煤粉制備系統均勻供粉技術

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(華電電力科學研究院 北京分院，北京 100070)

我國煤炭資源豐富，以煤電為主的能源格局，在相當時期內難以改變，可持續發展的出路在于煤炭高效、潔凈的利用。面對環境污染和氣候變化，我國燃煤電廠面臨最大的挑戰是，如何最大限度提高燃燒效率、降低煤耗和減少排放[1-5]。解決這一問題的關鍵是改善和提高鍋爐煤粉燃燒工況和燃燒質量，鍋爐煤粉燃燒的好壞，取決于煤粉制備系統如何供粉。現有煤粉制備系統已不能滿足鍋爐煤粉高效燃燒、降耗和減排的要求，急需采用新設備、新技術對現有煤粉制備系統進行技術改造。

1 現有煤粉制備系統存在的主要問題

1.1 多個煤粉風送管道供粉重量偏差過大且分布不均

按國家設計標準(DL/T5154-2002)要求，多管道煤粉重量偏差不大于10%，但由于現有煤粉制備系統的各風送管道沒有煤粉重量在線檢測手段，不能實時給出各管道煤粉重量變化和多管道煤粉重量偏差，更不能實時對各風送管道煤粉重量進行調節與控制，因而造成多管道入爐煤粉重量偏差過大，且分布不均，目前大多數鍋爐多管道煤粉重量偏差均大于10%，有的管道高達20%。多層、同層入爐煤粉重量偏差大，分布不均，導致爐內中心火焰偏斜不穩，熱負荷、氣溫分布不均、水冷壁局部過熱、高溫腐蝕加劇，嚴重時會造成火焰沖刷爐墻、結渣等，致使燃燒質量下降，熱效率低，煤耗大，排放量高。

1.2 燃燒器粉配風比變化大

α——用煙氣量表示，β——用空氣量表示；

燃料重量W(kg)完全燃燒需配空氣量為：

過剩空氣系數大小，除直接影響煤粉能否完全燃燒外，還會影響燃料著火、燃燒穩定性和煙氣中熱量損耗及污染物生成量。在現有制粉、供粉系統中，由于沒有風送煤粉重量在線檢測手段，而不能實現"根據過剩空氣系數要求，實時按煤粉重量配風"，只能根據煙氣中參數調整配風量。該調節是一種滯后調節，煙氣中含氧量只能反映煤粉燃燒后的狀況，它不反映多少重量需配多少風量，使煤粉重量/配風量之比達到完全燃燒條件。在現有電站鍋爐運行中，由于供粉不均、配風不勻，使爐內有的區域內煤粉燃燒不足，有的區域內煤粉燃燒過盡，為使煤粉都能夠充分燃燒、防止帶來危害，通常都加大過剩空氣系數，一般控制在舒適區，而非最佳區，大的過剩空氣系數，帶來了煙氣量增大，熱損耗加大、污染物生成量加大。

1.3 現有煤粉制備系統中沒有煤粉熱值在線檢測手段

發電所需的是煤粉燃燒熱量，煤粉熱量決定于兩個因素：煤粉熱值和煤粉重量。在現有煤粉制備系統中，由于沒有煤粉熱值在線檢測手段，只能根據發電的熱量需要調節煤粉重量，煤粉熱值的變化，引起入爐煤粉熱量擾動，影響燃燒穩定性和燃燒質量。

針對上述問題，特提出采用在線檢測設備和均勻控粉技術，對現有煤粉制備系統進行技術改造。

2 煤粉制備系統均勻供粉技術特點

2.1 采用X射線測量技術解決風送管道煤粉重量測量難題

風送管道煤粉重量的測量方法主要有：熱平衡法、能量法、光-電檢測法、電容法、電容層析成像法、激光法、超聲波法、微波法、靜電感應法等等，但由于風送管道煤粉的高溫、高壓、高速、高摩擦和煤粉負荷量小、分布不均、粒度變化、運動軌跡多變等測量難題，這些方法都存在各自難以克服的問題，目前大多均處于研發階段，應用于生產實際較少。本技術采用X射線進行非接觸式測量，從理論上避開了上述各種測量方法的弊端，實現了風送管道煤粉重量在線檢測。

