煤粉制备系统均匀供粉技术

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(华电电力科学研究院 北京分院，北京 100070)

我国煤炭资源丰富，以煤电为主的能源格局，在相当时期内难以改变，可持续发展的出路在于煤炭高效、洁净的利用。面对环境污染和气候变化，我国燃煤电厂面临最大的挑战是，如何最大限度提高燃烧效率、降低煤耗和减少排放[1-5]。解决这一问题的关键是改善和提高锅炉煤粉燃烧工况和燃烧质量，锅炉煤粉燃烧的好坏，取决于煤粉制备系统如何供粉。现有煤粉制备系统已不能满足锅炉煤粉高效燃烧、降耗和减排的要求，急需采用新设备、新技术对现有煤粉制备系统进行技术改造。

1 现有煤粉制备系统存在的主要问题

1.1 多个煤粉风送管道供粉重量偏差过大且分布不均

按国家设计标准(DL/T5154-2002)要求，多管道煤粉重量偏差不大于10%，但由于现有煤粉制备系统的各风送管道没有煤粉重量在线检测手段，不能实时给出各管道煤粉重量变化和多管道煤粉重量偏差，更不能实时对各风送管道煤粉重量进行调节与控制，因而造成多管道入炉煤粉重量偏差过大，且分布不均，目前大多数锅炉多管道煤粉重量偏差均大于10%，有的管道高达20%。多层、同层入炉煤粉重量偏差大，分布不均，导致炉内中心火焰偏斜不稳，热负荷、气温分布不均、水冷壁局部过热、高温腐蚀加剧，严重时会造成火焰冲刷炉墙、结渣等，致使燃烧质量下降，热效率低，煤耗大，排放量高。

1.2 燃烧器粉配风比变化大

α——用烟气量表示，β——用空气量表示；

燃料重量W(kg)完全燃烧需配空气量为：

过剩空气系数大小，除直接影响煤粉能否完全燃烧外，还会影响燃料着火、燃烧稳定性和烟气中热量损耗及污染物生成量。在现有制粉、供粉系统中，由于没有风送煤粉重量在线检测手段，而不能实现"根据过剩空气系数要求，实时按煤粉重量配风"，只能根据烟气中参数调整配风量。该调节是一种滞后调节，烟气中含氧量只能反映煤粉燃烧后的状况，它不反映多少重量需配多少风量，使煤粉重量/配风量之比达到完全燃烧条件。在现有电站锅炉运行中，由于供粉不均、配风不匀，使炉内有的区域内煤粉燃烧不足，有的区域内煤粉燃烧过尽，为使煤粉都能够充分燃烧、防止带来危害，通常都加大过剩空气系数，一般控制在舒适区，而非最佳区，大的过剩空气系数，带来了烟气量增大，热损耗加大、污染物生成量加大。

1.3 现有煤粉制备系统中没有煤粉热值在线检测手段

发电所需的是煤粉燃烧热量，煤粉热量决定于两个因素：煤粉热值和煤粉重量。在现有煤粉制备系统中，由于没有煤粉热值在线检测手段，只能根据发电的热量需要调节煤粉重量，煤粉热值的变化，引起入炉煤粉热量扰动，影响燃烧稳定性和燃烧质量。

针对上述问题，特提出采用在线检测设备和均匀控粉技术，对现有煤粉制备系统进行技术改造。

2 煤粉制备系统均匀供粉技术特点

2.1 采用X射线测量技术解决风送管道煤粉重量测量难题

风送管道煤粉重量的测量方法主要有：热平衡法、能量法、光-电检测法、电容法、电容层析成像法、激光法、超声波法、微波法、静电感应法等等，但由于风送管道煤粉的高温、高压、高速、高摩擦和煤粉负荷量小、分布不均、粒度变化、运动轨迹多变等测量难题，这些方法都存在各自难以克服的问题，目前大多均处于研发阶段，应用于生产实际较少。本技术采用X射线进行非接触式测量，从理论上避开了上述各种测量方法的弊端，实现了风送管道煤粉重量在线检测。

