超超臨界機(jī)組中速磨煤機(jī)性能分析及其運(yùn)行優(yōu)化

劉鋒，郭娟

(1．河南省節(jié)能監(jiān)測中心，鄭州市，450008;2．鄭東新區(qū)熱電有限公司，鄭州市，451464)

0 引言

某電廠鍋爐為DG－3000/26.15－∏1超超臨界，一次中間再熱直流爐，平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒。配備6臺(tái)HP1203中速磨煤機(jī)，編號(hào)為A、B、C、D、E、F，每臺(tái)磨煤機(jī)配備1臺(tái)型號(hào)為EG3690的電子稱重式給煤機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)共配置2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)和2臺(tái)密封風(fēng)機(jī)。機(jī)組燃用設(shè)計(jì)煤種滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)磨煤機(jī)備用。磨煤機(jī)出口采用變頻旋轉(zhuǎn)分離器，可根據(jù)給煤量大小來調(diào)節(jié)分離器轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度及煤粉均勻性的目的。由于市場及其他原因，該機(jī)組實(shí)際燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種較大，經(jīng)常燃用印尼煤，其水分高，要求的干燥出力較大，可磨性指數(shù)低，在機(jī)組負(fù)荷950 MW以上時(shí)，基本保持6臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。

直吹式制粉系統(tǒng)的作用是應(yīng)保證磨煤機(jī)能夠根據(jù)鍋爐負(fù)荷的需要，連續(xù)、均勻、有調(diào)節(jié)地供應(yīng)爐膛質(zhì)量合格的煤粉，其運(yùn)行磨煤機(jī)的出力總和即鍋爐的燃煤量，這一性質(zhì)使磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)的運(yùn)行與鍋爐的運(yùn)行緊密地聯(lián)系在一起，磨煤機(jī)和制粉系統(tǒng)運(yùn)行工況的改變直接影響鍋爐的運(yùn)行［1］。制粉系統(tǒng)和鍋爐設(shè)備之間必須保持燃料的供需平衡，才能適應(yīng)出力變化要求，保證鍋爐穩(wěn)定、正常運(yùn)行。因此，直吹式制粉系統(tǒng)成為鍋爐燃燒系統(tǒng)中不可分割的重要組成部分［2］。為使磨煤機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少制粉系統(tǒng)電耗，對其進(jìn)行了一系列試驗(yàn)優(yōu)化。

1 概述

燃煤發(fā)電機(jī)組的制粉系統(tǒng)龐大、工作條件惡劣，故障率較高，是機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的主要因素之一。其次，煤粉細(xì)度直接關(guān)系到煤粉的燃盡程度，決定鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，而且制粉系統(tǒng)電耗較大，占據(jù)廠用電的一定份額［3］。因此，制粉系統(tǒng)與機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，有必要研究制粉系統(tǒng)的運(yùn)行特性，保障制粉系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)?zāi)康氖鞘紫忍岣吣ッ簷C(jī)出力，保證制粉系統(tǒng)出力可以滿足鍋爐負(fù)荷需要，然后在滿足出力的前提下降低制粉系統(tǒng)的電耗，找出制粉系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)工況。分析了制粉系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，提出的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)可以在一定程度上提高制粉系統(tǒng)出力，降低制粉系統(tǒng)單耗，而且煤粉細(xì)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有利于煤粉的燃盡［4］。

2 動(dòng)態(tài)分離器的特性分析

對F磨動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速在800～1 050 r/min時(shí)的幾個(gè)工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證給煤量維持在70 ～75 t/h，相應(yīng)試驗(yàn)工況的編號(hào)為 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7，分析結(jié)果如表1 所示。

