燃煤锅炉制粉系统的优化运行试验

燃煤锅炉制粉系统的优化运行试验

马洪宇

通辽发电总厂有限责任公司水化分场内蒙古通辽028011

摘要：由于我国经济的快速发展，极大地推动了锅炉行业进步。其中煤粉锅炉占据着绝大部分，且煤粉锅炉的制粉系统对锅炉的安全运行影响重大。如何优化制粉系统运行是煤粉锅炉面临的重大难题。某燃煤电厂300MW中速磨煤机直吹式制粉系统，通过采用制粉系统，提高制粉系统对煤种的适应性以及制粉系统出力，使制粉系统改造达到了预期效果。试验结果表明：在锅炉效率保持不变的前提下，制粉系统、一次风系统与空预器系统联合改造后磨煤机出力得到有效提高，机组对煤种的适应能力得到显著增强，

关键词：煤粉锅炉；制粉系统；优化；运行

随着电力总装机容量的快速增长，煤炭市场供需发生显著变化，锅炉燃煤煤质波动大，大量电站锅炉实际燃用煤种严重偏离原设计煤种，导致在机组运行过程中出现了一系列问题，如锅炉燃烧不稳定、燃烧飞灰含碳量高、锅炉经济性差，炉膛结渣等问题，与此同时由于入炉煤种变化显著，导致原设计的制粉系统发生诸多突出问题，如磨煤机出力不足，一次风量及风温不够，显著影响了机组带负荷能力和运行安全性。

一、煤粉锅炉制粉系统简介

在煤粉锅炉制粉系统中，常采用的制粉系统为中间储仓式球磨机制粉系统，该系统运行稳定，可靠性高，符合锅炉制粉的要求。此外，磨煤机在工作过程中与锅炉互不干扰，它可以常常保持在非常经济的状态。中间储仓式球磨机制粉系统可以随时调节所供应的煤粉的量，所以其具有灵活性好的特点。

二、制粉系统影响锅炉燃烧的因素

1、漏风：在制粉系统中，漏风会影响锅炉燃烧的稳定性。具体来讲，漏风会使分离出来的气体中所含的煤粉量变得比正常情况下多，这就会对锅炉燃烧的安全性能产生不利的影响，情况严重时可能导致煤粉仓内煤粉结块，从而对整个锅炉系统的安全性能产生负面影响。

2、细粉分离器：在锅炉制粉系统中，细粉分离器作为最后的分离器，也对锅炉的稳定燃烧起着关键的决定作用。细粉分离器往往处于粗粉分离器和排粉机之间，如果细粉分离器的分离效果变差的话，就会使得第三次的进粉量增加，从而对锅炉的燃烧安全性带来不利影响。

3、工作人员：在锅炉制粉系统中少不了工作人员的参与。众所周知，每个工作人员的专业水平都存在着一定的差距，甚至同一个工作人员在不同的时间段和工作环境下也有所差距。所以，工作人员的水平越高，其对制粉系统的操作就越高效、越安全。而制粉系统的运行效率直接决定着锅炉燃烧的稳定性。

三、燃煤锅炉制粉系统改造

1、设备选型及改造方案。由于本工程为改造工程，为尽量减小改造工程量，避免锅炉本体受到较大影响，磨煤机台数仍保持与原来一致，这样可以使燃烧器层数保持不变，有利于保证原燃烧器及炉膛的热负荷。通过改造后校核煤种及磨煤机选型计算，本次改造磨煤机选用ZGM80G－Ⅲ型中速磨煤机可满足锅炉出力要求［1］。磨煤机改造后，原一次风机无法保证TB点风机性能，且BMCＲ点距风机的不稳定区近，容易失速，需全部改造更换一次风机。经过风机选型计算，选用轴流风机AST－1568/1120可满足改造后制粉系统要求。考虑提高热一次风温，需同时对锅炉空预器进行改造，选择改变空预器旋转方向，同时将蓄热元件热段板型由原来的DU3改为FNC板型，经过校核计算，改造后排烟温度可以降低约5℃，一次热风出口温度可以提高至325℃，二次热风出口温度降低至295℃，理论上锅炉效率较原来计算值提高约0.05%～0.1%，但风侧阻力将增加20Pa，烟气侧阻力增加40Pa，会导致风机的电功耗增加。

