工程設(shè)計(jì)中一次風(fēng)量問題的探討

李 燕

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

工程設(shè)計(jì)中一次風(fēng)量問題的探討

李 燕

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

對燃煤機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行中冷一次風(fēng)量不足的問題進(jìn)行了分析，提出了從一次風(fēng)機(jī)出口接一路冷風(fēng)至熱一次風(fēng)道母管的方法，解決了一次風(fēng)量不足的問題。提出了一次風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量和冷一次風(fēng)道管徑的選擇建議。

一次風(fēng)，風(fēng)煤比，一次風(fēng)率，一次風(fēng)溫

煤粉鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)中一次風(fēng)的作用是燃料的輸送、干燥和煤粉著火，是電站鍋爐燃料輸送系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿碓碵1,2]。在DL/T 5240—2010火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程[3]中，對于煤粉爐不同煤質(zhì)、不同燃燒方式的情況下，一次風(fēng)率的取值都有推薦值。在火電機(jī)組鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一次風(fēng)率的選擇通常是鍋爐廠和磨煤機(jī)廠根據(jù)各自設(shè)備運(yùn)行情況，通過配合協(xié)商確定的。但鍋爐廠和磨煤機(jī)廠從各自角度提出的一次風(fēng)率往往不一致，且與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況也有差異。本文通過工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn)的一些問題，處理方案及運(yùn)行效果，對于工程設(shè)計(jì)中如何確定一次風(fēng)率，并進(jìn)行設(shè)備選型及風(fēng)道管徑的選擇，提出了建議。

1 問題

在筆者涉及的幾個(gè)煤粉鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到的問題是：在鍋爐設(shè)備招標(biāo)過程中，鍋爐廠為了提高中標(biāo)幾率，往往要求盡量降低一次風(fēng)率、提高一次風(fēng)溫，以提高鍋爐效率。但是為保證磨煤機(jī)有足夠的通風(fēng)量，能夠攜帶燃燒所需的煤粉進(jìn)入爐膛并干燥煤粉，磨煤機(jī)廠對一次風(fēng)量也有最低要求。兩者往往并不完全一致。

為降低機(jī)組運(yùn)行成本，提高運(yùn)行指標(biāo)，電廠方面常常追求高的鍋爐效率，這導(dǎo)致磨煤機(jī)廠在熱力計(jì)算時(shí)不得不適應(yīng)鍋爐廠的要求而降低磨煤機(jī)入口通風(fēng)量。雖然這樣在理論上可以通過計(jì)算，但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，過低的一次風(fēng)量無法將磨煤機(jī)內(nèi)全部的煤粉攜帶出去，運(yùn)行人員往往大幅度加大一次風(fēng)量，從而導(dǎo)致一次風(fēng)流量、流速均大幅增加，風(fēng)機(jī)風(fēng)量及管道流速嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)值。

2 工程實(shí)例

2.1 現(xiàn)場問題

某電廠2×350 MW超臨界機(jī)組采用直吹式制粉系統(tǒng)，配備5臺(tái)中速磨煤機(jī)。機(jī)組在調(diào)試階段，運(yùn)行人員反饋磨煤機(jī)冷一次風(fēng)量不足，在70%THA負(fù)荷時(shí)磨煤機(jī)入口壓力冷風(fēng)門開度已達(dá)到100%，在負(fù)荷變化時(shí)無法自動(dòng)調(diào)整磨煤機(jī)入口風(fēng)溫。

2.2 問題的原因

風(fēng)煤比就是進(jìn)入磨煤機(jī)的冷風(fēng)和熱風(fēng)總量與煤量的比值。對于中速磨煤機(jī)，磨煤機(jī)廠一般推薦的風(fēng)煤比為1.8左右[4]，甚至2.0左右[5]，即使是在BMCR工況，磨煤機(jī)廠一般也建議風(fēng)煤比不小于1.5。

在現(xiàn)場通過對機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行了解，發(fā)現(xiàn)部分運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值存在一定的偏差。

各參數(shù)對比見表1。

表1 參數(shù)對比表(一)

以上幾處偏差引起了兩個(gè)問題：

1)一次風(fēng)量及磨煤機(jī)進(jìn)出口風(fēng)溫與設(shè)計(jì)值偏差較大。

鍋爐廠計(jì)算的一風(fēng)率為18.75%，對應(yīng)的磨煤機(jī)入口風(fēng)煤比為1.41(BMCR工況)，磨煤機(jī)出口風(fēng)溫為105 ℃，磨煤機(jī)廠也按此參數(shù)進(jìn)行了磨煤機(jī)計(jì)算。設(shè)計(jì)院按鍋爐廠和磨煤機(jī)廠的熱力計(jì)算進(jìn)行了風(fēng)機(jī)及風(fēng)道的選型設(shè)計(jì)。