由表1可以看出:隨著分離器轉(zhuǎn)速的增加，磨煤機(jī)的通風(fēng)阻力先下降再上升，但隨著分離器轉(zhuǎn)速的增加，煤粉細(xì)度的減小，一方面對送粉管道的磨損減弱，另一方面燃燒經(jīng)濟(jì)，未完全燃燒損失減少。當(dāng)轉(zhuǎn)速處于900～950 r/min時(shí)，F(xiàn)磨的制粉單耗最小為19.10 kW·h/t(制粉單耗包括一次風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)、動(dòng)態(tài)分離器的損耗，其中給煤機(jī)、密封風(fēng)機(jī)等因?yàn)殡娏髯兓^小，沒有計(jì)算在內(nèi))。圖1是動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對磨的影響圖，圖2是動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速與制粉單耗關(guān)系圖。

3 改變磨輥加載壓力和磨輥磨碗間隙分析

磨輥加載壓力對煤粉細(xì)度和磨煤機(jī)電耗有一定的影響，F(xiàn)磨煤機(jī)的彈簧加載壓力定檢前分別為21，23，20 MPa，定檢后分別為 21，21，21 MPa。磨輥與襯板之間的間隙分別為(定檢前)15，16，17 mm，定檢后分別為10，9，9 mm。取定檢前后的2個(gè)代表工況進(jìn)行分析(取磨煤機(jī)的彈簧加載壓力定檢前后分別為23和21 MPa，磨輥與襯板之間的間隙定檢前后分別為16，10 mm的工況進(jìn)行對比)，相關(guān)數(shù)據(jù)見表2～3。

由表2和表3可以看出磨輥加載壓力和磨輥磨碗間隙有一個(gè)最佳匹配關(guān)系，定檢后的磨輥加載壓力為21 MPa，磨輥與襯板之間的間隙為10 mm，比定檢前的磨輥加載壓力23 MPa，磨輥與襯板之間的間隙為16 mm運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。

增加磨煤機(jī)彈簧加載壓力可提高煤層上的碾磨能力，使磨煤機(jī)最大出力增加，煤粉變細(xì)和石子煤排量降低。但磨煤機(jī)電耗因磨輥負(fù)載增大而增大，并且磨煤機(jī)的磨損加重，實(shí)際上磨輥加載壓力和磨輥磨碗間隙有一個(gè)最佳匹配關(guān)系，從燃燒經(jīng)濟(jì)性來看:增加碾磨壓力是有利的，尤其當(dāng)分離器的轉(zhuǎn)速和磨輥磨碗間隙已達(dá)到調(diào)整極限位置時(shí)更是如此，但是從整個(gè)系統(tǒng)的角度來說，加載壓力不應(yīng)過大，最好不要在超過其設(shè)計(jì)壓力的工況下運(yùn)行［5］。

表1 磨煤機(jī)特性和磨輥加載壓力的主要數(shù)據(jù)及其結(jié)果Tab.1 Analysis results of mill characteristics and grinding roll loading pressure

表2 F磨煤機(jī)定檢前的相應(yīng)數(shù)據(jù)Tab.2 Corresponding data of F Mill before regular inspection

表3 F磨煤機(jī)定檢后的相應(yīng)數(shù)據(jù)Tab.3 Corresponding data of F Mill after regular inspection

4 磨煤機(jī)出力特性分析

對F磨動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速為900～950 r/min之間，彈簧加載壓力為21 MPa的工況進(jìn)行分析，相應(yīng)試驗(yàn)工況的編號(hào)為 F8、F9、F10、F11、F12，相關(guān)數(shù)據(jù)表4。

從表4可以看出隨著磨煤機(jī)出力的增加，磨煤單耗(未包括一次風(fēng)機(jī)單耗)趨于下降，說明磨煤機(jī)可以達(dá)到其設(shè)計(jì)的最大出力，而且單位耗電量最少。因此，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，磨煤機(jī)宜在較大出力下運(yùn)行。磨煤機(jī)出粉量與制粉系統(tǒng)單耗關(guān)系見圖3。

圖3 磨煤機(jī)出粉量與制粉系統(tǒng)單耗關(guān)系Fig.3 Relationsship of mill output and single consumption in pulverizing system

表4 磨煤機(jī)出力特性分析的主要數(shù)據(jù)及其結(jié)果Tab.4 Analysis and results of mill capacity characteristics