2、改造后试验及优化调整

（1）冷态空气动力场试验。制粉系统改造后，为了获得改造后设备投运的实际运行状况，以便对制粉系统的改造效果进行评估，进行了全面的冷态空气动力场试验。在冷态空气动力场试验过程中，对磨煤机入口风量进行标定，同时调整粉管可调伸缩孔进行一次风调平试验，同一磨煤机出口各一次风管上的流速偏差控制在5%以内。调整后进行炉内火焰示踪试验结果表明，喷口出流与水冷壁间夹角合适，一次风射流刚性较强，一次风切圆没有明显的偏斜和贴壁，炉内火焰充满度良好，动力场火花示踪效果如图。

（2）改造后对制粉系统出力的影响。制粉系统改造后，进行制粉性能考核试验。试验结果显示改造后的磨煤机带基本出力28t/h运行，煤粉细度Ｒ90为20.72%，煤粉均匀性指数为1.07，磨煤单耗为8.03kW·h·t。磨煤机最大出力考核试验中所有磨煤机均能带最大出力35.8t/h长时间安全稳定运行，但煤粉细度略有上升。磨煤机改造后同时对分离器挡板特性、磨辊加载压力调整、磨煤机风量调整等进行优化调整试验，分析影响磨煤机出力和单耗的因素如磨煤机出口温度、通风量、磨碗差压、煤层厚度等，得出磨煤机的经济运行参数，从而进一步提高机组运行的经济性［4］。

（3）改造后对一次风系统裕量的影响。改造后一次风机考核试验结果如图2所示。各工况下一次风机运行点位于风机性能曲线左上方，均远离风机理论失速线，风机运行在安全区域。额定负荷下一次风机实际压力小于BMCＲ设计压力2.62%，额定负荷风机运行实际流量小于BMCＲ设计流量9.51%，新一次风机均能满足锅炉BMCＲ工况需求。考虑改造后一次风机有较大裕量，运行中风机电流较高，在机组运行中可对一次风压优化调整，降低一次风机电耗。

3、改造后锅炉优化燃烧调整试验。制粉系统改造后，对锅炉燃烧系统影响较大，若仍按原设计煤质进行运行调整，将会导致飞灰可燃物上升，锅炉效率明显下降。针对目前入炉煤质，在不同负荷进行变氧量、变一次风压、变摆角、变二次风配风方式进行了全面的燃烧调整试验。试验结果显示，与调整前习惯运行工况和改造前工况对比，优化试验中飞灰中可燃物含量明显降低，降低固体未完全燃烧热损失约为0.3%，此外，优化组合工况将运行氧量控制在2.3%（习惯工况为2.6%），在排烟温度变化不大情况下，排烟热损失亦有所减少。据反平衡法算得修正后锅炉热效率分别为94.11%和94.00%，相比习惯运行工况分别提高0.73%和0.62%，表明经过燃烧优化调整试验，机组运行经济性得到显著提高，锅炉效率与改造前没有明显下降。

4、安全性、经济性分析。ZGM系列磨煤机出力将较改造前ＲP783型磨煤机显著提高，煤种适应性强、研磨件使用寿命长、研磨效率提高、制粉设备可靠程度也将提高。燃用煤质较差的校核煤种时能保证磨运行，不影响发电，提高了改造后制粉系统的运行灵活性。因此，从适应不同煤种角度看将提高发电机组带负荷的可靠性，提高了燃煤适应性。因燃用灰分高、热值低的原煤，改造会造成锅炉烟风量增加，会加剧锅炉受热面的磨损和增加锅炉受热面超温的风险，减温水用量将增加，同时增加除尘、除灰、脱硫、脱硝等环保设施的工作负荷。

通过采用制粉系统、一次风系统与空预器系统联合设计与改造的方式，提高制粉系统对煤种的适应性以及出力。改造过程中通过设备选型分析及校核计算、冷态动力场试验、磨煤机性能试验及锅炉优化燃烧调整，使改造达到了预期效果。制粉系统改造后，可选择合适掺烧方式，降低燃料成本，同时满足机组带满负荷运行要求，发挥较好的综合效益。改造后锅炉掺烧低热值煤，对炉效率有一定影响，若进行制粉系统、燃烧系统优化调整试验，可使机组能保持较好的经济性运行。

参考文献：

［1］顾伟.优化制粉系统运行保障锅炉安全运行[J].江西南昌发电厂，2017，（3）.

［2］蒋欣军，周文奎，高行龙．抽热炉烟干燥技术在中储制粉系统中的实践与分析［J］．电力科学与工程，2017（10）．

［3］刘林波，周忠涛，刘海明．锅炉制粉系统性能诊断及优化调整试验研究［J］．热力发电，2016，42（5）．