電廠鍋爐風(fēng)粉混合器下粉不均解決措施

黃　琳　胡玉芝（廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司　廣東羅定）

電廠鍋爐風(fēng)粉混合器下粉不均解決措施

黃琳胡玉芝
（廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司廣東羅定）

針對鍋爐風(fēng)粉混合器下粉不均，嚴(yán)重影響機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，分析風(fēng)粉混合器下粉不均原因，提出具體解決措施，對于發(fā)電廠解決風(fēng)粉混合器下粉不均問題具有借鑒作用。

電廠鍋爐風(fēng)粉混合器下粉不均改造

1.存在的問題

羅定電廠采用DG420/13.7-Ⅱ2一次中間再熱П型布置、超高壓自然循環(huán)鍋爐（東方鍋爐廠制造），其燃燒器為固定式百葉窗分離的直流燃燒器，四角切園布置。鍋爐每個角的燃燒器由三層一次風(fēng)噴口、四層二次風(fēng)（其中一、三層二次風(fēng)共配置8根空氣霧化油槍，油槍出力為0.6 kg/h）和一層三次風(fēng)噴口組成。一次風(fēng)與二次風(fēng)間隔布置，三次風(fēng)布置在上部，頂部有一層二次風(fēng)。制粉系統(tǒng)采用中間倉儲式，溫風(fēng)送粉，燃用煤種為20 927 kJ/kg的山西/內(nèi)蒙煙煤。總?cè)剂舷牧考s為74.18 t/h，每臺鍋爐配備兩個煤粉倉，容積為120 m3。

2012年鍋爐改造燃用煙煤以來，由于燃煤熱值下降，原煤耗煤量增大，鍋爐風(fēng)粉混合器始終下粉不均，對鍋爐燃燒存在不良影響，主要表現(xiàn)在機(jī)組負(fù)荷波動大、帶負(fù)荷能力降低。

2.原因分析

在一次風(fēng)壓約2900 Pa（聯(lián)絡(luò)管靜壓）、無煤粉條件下，對1#機(jī)組進(jìn)行風(fēng)粉混合器靜壓測量（表1），除A-A、A-C、B-A和BC風(fēng)粉混合器外，其他可測量粉管的混合器靜壓均超過1000 Pa，最高的C-A達(dá)到1300 Pa。鍋爐分A～D等4個角布置送粉管，其中A、B在爐前，靠近粉倉側(cè)，C、D角在爐后，靠近尾部煙道。從表1可以看出混合器靜壓高的，其送粉管往往比較長，如鍋爐C、D角；混合器靜壓低的，其送粉管則比較短，如鍋爐A、B角。

風(fēng)粉混合器靜壓計(jì)算示意見圖1，根據(jù)簡單泛函表達(dá)式，混合器背壓處靜壓P2為P=f（P2）=f（Pb+Pp），f為混合器中心P與出口P2的壓力函數(shù)，與混合器的結(jié)構(gòu)有關(guān)；Pp為混合器至燃燒器的風(fēng)管阻力，與管徑D、風(fēng)管長度L、一次風(fēng)流速v、彎頭數(shù)量Nw、管壁材料M、混合物的溫度T和濃度等因素有關(guān)，即Pp=f （D，L，v，Nw，M，T），對于特定結(jié)構(gòu)的風(fēng)管，Pp只與v有關(guān)，Pp=f （v）；Pb為燃燒器阻力，與燃燒器的結(jié)構(gòu)、v有關(guān)（電站鍋爐試驗(yàn)規(guī)程GB10184-88）。因此，根據(jù)上述公式，混合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、燃燒器布置結(jié)構(gòu)、風(fēng)管布置和風(fēng)速是決定風(fēng)粉混合器靜壓大小的因素，其中只有風(fēng)速是在運(yùn)行中可以調(diào)整的因素，等價(jià)于一次風(fēng)壓。

表1　1#機(jī)組鍋爐風(fēng)粉混合器靜壓

圖1　風(fēng)粉混合器靜壓計(jì)算示意圖

圖2　鍋爐一次風(fēng)壓對混合器靜壓的影響

為此，在不同一次風(fēng)速下測量風(fēng)粉混合器內(nèi)靜壓，隨著一次風(fēng)速增大，各風(fēng)粉混合器靜壓增大，但在變化幅度上有所差別（圖2）。這主要與各送粉管的阻力不同有關(guān)，當(dāng)一次風(fēng)壓增大時，各管風(fēng)速的增加幅度不一致，而混合器靜壓與風(fēng)速成一定比例關(guān)系。圖2也反映出在一次風(fēng)速滿足輸粉、燃燒等條件下，降低總一次風(fēng)壓運(yùn)行有利于降低混合器靜壓，改善下粉。從試驗(yàn)結(jié)果看，一次風(fēng)管風(fēng)壓降低200 Pa，混合器靜壓可降低約100 Pa。

在給粉機(jī)不同轉(zhuǎn)速下，風(fēng)粉混合器的靜壓變化見圖3，隨給粉機(jī)出力增大，風(fēng)粉混合器靜壓明顯增大，當(dāng)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到400 r/min或以上時，風(fēng)粉混合器靜壓出現(xiàn)較大波動。實(shí)際上，風(fēng)粉混合器靜壓的這些變化均源自混合器后總阻力的變化，無論是增加總一次風(fēng)壓，還是提高下粉出力，混合器后總阻力均增加，導(dǎo)致混合器靜壓增大。

