为保证有足量的一次风携带煤粉，调试人员没有按设计值运行，而是大幅度增加冷一次风量，实际的磨煤机入口风煤比折算到BMCR工况约为1.6，磨煤机出口风温为80 ℃～93 ℃。因大幅增加了冷一次风量并降低了磨煤机出口风温，导致运行时反映的结果就是冷一次风量不足，冷一次风道流速高。

2)燃用煤中水分与设计值偏差较大。

磨煤机是按照收到基水分Mar=5.4%选型的，调试时燃煤Mar=1.4%，只有设计值的26%。磨煤机进出口温差主要是由于煤中的水分吸热产生的。燃煤水分只有设计值的26%，在磨煤机出口温度不变的情况下，磨煤机入口需要的热风量减少，而总风量不变，冷风量则增加，这也是导致冷风不足的原因。

2.3 处理问题原则的确定

经过电厂、调试单位、磨煤机厂、锅炉厂、设计院等各方面人员共同协商，并考虑将来运行的可靠性及实际燃煤特性等，最终确定按以下原则调整设计：

1)磨煤机入口BMCR工况的风煤比从设计值1.41调整为1.8；

2)磨煤机出口风温从设计值105 ℃调整为93 ℃；

3)干燥无灰基挥发分Vdaf从设计值的21.61%提高到26.46%；

4)将来实际运行煤种的收到基水分将会接近设计煤种的5.4%，对此参数不再进行调整。

2.4 参数调整后对设备的影响

磨煤机及锅炉厂设计人员对磨煤机及锅炉进行了核算，认为在上述条件下磨煤机及锅炉均可以正常运行，并据此进行了热力计算。根据磨煤机及锅炉厂配合后的计算结果，设计院对一次风系统相关设备进行了核算。

增加磨煤机入口风煤比后，一次风率从设计值的18.75%增加到了23.5%，风量增加较多，经核算一次风机调整前后参数比较见表2。

表2 参数对比表(二)

从表2可以看出，调整参数后一次风机风压裕量为1.21，满足规程要求的1.2～1.3；风量裕量为1.1，略低于规程要求的1.2～1.3。本次调整暂不考虑对一次风机及其电机进行改造。

2.5 参数调整后管道改造方案

本次调整参数是增加一次风量并降低磨煤机出口一次风温，因此主要体现在一次冷风量不足。调整后的冷风量是设计值的2.14倍，如另外再增加一套冷风母管及支管，增加的风道管径非常大，现场已无布置空间，因此暂不考虑此方案。

我们推荐两种改造方案：

方案一：加大原冷风母管及至各磨煤机入口支管的管径；

方案二：直接从一次风机出口接一路冷风至热一次风道母管，降低磨煤机入口的热一次风温。

下面分别对这两个方案进行论述比较。

1)方案一：加大冷风道管径。

此方案是加大冷风母管及至各磨煤机入口支管的管径，母管从φ920×4加大到φ1 220×4，支管从φ530×4加大到φ820×4。

此方案需要将全部冷一次风道进行更换，并更换两个冷一次风母管的电动风门及五个磨煤机入口气动调节风门，工作量及费用大，且现场布置较困难。本次不推荐此方案。

2)方案二：从一次风机出口接一路冷风至热一次风道母管。

此方案是直接从一次风机出口接一路冷风至热一次风道母管，接入的冷风量按照本次需增加的一次冷风量考虑，从而降低磨煤机入口的热一次风温，不需再加大原设计的冷风道管径。

此方案只需在每台一次风机出口冷一次风道与热一次风道出口电动风门后的热一次风道之间增加一个φ820×4的联络管道，并设置一个手动风门。一台机组共增加两个联络管道及两个手动风门。运行时这两个风门全开，磨煤机入口处压力冷风门投入自动，根据运行负荷自动调节磨煤机入口风温。

现场布置联络风道较方便，增加两个手动风门的费用也较低，现场最终采用此方案进行改造。

2.6 改造后的运行情况

目前机组已经通过168 h试运行两年，通过以上改造后机组运行正常。

3 建议

3.1 不单纯追求低一次风率和高一次风温

在设计中，应与锅炉厂和磨煤机厂充分沟通，选择合理的一次风率和磨煤机出口一次风温，保证磨煤机入口的风煤比和出口风温在合理的范围。不能为了提高锅炉效率而不考虑磨煤机实际运行情况，单纯追求低一次风率和高一次风温。

3.2 充分考虑煤质的变化情况

对后期可能出现的煤质变化的工程，应充分考虑煤质变化的范围(尤其是水分的变化)，并对一次风系统进行校核[6]。

3.3 合理选择一次风机和一次风道

锅炉效率是考核电厂经济性能的重要指标，尽量降低一次风率和提高一次风温还是保证较高锅炉效率的重要手段。因此在设计中，锅炉一次风率和风温的选取仍然会倾向于有利于提高锅炉效率方面。

在实际运行中，运行人员往往不能完全按照设计的参数运行。考虑到电厂实际运行情况，在一次风机和一次风道设计中就需要适当多考虑一些裕量：

一次风机流量裕量：规程要求风机流量裕量为1.2～1.3，如果设计的风煤比偏低，建议一次风机选型时流量裕量按1.25倍～1.3倍裕量选取。

冷一次风道管径：规程推荐流速15 m/s～25 m/s，如果设计的磨煤机出口风温偏高，建议冷一次风道管径按流速下限选取。

[1] 赵振宁，卢 晓，葛亚琴，等.电站锅炉一次风量的最佳风煤比修正[J].电站系统工程,2010,26(3):18-20.

[2] 杨 彪，杨 博，曾壁群，等.1000 MW燃煤锅炉一次风节能技术及应用[J].发电设备,2017,31(4):286-289.

[3] DL/T 5240—2010,火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程[S].

[4] 贾 剑,金 安.中速磨煤机风煤比的优化[J].华北电力技术,2003(10):8-12.

[5] 王培萍，赵世伟，岳希明，等.ZGM113G型中速磨煤机运行问题分析[J].热力发电,2010(1):56-57.

[6] 吴阿峰，谭 灿.大容量燃煤火电机组热一次风系统设计的探讨[J].电力学报,2013,28(2):166-169.

Discussionontheengineeringdesignforquantityofprimaryair

LiYan

(CEECShanxiElectricPowerExploration&DesignInstitute,Taiyuan030001,China)

Analyzes the problem of insufficient primary air flow in the field operation of coal-fired units and puts forward a method of connecting cold air from the primary air fan outlet to the hot primary air duct, which solves the problem of insufficient primary air flow once. Proposes a selection of primary air fan flow margin and cold primary air duct diameter in the design of primary air system.

primary air, air/coal ratio, primary air ratio, temperature of primary air

2017-10-07

李 燕(1970- )，女，高级工程师

1009-6825(2017)35-0127-02

TU834

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