热风送粉锅炉带负荷问题研究

贾继鹏,赵卫东,彭龙海

（1.山西阳光发电有限责任公司，山西阳泉 045200；2.西安热工研究院有限公司，陕西西安 710054）

0 引言

近年来，为了提高火电机组的运行经济性，响应国家节能降耗的政策，部分发电企业对锅炉机组进行了增容改造。与此同时，电网对机组负荷响应能力也提出了更高的要求，对于经过机组容量审定而不能达到电网指令要求的机组，进行严格的考核。在此背景下，锅炉带负荷能力成为了电厂生产关心的一项重要的内容。机组增容改造后，带负荷能力可能无法达到电网要求。已有文献对300 MW机组增容改造中辅机适应性进行了相关研究，锅炉侧主要对送风机、引风机、增压风机、空气预热器等辅机进行分析研究，未见对制粉和送粉系统进行相关研究。本文针对某机组增容改造后，无法达到电网的负荷指令问题进行了深入分析和研究，重点针对送粉系统在设备和运行等多个方面进行了剖析，找出了提高机组的带负荷能力的措施。

1 设备介绍

研究对象锅炉型号为B&WB-1025/18.3-M型，W火焰燃煤锅炉，由北京B&W公司设计制造，设计燃用无烟煤，采用中间储仓式制粉系统，热风送粉。该机组于2012年进行了汽轮机通流部分增容改造，机组负荷由300 MW扩容至320 MW，在机组增容改造过程中，相应对空气预热器、引风机、送粉系统（主要是煤粉混合器）进行了局部改造。锅炉主要技术参数见表1。

表1 锅炉主要设计参数

机组增容改造后，运行中发现汽轮机运行正常，但煤质稍差时锅炉出力无法满足320 MW的蒸发量，为此经常性受到电网两个细则的电量考核。为此需要对影响该锅炉出力的因素进行分析，找出原因，提出相应的解决措施。

2 带负荷能力不足原因分析

2.1 煤质

煤质对锅炉出力的影响比较大，如果实际燃用煤种和设计煤种偏差太大，对磨煤机的出力、炉膛的燃烧情况影响都比较大。该锅炉设计煤种和实际燃用煤种的元素分析见表2。

由表2可以看出，锅炉实际燃用煤种和设计煤种的元素分析相差不大，干燥无灰基挥发分(Vdaf)含量高于设计煤种，低位热值则低于设计煤种。虽然实际燃用煤种的热值低于设计煤种，但仍处于设计单位提供的热值波动范围之内（21 560～25 320 kJ/kg），并且锅炉的挥发分含量比设计煤种的大。因此，煤质不是引起锅炉出力不足的主要原因。

表2 锅炉燃用煤种的煤质分析数据

2.2 锅炉风机和汽水系统

通常锅炉风机等辅机的出力和裕度也是影响锅炉出力的主要因素之一。通过对该锅炉引风机、送风机和一次风机等风机在高负荷时的运行参数和裕度情况的分析，得知该炉主要风机的出力能够满足锅炉出力的需要。

同时对水冷壁、过热器和再热器等汽水系统的在高负荷下受热情况、壁温等进行分析，得知该炉汽水系统能够满足锅炉出力的需要。

2.3 送粉系统诊断试验

锅炉带负荷能力和煤质、风机等辅机以及磨煤机和送粉系统的出力有关，通过分析发现煤质和风机等辅机能够满足锅炉带负荷的要求，为此重点分析送粉系统的出力情况。

2.3.1 给粉机性能测试结果

首先对给粉机的出力进行了测试，由于风粉温度是粉管内煤粉浓度的直接反映，对多个给粉机转速与风粉混合物的温度的关系进行了试验测试。

C1给粉机转速由560 r/min提高至700 r/min，风粉混合物温度由202.7℃降低至197.4℃，降低了5℃。给粉机转速由700 r/min提高至750 r/min，风粉混合物温度由197.4℃降低至182.8℃。

C2给粉机转速由530 r/min提高至650 r/min，风粉混合物温度由209.6℃降低至197.8℃，给粉机给粉线性良好、送粉系统性能稳定。给粉机转速由650 r/min提高至700 r/min，风粉混合物温度由197.8℃降低至185℃，降幅明显。

C4随给粉机转速由570r/min提高至660 r/min，粉管送粉性能良好。转速由660 r/min提高至700 r/min，风粉温度由206℃降低至194.6℃，降幅偏大，下粉正常。

B1给粉机和粉管的给粉及送粉性能良好。给粉机转速由510 r/min提高至670 r/min，风粉温度从217.5℃降低至209.2℃。

B3给粉机工作正常。给粉机转速由500 r/min提高至660 r/min，风粉温度由207.5℃降低至195.1℃。

通过对上述试验数据进行分析，可以看出，在650 r/min以下给粉机转速与出粉基本呈线性正比关系，给粉机转速每增加100 r/min，风粉混合物温度约降低10℃。给粉机转速可以达到650 r/min，在此转速下，给粉机运行稳定，性能良好，给粉机出力可以满足锅炉燃料量的供应需要。