2.2 采用均勻供粉技術使各風送管道內煤粉重量一致

根據各管道煤粉重量檢測儀測量的煤粉重量W1，W2……Wn以及設定的自動跟蹤重量設定值，對煤粉分配器進行控制，使各管道內煤粉重量相一致，均勻供粉技術提高了煤粉燃燒的穩定性，使爐內中心火焰穩定且不偏斜，溫度、熱負荷分布均勻，改善了燃燒工況，提高了燃燒質量。

2.3 優化二次配風使煤粉燃燒更加充分高效

均勻供粉技術，使各風送管道供粉重量相一致且穩定，為二次配風創造了有利條件，提高了二次配風質量，也提高了煤粉燃燒質量。根據各風送管道煤粉質量值及煤粉配風最佳比例要求或根據煤粉重量及煙氣中過剩空氣系數，自動跟蹤調節二次配風量，實現二次配風最優化，從而可使爐內煤粉更加充分高效燃燒，達到高效、降耗、減排要求。

2.4 采用X射線原煤熱值在線檢測儀實現入爐煤粉熱值在線測量

風送管道煤粉熱值在線測量儀，實時檢測出風送管道中煤粉熱值，根據發電所需熱量及煤粉熱值，對風送管道中煤粉重量進行控制；根據風送管道煤粉熱值及各風送管道煤粉重量檢測儀測量的各管道煤粉重量W1，W2……Wn可求得各管道煤粉熱量J1，J2……Jn；采用均勻供粉控制技術，可使各管道內煤粉熱量相一致，從而實現按熱量均勻供粉。

3 煤粉制備系統均勻供粉技術改造方案

3.1 現有煤粉制備系統

燃煤電站鍋爐，特別是大型燃煤鍋爐，普遍采用多層(3～6層)供粉，每層有一臺磨煤機帶有四個風送管道，用四角噴射技術供粉，每層設備相同，整個鍋爐共有20個左右風送管道供粉。如圖1所示。

1.原煤倉；2.輸送帶；3.給煤機；4.磨煤機；5.一次配風風機；6.粗細粉分離器；

7.煤粉分配器；8.(A/B/C/D)-風送煤粉管道；9.(A/B/C/D)-燃燒器；10.鍋爐；11.二次配風風機

圖1 現有煤粉制備系統(同層四管道)主要設備示意圖

3.2 技改方案一期：實現按煤粉重量均勻供粉

(1)在現有煤粉制備系統中的每個一次風管道上，安裝一臺“風送管道煤粉重量在線檢測儀”，用于實時測量各風送管道煤粉重量W1煤粉............Wn煤粉(n為管道數)。

(2)將現有煤粉制備系統中的煤粉分配器更換成可調式煤粉分配器，用于實時調節進入各風送管道的煤粉重量，如圖2所示。根據各管道實時測量的煤粉重量及均勻供粉控制技術對煤粉分配器進行控制，調節進入各風送管道煤粉重量，使各管道內煤粉重量一致，實現煤粉重量均勻供粉。

100.(A/B/C/D)-風送管道煤粉重量檢測儀；111.可調式煤粉分配器； 112.工業控制計算機

圖2 技術改造方案一期增加設備示意圖

3.3 技改方案二期：實現按煤粉熱量均勻供粉

在一期技改完成的基礎上，在鍋爐每層4根一次風管道上，挑選1根安裝1臺“風送管道煤粉熱值在線測量儀”，用于實時測量經一次風管送入鍋爐的煤粉熱值，根據此熱值，結合第一期“風送管道煤粉重量在線測量儀”給出的數據，實時計算進入鍋爐的煤粉熱量，進而根據此熱量數據對進入鍋爐的煤粉量進行在線控制，實現各管道煤粉熱量均勻控制，實現按熱量均勻供粉，詳見圖3。

100.(A/B/C/D)-風送管道煤粉重量檢測儀；110.風送管道煤粉熱值在線測量儀；111.可調式煤粉分配器； 112.工業控制計算機

圖3 技術改造方案二期增加設備示意圖

4 結論

煤粉制備系統均勻供粉技術，可實現每層、各風送管道給鍋爐供粉的重量或熱量相一致，每層煤粉燃燒時所釋放出的熱量與其同層發電需要的熱量相一致，優化的二次配風可使煤粉充分、高效燃燒，從而達到整個鍋爐燃燒處于中心火焰穩定、熱負荷和氣溫分布均勻、煤粉燃燒處于充分高效的最佳狀態，大大提高了鍋爐運行的穩定性、安全性、經濟性，更好滿足燃煤電廠煤炭潔凈燃燒、高效、降耗、減排的要求。