2.2 采用均匀供粉技术使各风送管道内煤粉重量一致

根据各管道煤粉重量检测仪测量的煤粉重量W1，W2……Wn以及设定的自动跟踪重量设定值，对煤粉分配器进行控制，使各管道内煤粉重量相一致，均匀供粉技术提高了煤粉燃烧的稳定性，使炉内中心火焰稳定且不偏斜，温度、热负荷分布均匀，改善了燃烧工况，提高了燃烧质量。

2.3 优化二次配风使煤粉燃烧更加充分高效

均匀供粉技术，使各风送管道供粉重量相一致且稳定，为二次配风创造了有利条件，提高了二次配风质量，也提高了煤粉燃烧质量。根据各风送管道煤粉质量值及煤粉配风最佳比例要求或根据煤粉重量及烟气中过剩空气系数，自动跟踪调节二次配风量，实现二次配风最优化，从而可使炉内煤粉更加充分高效燃烧，达到高效、降耗、减排要求。

2.4 采用X射线原煤热值在线检测仪实现入炉煤粉热值在线测量

风送管道煤粉热值在线测量仪，实时检测出风送管道中煤粉热值，根据发电所需热量及煤粉热值，对风送管道中煤粉重量进行控制；根据风送管道煤粉热值及各风送管道煤粉重量检测仪测量的各管道煤粉重量W1，W2……Wn可求得各管道煤粉热量J1，J2……Jn；采用均匀供粉控制技术，可使各管道内煤粉热量相一致，从而实现按热量均匀供粉。

3 煤粉制备系统均匀供粉技术改造方案

3.1 现有煤粉制备系统

燃煤电站锅炉，特别是大型燃煤锅炉，普遍采用多层(3～6层)供粉，每层有一台磨煤机带有四个风送管道，用四角喷射技术供粉，每层设备相同，整个锅炉共有20个左右风送管道供粉。如图1所示。

1.原煤仓；2.输送带；3.给煤机；4.磨煤机；5.一次配风风机；6.粗细粉分离器；

7.煤粉分配器；8.(A/B/C/D)-风送煤粉管道；9.(A/B/C/D)-燃烧器；10.锅炉；11.二次配风风机

图1 现有煤粉制备系统(同层四管道)主要设备示意图

3.2 技改方案一期：实现按煤粉重量均匀供粉

(1)在现有煤粉制备系统中的每个一次风管道上，安装一台“风送管道煤粉重量在线检测仪”，用于实时测量各风送管道煤粉重量W1煤粉............Wn煤粉(n为管道数)。

(2)将现有煤粉制备系统中的煤粉分配器更换成可调式煤粉分配器，用于实时调节进入各风送管道的煤粉重量，如图2所示。根据各管道实时测量的煤粉重量及均匀供粉控制技术对煤粉分配器进行控制，调节进入各风送管道煤粉重量，使各管道内煤粉重量一致，实现煤粉重量均匀供粉。

100.(A/B/C/D)-风送管道煤粉重量检测仪；111.可调式煤粉分配器； 112.工业控制计算机

图2 技术改造方案一期增加设备示意图

3.3 技改方案二期：实现按煤粉热量均匀供粉

在一期技改完成的基础上，在锅炉每层4根一次风管道上，挑选1根安装1台“风送管道煤粉热值在线测量仪”，用于实时测量经一次风管送入锅炉的煤粉热值，根据此热值，结合第一期“风送管道煤粉重量在线测量仪”给出的数据，实时计算进入锅炉的煤粉热量，进而根据此热量数据对进入锅炉的煤粉量进行在线控制，实现各管道煤粉热量均匀控制，实现按热量均匀供粉，详见图3。

100.(A/B/C/D)-风送管道煤粉重量检测仪；110.风送管道煤粉热值在线测量仪；111.可调式煤粉分配器； 112.工业控制计算机

图3 技术改造方案二期增加设备示意图

4 结论

煤粉制备系统均匀供粉技术，可实现每层、各风送管道给锅炉供粉的重量或热量相一致，每层煤粉燃烧时所释放出的热量与其同层发电需要的热量相一致，优化的二次配风可使煤粉充分、高效燃烧，从而达到整个锅炉燃烧处于中心火焰稳定、热负荷和气温分布均匀、煤粉燃烧处于充分高效的最佳状态，大大提高了锅炉运行的稳定性、安全性、经济性，更好满足燃煤电厂煤炭洁净燃烧、高效、降耗、减排的要求。