在機(jī)組調(diào)試階段，為保證有足量的一次風(fēng)攜帶煤粉，調(diào)試人員沒有按設(shè)計(jì)值運(yùn)行，而是大幅度增加冷一次風(fēng)量，實(shí)際的磨煤機(jī)入口風(fēng)煤比折算到BMCR工況約為1.6，磨煤機(jī)出口風(fēng)溫為80 ℃～93 ℃。因大幅增加了冷一次風(fēng)量并降低了磨煤機(jī)出口風(fēng)溫，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)反映的結(jié)果就是冷一次風(fēng)量不足，冷一次風(fēng)道流速高。

2)燃用煤中水分與設(shè)計(jì)值偏差較大。

磨煤機(jī)是按照收到基水分Mar=5.4%選型的，調(diào)試時(shí)燃煤Mar=1.4%，只有設(shè)計(jì)值的26%。磨煤機(jī)進(jìn)出口溫差主要是由于煤中的水分吸熱產(chǎn)生的。燃煤水分只有設(shè)計(jì)值的26%，在磨煤機(jī)出口溫度不變的情況下，磨煤機(jī)入口需要的熱風(fēng)量減少，而總風(fēng)量不變，冷風(fēng)量則增加，這也是導(dǎo)致冷風(fēng)不足的原因。

2.3 處理問題原則的確定

經(jīng)過電廠、調(diào)試單位、磨煤機(jī)廠、鍋爐廠、設(shè)計(jì)院等各方面人員共同協(xié)商，并考慮將來運(yùn)行的可靠性及實(shí)際燃煤特性等，最終確定按以下原則調(diào)整設(shè)計(jì)：

1)磨煤機(jī)入口BMCR工況的風(fēng)煤比從設(shè)計(jì)值1.41調(diào)整為1.8；

2)磨煤機(jī)出口風(fēng)溫從設(shè)計(jì)值105 ℃調(diào)整為93 ℃；

3)干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf從設(shè)計(jì)值的21.61%提高到26.46%；

4)將來實(shí)際運(yùn)行煤種的收到基水分將會(huì)接近設(shè)計(jì)煤種的5.4%，對此參數(shù)不再進(jìn)行調(diào)整。

2.4 參數(shù)調(diào)整后對設(shè)備的影響

磨煤機(jī)及鍋爐廠設(shè)計(jì)人員對磨煤機(jī)及鍋爐進(jìn)行了核算，認(rèn)為在上述條件下磨煤機(jī)及鍋爐均可以正常運(yùn)行，并據(jù)此進(jìn)行了熱力計(jì)算。根據(jù)磨煤機(jī)及鍋爐廠配合后的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)院對一次風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了核算。

增加磨煤機(jī)入口風(fēng)煤比后，一次風(fēng)率從設(shè)計(jì)值的18.75%增加到了23.5%，風(fēng)量增加較多，經(jīng)核算一次風(fēng)機(jī)調(diào)整前后參數(shù)比較見表2。

表2 參數(shù)對比表(二)

從表2可以看出，調(diào)整參數(shù)后一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓裕量為1.21，滿足規(guī)程要求的1.2～1.3；風(fēng)量裕量為1.1，略低于規(guī)程要求的1.2～1.3。本次調(diào)整暫不考慮對一次風(fēng)機(jī)及其電機(jī)進(jìn)行改造。

2.5 參數(shù)調(diào)整后管道改造方案

本次調(diào)整參數(shù)是增加一次風(fēng)量并降低磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫，因此主要體現(xiàn)在一次冷風(fēng)量不足。調(diào)整后的冷風(fēng)量是設(shè)計(jì)值的2.14倍，如另外再增加一套冷風(fēng)母管及支管，增加的風(fēng)道管徑非常大，現(xiàn)場已無布置空間，因此暫不考慮此方案。

我們推薦兩種改造方案：

方案一：加大原冷風(fēng)母管及至各磨煤機(jī)入口支管的管徑；

方案二：直接從一次風(fēng)機(jī)出口接一路冷風(fēng)至熱一次風(fēng)道母管，降低磨煤機(jī)入口的熱一次風(fēng)溫。

下面分別對這兩個(gè)方案進(jìn)行論述比較。

1)方案一：加大冷風(fēng)道管徑。

此方案是加大冷風(fēng)母管及至各磨煤機(jī)入口支管的管徑，母管從φ920×4加大到φ1 220×4，支管從φ530×4加大到φ820×4。

此方案需要將全部冷一次風(fēng)道進(jìn)行更換，并更換兩個(gè)冷一次風(fēng)母管的電動(dòng)風(fēng)門及五個(gè)磨煤機(jī)入口氣動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，工作量及費(fèi)用大，且現(xiàn)場布置較困難。本次不推薦此方案。