5 一次風(fēng)溫的影響分析

在實(shí)際運(yùn)行中，提高磨煤機(jī)的入口風(fēng)溫可增加磨煤機(jī)的出力能力。因?yàn)橐淮物L(fēng)溫度升高，對煤的干燥作用加強(qiáng)，使煤比較容易磨碎［6］。因此在給煤量不變時(shí)，可減少磨煤機(jī)內(nèi)的再循環(huán)煤量和煤層厚度，使制粉電耗降低，同時(shí)由于開大熱風(fēng)門、關(guān)小冷風(fēng)門可降低排煙溫度和散熱損失，并對提高燃燒效率有明顯的效果。但是，對于揮發(fā)份高的煤種，一次風(fēng)溫太高，增加了自燃的可能性［7］，運(yùn)行不安全，所以在安全允許的條件下推薦維持磨煤機(jī)出口溫度在上限運(yùn)行(每天化驗(yàn)煤質(zhì)1次，一般煤種一定時(shí)，揮發(fā)份變化不大，根據(jù)揮發(fā)份不同的煤種，在進(jìn)行大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論)。

6 磨碗差壓的影響分析

對F磨煤機(jī)出力為75 t/h左右，動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速900～950 r/min之間的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相應(yīng)試驗(yàn)工況的編號(hào)為 F13、F14、F15、F16、F17、F18，相關(guān)數(shù)據(jù)表5。

由圖4可以看出，磨碗差壓過低或過高都會(huì)增加制粉系統(tǒng)的電耗，由于磨碗差壓是隨著磨煤機(jī)的負(fù)荷率的增加而增加［8］，所以最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式是保持磨煤機(jī)負(fù)荷率在80%左右，使磨碗差壓在3～3.5 kPa。另外由于單臺(tái)磨煤機(jī)的出力是由鍋爐燃煤量及運(yùn)行的磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)決定的［9］，所以在磨煤機(jī)出力保持不變的情況下，還可以通過調(diào)整磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量使得磨碗差壓保持在一個(gè)合理的范圍，從而降低制粉系統(tǒng)的電耗。

表5 磨煤機(jī)磨碗差壓特性分析的主要數(shù)據(jù)及其結(jié)果Tab.5 Analysis results of grinding bowl differential pressure characteristics

圖4 磨煤機(jī)磨碗差壓與制粉系統(tǒng)單耗關(guān)系Fig.4 Relationship of grinding bowl differential pressurepressure of mill bowl and single consumption of pulverizerin pulverizing system

7 結(jié)論

(1)磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速處于900～950 r/min時(shí)，磨煤機(jī)的制粉單耗最小為19.10 kW·h/t。

(2)磨輥加載壓力和磨輥磨碗間隙有一個(gè)最佳匹配關(guān)系［10］，對該機(jī)組磨煤機(jī)，磨輥加載壓力為21 MPa，磨輥與襯板之間的間隙為10 mm較為經(jīng)濟(jì)。

(3)磨煤機(jī)在較高的負(fù)荷率下運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

(4)對于該電廠，經(jīng)過大量試驗(yàn)確定磨煤機(jī)出口溫度:控制在73℃以下(38% ＜Vdaf＜41%)，控制在65～70℃(41% ＜Vdaf＜45%)，控制在63～67℃(45% ＜Vdaf＜48%)，控 制 在 65 ℃ 以 下 (Vdaf＞48%)。

(5)對于HP型中速磨煤機(jī)，最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式是保持磨煤機(jī)負(fù)荷率在80%左右，使磨碗差壓在3～3.5 kPa之間。另外由于單臺(tái)磨煤機(jī)的出力是由鍋爐燃煤量及運(yùn)行的磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)決定的，所以在磨煤機(jī)出力保持不變的情況下，還可以通過調(diào)整磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量使得磨碗差壓保持在一個(gè)合理的范圍，從而降低制粉系統(tǒng)的電耗。

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