630MW燃煤机组磨煤机入口一次风量分配优化

江苏国信扬州发电有限责任公司 李 华 西安热工研究院有限公司 丁奕文 梅振锋

目前，我国大型燃煤电厂通常采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，由于受到现场空间限制，冷、热一次风道往往布置不太合理，导致磨煤机入口风量测量不准、各台磨煤机入口风量偏差大等问题[1-3]。江苏国信扬州发电有限责任公司3号锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，采用单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π型布置。3号机组制粉系统存在磨煤机一次风量分配偏差问题，具体表现在高负荷下六台磨煤机同时运行时，B磨煤机在热一次风门全开的情况下，入口一次风量相较其他磨煤机偏小，限制了B磨煤机的出力，影响了机组安全稳定运行。通过对表盘参数以及现场实地观察，初步确定B磨煤机缺风问题是由一次风量测量不准以及热一次风道布置不合理引起的。

1 数值计算分析

1.1 磨煤机入口一次风测量截面流场模拟

图2为目前磨煤机B、C入口一次风道结构图，该段结构建模始于热一次风母管，止于磨煤机入口。在现有冷、热一次风道布置条件下，冷、热一次风在流动方向上混合非常差，冷一次风只靠自身动量很难穿透热一次风，混合气流一直往下游发展，下游发展段距离较短，冷热一次风也很难进行充分的混合，在线测点截面的速度场和温度场均匀性较差，仅通过冷热一次风自身混合作用很难获得较为理想的一次风流场。

图1 现有冷、热一次风道布置示意图

图2 磨煤机B、C入口一次风道结构图

从图3可看出，测量截面上部速度较大，下部速度较小，此外冷热风形成明显的温度分层，冷风基本处于外侧，出现明显的流体高速区和低速区，以及明显的高温区和低温区。因此现有一次风道布置条件下冷风和热风没有充分混合，冷风和热风分层流动，这对一次风量测量的准确性有着极大影响。测量截面的流场环境非常差，在线一次风量根本无法实现精确测量，且温度场“泾渭分明”的混合一次风进入到磨煤机内部，必然会影响磨煤机的安全运行。对模拟计算结果进行了数据统计，结果表明，磨煤机B入口风量测量截面上速度和温度分布极为不均，速度分布的相对标准差达到21.8%，温度分布的相对标准差达到10.7%，进一步验证了速度场和温度场的均匀性较差，导致测量截面风量测量的偏差。

图3 磨入口风道一次风速度场、温度场云图（优化前）

1.2 磨煤机入口一次风量分配数值模拟

优化前A～F磨煤机入口一次风量（kg/s）分配分别为29.0/24.3/23.5/23.4/24.4/29，平均风量25.6kg/s，偏差（%）分别为13.3/-5.1/-8.2/-8.6/-4.7/13.3。通过对热一次风道1：1建立模型进行数值模拟，分析在现有一次风道结构下各台磨煤机入口一次风量偏差。从以上统计结果上看，BCDE磨存在一定程度的缺风问题。本次模拟假设磨煤机入口压力相同情况下，实际运行中各台磨煤机入口压力受到磨煤机本体阻力和磨煤机出口粉管阻力的影响，各台磨煤机入口压力不尽相同，且同一台磨煤机入口压力受到煤质等因素影响很大，入口压力值变化较大。数值模拟中仅考虑相同磨煤机入口压力情况下、热一次风道结构对一次风量分配的影响。

实际运行中B磨煤机确实存在较为严重的缺风问题，而C磨煤机则不存在缺风的问题。从图1可看出，热一次风道母管分为四根支管分别进入六台磨煤机，其中B磨和C磨共用同一根支管，通过在该支管与母管接口处加装扩口以及在该支管内加装分流板，最终可增大B磨的热一次风量，从而解决B磨缺风问题。

2 优化改造方案

磨煤机入口一次风测量截面流场优化：通过在冷一次风接入热一次风道的接入口进行改造，将原先的一股冷风分叉进入热一次风道，并在热一次风道内加装冷风混合器，将冷一次风和热一次风充分混合，从而提高一次风测量截面速度场和温度场的均匀性。从图4中可看出，改造后冷一次风和热一次风得到充分混合，B磨煤机一次风测量截面流场的均匀性得到了显著的提升，改造后在线测量截面处速度分布的相对标准差的平均值为15.9%，相比改造前下降了6个百分点；改造后在线测量截面处温度分布的相对标准差的平均值为6.6%，相比改造前下降了4个百分点，流场分布的均匀性明显提高，这将大大提高磨煤机B一次风量测量的准确性。

图4 磨入口风道一次风速度场、温度场云图（优化后）

图5 磨入口热一次风道流线图（优化后）

磨煤机入口一次风量分配优化：为增加B磨煤机的一次风量，在B磨煤机的热一次风支管加装扩口以及支管内部加装分流板和导流板。优化后A～F磨煤机入口一次风量（kg/s）分配的数值模拟结果分别为28.4/27.5/24.1/21.8/23.6/28.3，平均风量25.6kg/s，偏差（%）分别为10.9/7.4/-5.9/-14.9/-7.9/10.5。通过改造优化，B磨煤机的一次风量得到一定提升，从改造前的24.3kg/s提升到27.5kg/s，风量提升了13.2%。从改造后实际运行结果看，改造后B磨煤机缺风的问题得到解决，在六台磨煤机热一次风门全开的情况下，B磨煤机风量和其他磨煤机风量相当，改造效果良好。

综上，磨煤机入口一次风量流场优化技术能有效解决单台磨煤机缺风问题，通过提升一次风量测量准确度以及优化一次风量分配，提升缺风的磨煤机的一次风量，在630MW机组进行了应用后实施效果显著，结论如下：改造后，磨煤机B入口在线测量截面处速度分布的相对标准差的平均值为15.9%，相比改造前下降了6个百分点；在线测量截面处温度分布的相对标准差的平均值为6.6%，相比改造前下降了4个百分点，流场分布的均匀性明显提高；改造后B磨的一次风量得到一定提升，从改造前的24.3kg/s提升到27.5kg/s，风量提升了13.2%。