350 MW超臨界鍋爐制粉系統(tǒng)靜態(tài)分離器分離特性與煤粉細(xì)度研究

李戈輝,王永剛

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 制粉系統(tǒng)概況

某電廠350 MW 機(jī)組鍋爐為東方鍋爐有限公司的DG1200-25.4-Ⅱ4 型超臨界鍋爐，制粉系統(tǒng)采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配5 臺ZGM95G-II型中速磨煤機(jī),磨煤機(jī)采用靜態(tài)擋板式煤粉分離器，設(shè)計煤種煤粉細(xì)度R90≤15%，校核煤種煤粉細(xì)度R90≤17%。

機(jī)組運行期間，鍋爐煤粉細(xì)度長期維持在35%左右，飛灰可燃物3%以上，煤粉細(xì)度不合格直接導(dǎo)致機(jī)組飛灰可燃物升高。為解決煤粉細(xì)度偏粗的問題，對制粉系統(tǒng)分離器折向擋板進(jìn)行了變旋向及異步調(diào)整試驗，最終驗證得出分離器折向擋板不同旋向?qū)γ悍奂?xì)度的影響及異步調(diào)整對各粉管煤粉細(xì)度的影響。

2 試驗過程與結(jié)果分析

2.1 分離器折向擋板試驗

ZGM95G 磨煤機(jī)分離器為靜態(tài)調(diào)節(jié)擋板式分離器，從磨煤機(jī)研磨區(qū)域排出的風(fēng)粉混合物通過重力分離后切向進(jìn)入分離器擋板葉片，不合格的煤粉被分離出來重新進(jìn)入研磨區(qū)域，合格的煤粉進(jìn)入粉管輸送到鍋爐爐膛進(jìn)行燃燒[1-3]。分離器擋板的位置直接決定了分離器的分離能力，不同的擋板開度對煤粉細(xì)度有直接的影響。為確定合理的分離器折向擋板開度，開展靜態(tài)分離器折向擋板不同開度對煤粉細(xì)度的影響試驗。見圖1。靜態(tài)分離器擋板設(shè)計調(diào)節(jié)角度為0～180°可調(diào)，0～90°時分離器擋板旋向與磨煤機(jī)內(nèi)部風(fēng)粉旋向相同逆時針旋轉(zhuǎn)，90°時分離器擋板與磨煤機(jī)中軸線垂直，當(dāng)分離器折向擋板在90～180°時，分離器擋板旋向與磨煤機(jī)內(nèi)部風(fēng)粉旋向相反，順時針旋轉(zhuǎn)[4,5]。

圖1 磨煤機(jī)風(fēng)粉混合物流場旋向示意圖

當(dāng)靜態(tài)分離器擋板在0～90°范圍內(nèi)運行時，旋轉(zhuǎn)的煤粉氣流經(jīng)過分離器折向擋板后由于旋向相同，煤粉氣流在折向擋板的作用下流速升高，離心力增加，離心分離作用被加強(qiáng)；當(dāng)靜態(tài)分離器擋板在90～180°范圍內(nèi)運行時，旋轉(zhuǎn)的煤粉氣流經(jīng)過分離器折向擋板后由于旋向相反，煤粉氣流在折向擋板的作用下轉(zhuǎn)速先下降至0 m/s 后迅速開始反向旋轉(zhuǎn)，重力分離作用被加強(qiáng)而離心分離能力被削弱。為驗證分離器折向擋板同向、垂直、反向三種工況對分離能力及煤粉細(xì)度的影響分別開展試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 分離器折向擋板開度（旋向）與煤粉細(xì)度關(guān)系表

從表1可看出，當(dāng)分離器折向擋板開度20°時，煤粉細(xì)度較細(xì)，當(dāng)分離器折向擋板開度到90°時，此時煤粉細(xì)度急劇變粗，達(dá)到了最高，繼續(xù)開大分離器折向擋板至160°（即逆向20°），此時煤粉細(xì)度有一定程度的下降，但仍然偏高。

試驗數(shù)據(jù)表明，靜態(tài)調(diào)節(jié)擋板式分離器離心分離能力遠(yuǎn)大于重力分離能力，由于分離器直接安裝在磨煤機(jī)上部，受磨煤機(jī)內(nèi)部自身存在的流場影響程度較大，分離器折向擋板旋向應(yīng)與磨煤機(jī)內(nèi)流場旋向保持一致。