圖3　鍋爐給粉機(jī)出力對混合器靜壓的影響

由于無法確定出粉管和給粉機(jī)間隙之間的壓力傳導(dǎo)程度，且風(fēng)粉混合器靜壓和給粉機(jī)出力之間并沒有明顯的正相關(guān)關(guān)系，即風(fēng)粉混合器靜壓高的，其給粉出力并不一定小（表2），這就使得風(fēng)粉混合器不下粉或下粉不穩(wěn)定的原因分析變得更加復(fù)雜。

表2　風(fēng)粉混合器靜壓和給粉出力關(guān)系（600 r/min）

3.改善措施

根據(jù)上述風(fēng)粉混合器在各種環(huán)境下的靜壓分析，結(jié)合國內(nèi)有關(guān)電廠的改造經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為提高給粉機(jī)下粉的措施一是增大煤粉流動性，二是減小風(fēng)粉混合器靜壓P。增大煤粉流動性與煤粉黏性有密切關(guān)系，煤粉黏性系數(shù)與煤種、煤粉的水分、細(xì)度、溫度、煤粉所受的壓強(qiáng)等因素有關(guān)。在一定煤種下，煤粉細(xì)度由鍋爐經(jīng)濟(jì)性決定，要減小煤粉的黏性系數(shù)，最重要的措施是保證粉倉的保溫和干燥，保證吸潮管處于良好工作狀態(tài)，使煤粉不結(jié)塊。同時，適當(dāng)提高磨煤機(jī)出口溫度，減少煤粉所含水分，并根據(jù)下粉情況作相應(yīng)調(diào)整。減小風(fēng)粉混合器靜壓P可在滿足輸粉條件下，適當(dāng)減小一次風(fēng)速（降低一次風(fēng)母管壓力或關(guān)小一次風(fēng)門），但更有效的措施還是改造混合器的結(jié)構(gòu)。

風(fēng)粉混合器原采用雙托板結(jié)構(gòu)，該混合器的選型與鍋爐設(shè)計(jì)煤種為無煙煤有關(guān)，部分混合器下粉管內(nèi)正壓較大（表1）。為降低下粉管內(nèi)的靜壓，已有部分電廠將雙托板混合器改造成微正壓或負(fù)壓型混合器，其特點(diǎn)是：①將原雙托板改成單托板；②在下粉管與混合器聯(lián)接處的后壁加裝一塊弧形鋼板插入煤粉混合器內(nèi)部一定深度，使流經(jīng)的一次風(fēng)對下粉產(chǎn)生引流作用，從而形成微正壓或負(fù)壓。從改造結(jié)果看，改造以后對提高下粉能力還是有幫助的。為此，羅定電廠采用的技術(shù)方案也是開發(fā)新型混合器（圖4），有效降低下粉管內(nèi)的靜壓，提高鍋爐下粉能力。

圖4　新型混合器技術(shù)方案

（1）在混合器的下粉口前沿不采用鋼板，增加圓滑過渡的突臺，與下方水平隔板形成局部噴口結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生加速氣流，從而在突臺后側(cè)（下粉口處）形成低壓區(qū)。

（2）考慮到混合器的下粉口前沿的階梯式結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)低壓區(qū)的能力有限，新型混合器將突臺前沿混合器的管壁過渡曲線選擇為混合器的上側(cè)與突臺整體形成圓滑曲線，降低管壁對氣流的擾動和阻力，提高在突臺后側(cè)形成低壓區(qū)的能力。

（3）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際布置情況，在混合器前一次風(fēng)管有一直角拐彎，導(dǎo)致一次風(fēng)氣流貼向外壁，為消除這種來流不均勻情況，提高進(jìn)入隔板上部氣流的質(zhì)量流量和攜帶能力，在混合器的前部增加一導(dǎo)流半圓柱體。

（4）為了能及時消除隔板上部煤粉沉積、堵塞等情況，并且能夠平衡隔板上下兩側(cè)的壓力，有利于讓隔板上側(cè)的煤粉落入至下側(cè)氣流中，在隔板后側(cè)增加了較多的平衡孔。

（5）對下粉口后側(cè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)一斜面來增大其流通面積。其中，混合器突臺高度、水平托板的位置等關(guān)鍵參數(shù)，通過采用工程流動計(jì)算軟件進(jìn)行多工況模擬獲得，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以獲得最佳性能，工程模型見圖5。

圖5　改造后的負(fù)壓型風(fēng)粉混合器

4.結(jié)語

兩臺鍋爐的風(fēng)粉混合器改造完成后，風(fēng)粉混合器內(nèi)的下粉量與給粉機(jī)轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)聯(lián)度普遍較好，風(fēng)粉混合器下粉量明顯均勻，達(dá)到預(yù)期目的。如給粉機(jī)轉(zhuǎn)速在750 r/min時，每臺風(fēng)粉混合器下粉量增加范圍在1～3 t/h，每臺鍋爐的12臺風(fēng)粉混合器總給粉量可增加12～36 t/h，因此，預(yù)計(jì)單臺機(jī)組增加帶負(fù)荷能力約10 MW～ 30 MW。按此估算每臺機(jī)組每月增加負(fù)荷300 MW～700 MW，年上網(wǎng)電量相應(yīng)增加3000 MW～7000 MW，給電廠帶來的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。改造風(fēng)粉混合器，提高了羅定電廠1#、2#機(jī)組給粉系統(tǒng)下粉能力、燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定性和機(jī)組帶負(fù)荷能力。

〔編輯凌瑞〕

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