2)方案二：從一次風(fēng)機(jī)出口接一路冷風(fēng)至熱一次風(fēng)道母管。

此方案是直接從一次風(fēng)機(jī)出口接一路冷風(fēng)至熱一次風(fēng)道母管，接入的冷風(fēng)量按照本次需增加的一次冷風(fēng)量考慮，從而降低磨煤機(jī)入口的熱一次風(fēng)溫，不需再加大原設(shè)計(jì)的冷風(fēng)道管徑。

此方案只需在每臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出口冷一次風(fēng)道與熱一次風(fēng)道出口電動(dòng)風(fēng)門后的熱一次風(fēng)道之間增加一個(gè)φ820×4的聯(lián)絡(luò)管道，并設(shè)置一個(gè)手動(dòng)風(fēng)門。一臺(tái)機(jī)組共增加兩個(gè)聯(lián)絡(luò)管道及兩個(gè)手動(dòng)風(fēng)門。運(yùn)行時(shí)這兩個(gè)風(fēng)門全開，磨煤機(jī)入口處壓力冷風(fēng)門投入自動(dòng)，根據(jù)運(yùn)行負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口風(fēng)溫。

現(xiàn)場布置聯(lián)絡(luò)風(fēng)道較方便，增加兩個(gè)手動(dòng)風(fēng)門的費(fèi)用也較低，現(xiàn)場最終采用此方案進(jìn)行改造。

2.6 改造后的運(yùn)行情況

目前機(jī)組已經(jīng)通過168 h試運(yùn)行兩年，通過以上改造后機(jī)組運(yùn)行正常。

3 建議

3.1 不單純追求低一次風(fēng)率和高一次風(fēng)溫

在設(shè)計(jì)中，應(yīng)與鍋爐廠和磨煤機(jī)廠充分溝通，選擇合理的一次風(fēng)率和磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫，保證磨煤機(jī)入口的風(fēng)煤比和出口風(fēng)溫在合理的范圍。不能為了提高鍋爐效率而不考慮磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，單純追求低一次風(fēng)率和高一次風(fēng)溫。

3.2 充分考慮煤質(zhì)的變化情況

對后期可能出現(xiàn)的煤質(zhì)變化的工程，應(yīng)充分考慮煤質(zhì)變化的范圍(尤其是水分的變化)，并對一次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行校核[6]。

3.3 合理選擇一次風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)道

鍋爐效率是考核電廠經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)，盡量降低一次風(fēng)率和提高一次風(fēng)溫還是保證較高鍋爐效率的重要手段。因此在設(shè)計(jì)中，鍋爐一次風(fēng)率和風(fēng)溫的選取仍然會(huì)傾向于有利于提高鍋爐效率方面。

在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行人員往往不能完全按照設(shè)計(jì)的參數(shù)運(yùn)行。考慮到電廠實(shí)際運(yùn)行情況，在一次風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)道設(shè)計(jì)中就需要適當(dāng)多考慮一些裕量：

一次風(fēng)機(jī)流量裕量：規(guī)程要求風(fēng)機(jī)流量裕量為1.2～1.3，如果設(shè)計(jì)的風(fēng)煤比偏低，建議一次風(fēng)機(jī)選型時(shí)流量裕量按1.25倍～1.3倍裕量選取。

冷一次風(fēng)道管徑：規(guī)程推薦流速15 m/s～25 m/s，如果設(shè)計(jì)的磨煤機(jī)出口風(fēng)溫偏高，建議冷一次風(fēng)道管徑按流速下限選取。

[1] 趙振寧，盧 曉，葛亞琴，等.電站鍋爐一次風(fēng)量的最佳風(fēng)煤比修正[J].電站系統(tǒng)工程,2010,26(3):18-20.

[2] 楊 彪，楊 博，曾壁群，等.1000 MW燃煤鍋爐一次風(fēng)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備,2017,31(4):286-289.

[3] DL/T 5240—2010,火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 賈 劍,金 安.中速磨煤機(jī)風(fēng)煤比的優(yōu)化[J].華北電力技術(shù),2003(10):8-12.

[5] 王培萍，趙世偉，岳希明，等.ZGM113G型中速磨煤機(jī)運(yùn)行問題分析[J].熱力發(fā)電,2010(1):56-57.

[6] 吳阿峰，譚 燦.大容量燃煤火電機(jī)組熱一次風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討[J].電力學(xué)報(bào),2013,28(2):166-169.

Discussionontheengineeringdesignforquantityofprimaryair

LiYan

(CEECShanxiElectricPowerExploration&DesignInstitute,Taiyuan030001,China)

Analyzes the problem of insufficient primary air flow in the field operation of coal-fired units and puts forward a method of connecting cold air from the primary air fan outlet to the hot primary air duct, which solves the problem of insufficient primary air flow once. Proposes a selection of primary air fan flow margin and cold primary air duct diameter in the design of primary air system.

primary air, air/coal ratio, primary air ratio, temperature of primary air

2017-10-07

李 燕(1970- )，女，高級工程師

1009-6825(2017)35-0127-02

TU834

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