2.2 分離器折向擋板異步調(diào)整

分離器共由24片折向擋板組成，由分離器外部的兩組調(diào)節(jié)手柄控制，每組調(diào)節(jié)手柄分別控制12片分離器折向擋板，見圖2。

圖2 分離器折向擋板同步調(diào)整與異步調(diào)整示意圖

通過大量試驗數(shù)據(jù)表明，每臺磨煤機(jī)在任何工況下均有個別粉管煤粉不合格，例如A 磨煤機(jī)4#粉管煤粉細(xì)度持續(xù)保持在30%左右，其余粉管煤粉細(xì)度均在15%左右，為解決單個粉管煤粉細(xì)度不合格的問題，對分離器折向擋板進(jìn)行異步調(diào)整，將細(xì)度偏粗粉管對應(yīng)的折向擋板開度關(guān)小，其他粉管對應(yīng)的分離器擋板開度適當(dāng)開大，以觀察煤粉細(xì)度的變化，試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 分離器折向擋板異步調(diào)整與煤粉細(xì)度對應(yīng)關(guān)系表

試驗數(shù)據(jù)表明，工況一、二：分離器折向擋板開度均為10°時，1#粉管煤粉細(xì)度平均12.4%，2#粉管煤粉細(xì)度平均27.4%，3#粉管煤粉細(xì)度平均6.8%，4#粉管煤粉細(xì)度平均33.3%，兩次試驗均表現(xiàn)出4#粉管煤粉細(xì)度最粗。

將分離器折向擋板異步調(diào)整后，工況三、四：分離器折向擋板開度分別為45°、10°時，1#粉管煤粉細(xì)度平均16.4%，2#粉管煤粉細(xì)度平均24.1%，3#粉管煤粉細(xì)度平均50.7%，4#粉管煤粉細(xì)度平均16.6%，4#粉管煤粉細(xì)度大幅度下降,但3#粉管煤粉細(xì)度大幅度升高。

繼續(xù)進(jìn)行分離器折向擋板異步調(diào)整試驗，將折向擋板由45°、10°調(diào)整至33°、10°時，1#粉管煤粉細(xì)度12.2%，2#粉管煤粉細(xì)度平10.4%，3#粉管煤粉細(xì)度49.4%，4#粉管煤粉細(xì)度19.2%。

通過以上試驗數(shù)據(jù)分析得出，對分離器折向擋板異步調(diào)整后4#粉管煤粉細(xì)度大幅度下降，但3#粉管煤粉細(xì)度同期大幅度升高，磨煤機(jī)出口四支粉管的煤粉細(xì)度均值均保持在22%左右，不能解決煤粉均勻性差的問題。

3 試驗結(jié)果分析

(1)中速磨煤機(jī)靜態(tài)分離器折向擋板旋向?qū)γ悍奂?xì)度的影響程度較大，中速磨煤機(jī)由于動環(huán)的作用，風(fēng)粉混合物在磨煤機(jī)內(nèi)呈逆時針方向旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過分離器折向擋板時，若分離器折向擋板開度也呈逆時針方向，可大幅度降低煤粉細(xì)度；當(dāng)分離器折向擋板與磨煤機(jī)中軸線垂直時，煤粉細(xì)度達(dá)到最高值；當(dāng)分離器折向擋板開度為順時針方向，此時分離器折向擋板對風(fēng)粉混合物旋向起到換向作用，雖然會一定程度上降低煤粉細(xì)度但是分離效果明顯較逆時針方向差。

(2)中速磨煤機(jī)靜態(tài)分離器直接與磨煤機(jī)本體連接，流場受磨煤機(jī)自身流場影響較大，對分離器出口4 支粉管分別化驗煤粉細(xì)度，均存在單支粉管煤粉細(xì)度不合格的現(xiàn)象，采取分離器折向擋板異步調(diào)整對各粉管煤粉細(xì)度不均勻無明顯改善。

(3)中速磨煤機(jī)靜態(tài)分離器折向擋板異步調(diào)整后，受分離器折向擋板對分離器出口風(fēng)粉混合物流場的改變，由4#號粉管煤粉細(xì)度偏高變?yōu)?#粉管煤粉細(xì)度偏高，只是實現(xiàn)了粗粉從4#粉管到3#粉管的轉(zhuǎn)移，磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度均值仍保持在22%左右，無明顯變化，既不能降低煤粉細(xì)度，也不能改善煤粉均勻度。

4 結(jié)語

中速磨煤機(jī)分離器折向擋板開度對煤粉細(xì)度的影響由大量試驗得到驗證，但分離器折向擋板旋向及異步調(diào)整對中速磨煤機(jī)煤粉細(xì)度的影響尚屬空白，結(jié)合實際運行情況，對中速磨煤機(jī)分離器折向擋板旋向及異步調(diào)整對煤粉細(xì)度的影響深入進(jìn)行試驗，通過大量的試驗數(shù)據(jù)對分離器折向擋板旋向及異步調(diào)整對中速磨煤機(jī)煤粉細(xì)度的影響得出結(jié)論，對中速磨煤機(jī)分離器折向擋板的調(diào)整提供經(jīng)驗與實際指導(dǎo)意義，磨煤機(jī)分離器的安裝形式?jīng)Q定了中速磨煤機(jī)分離器出口各粉管煤粉細(xì)度不一致的問題，需要對設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造方可徹底解決煤粉不均勻的問題。