2.3.2 下粉管静压测试结果

下粉管处形成压力的正负，关系到煤粉能否顺利进入送粉管道，该处如能形成负压，可以防止原煤粉混合器经常出现的“托粉”问题。为此专门对下粉管处压力进行了测量，测量结果见表3。

通过对给粉机下粉管测点处静压测试得到表3数据：在不同的给粉机转速下，给粉机下粉管处静压为负值，这与文丘里负压型煤粉混合器结构及规律相一致，说明新型混合器可以在下粉管处形成负压，这对煤粉由给粉机顺利进入送粉管道有利，并且可以防止原煤粉混合器经常出现的“托粉”问题，不会影响送粉系统的出力。

表3 下粉管静压测试结果

2.3.3 煤粉混合器阻力测试结果

通过测试煤粉混合器前后的静压可以得到煤粉混合器的阻力。2013年将中间带隔板的混合器全部更换为新型文丘里负压型煤粉混合器。由表4可以看出，在不同的给粉机转速条件下，新型文丘里负压型煤粉混合器在带粉状态下的阻力在2.1～2.7 kPa，而更换前的中间带隔板的混合器在带粉状态下的阻力为1～1.5 kPa左右。更换后新型的煤粉混合器比更换前混合器阻力增加了约1 000 Pa。

表4 煤粉混合器阻力测试结果

2.3.4 热一次母管压力试验

在送粉系统中，给粉机出力正常，并且新型混合器可以在下粉管处形成负压，不会发生“托粉”问题而影响送粉系统的出力，但是更换后新型的煤粉混合器比更换前混合器阻力增加了约1 kPa。如果维持一次热风母管压力与煤粉混合器改造前一致，会造成粉管内风速偏低和粉管输送煤粉能力下降。为此，专门进行了热一次风母管压力试验，验证一次热风母管压力对送粉系统和锅炉带负荷能力的影响。将一次热风母管压力由5.2 kPa分别提高至5.5 kPa和5.7 kPa，对锅炉性能参数进行对比，对比结果见表5。

表5 提高一次风压前后锅炉运行参数对比

通过分析表5运行数据可以看出，在燃用日常煤种（21 560 kJ/kg）条件下，在一次风压维持5.2 kPa时，机组负荷可稳定在290 MW，未能达到AGC指令300 MW的要求，在一次风压提高至5.5 kPa时，机组负荷可以达到并稳定在300 MW。将一次风压继续提高至5.7 kPa后，在入炉煤热值降低、煤质变差的情况下，机组负荷仍能够达到300 MW，说明提高一次风压运行对提高机组带负荷能力有利。

2.4 带负荷能力不足原因分析

由于锅炉实际燃用煤种和设计煤种的差别不大，可以说明煤种不是影响锅炉带负荷能力的主要原因。并且通过对高负荷下锅炉风机等主要辅机出力的运行参数的分析，看出风机能够满足锅炉带负荷要求，同时汽水系统在高负荷没有超温现象，不影响锅炉的带负荷。

送粉系统中，给粉机出力正常，并且新型混合器可以在下粉管处形成负压，不会发生“托粉”问题而影响送粉系统的出力，但是更换后新型的煤粉混合器比更换前混合器阻力增加了约1 kPa。如果维持一次热风母管压力与煤粉混合器改造前一样，而不进行相应的调整，会造成粉管内风速偏低和粉管输送煤粉能力下降。由于该锅炉之前采用的是一次风热风压力定值运行，不随混合器的压力变化而变化，在高负荷时由于一次风压不足导致送粉系统工作不稳定，进而表现为带负荷能力下降，无法稳定在额定负荷运行。因此，通过提高一次风热风母管压力，如由5.2 kPa提高至5.7 kPa，在入炉煤热值降低煤质变差的条件下，仍可满出力运行，说明一次风压提高对提升机组的带负荷能力是有帮助的。

3 结论

a）给粉机性能测试结果表明，单个给粉机的转速可以提高至700 r/min，不存在给粉方面无法满足带负荷的问题。

b）新型引射式煤粉混合器可以在下粉管形成负压，这对煤粉顺利进入送粉管道有利，可以防止原煤粉混合器经常出现的“托粉”问题。

c）新型引射式煤粉混合器比改造前的混合器阻力提高了约1 kPa，而一次热风母管压力未进行相应调整，造成粉管内风速偏低和粉管输送煤粉能力下降，从而使锅炉机组带负荷能力下降。只有相应提高一次风压，才能保证送粉系统出力满足锅炉带负荷需要。现场试验也验证了将一次风压由5.2 kPa提高至5.7 kPa运行，可以机组带负荷能力得到提高。

d）该锅炉带负荷能力不足是因为进行新型引射式煤粉混合器改造后，混合器阻力提高了约1 kPa，而一次风压未进行相应的提高造成的。通过提高一次风压，锅炉机组带负荷能力可得到相应的提高。