周若明

(河北省電力研究院， 石家莊 050021)

1 概述

近年來，國(guó)內(nèi)燃用煙煤的300 MW及以上新建火力發(fā)電機(jī)組鍋爐制粉系統(tǒng)越來越多地采用了中速碗式磨煤機(jī)，中速碗式磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)工作的重要性日益凸顯。目前，國(guó)內(nèi)原煤供應(yīng)緊張，煤種來源復(fù)雜，很難保證提供與設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)完全一致的試驗(yàn)用煤，同時(shí)試驗(yàn)煤種煤質(zhì)變化對(duì)中速碗式磨煤機(jī)應(yīng)用性能的影響在各種磨煤機(jī)中是最顯著的，因而急需制定一種科學(xué)、合理的中速碗式磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)方法，以確保全面、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)其實(shí)際應(yīng)用性能。針對(duì)上述問題，結(jié)合某超臨界新投產(chǎn)機(jī)組的中速碗式磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)情況，對(duì)試驗(yàn)煤種煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種或校核煤種時(shí)，試驗(yàn)方案的優(yōu)化、試驗(yàn)考核指標(biāo)的重新計(jì)算進(jìn)行分析、論述。

該性能試驗(yàn)機(jī)組鍋爐是型號(hào)為SG-2150/25.4-M976的660 MW超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，鍋爐為四角切向燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型，并采用內(nèi)置式無循環(huán)泵的啟動(dòng)分離系統(tǒng)。該機(jī)組制粉系統(tǒng)為中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。磨煤機(jī)型號(hào)為HP1003/Dyn，分離器為動(dòng)態(tài)分離器，磨輥加載方式采用彈簧變加載。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，校核煤種為神木大柳塔煙煤。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)煤質(zhì)參數(shù)

試驗(yàn)煤種接近設(shè)計(jì)煤種，水分含量為19.8%，灰分含量為9.0%，低位發(fā)熱量為22 399kJ/kg。

2.2 試驗(yàn)工況

選擇一套運(yùn)行正常的制粉系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)工況分為保證出力和最大出力2種。進(jìn)行磨煤機(jī)出力及磨煤?jiǎn)魏脑囼?yàn)時(shí)，記錄磨煤機(jī)運(yùn)行各相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行原煤取樣，以便進(jìn)行工業(yè)分析、發(fā)熱量及哈氏可磨性系數(shù)測(cè)定。

2.2.1 保證出力工況

逐漸增加試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)出力，調(diào)整磨煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使其在最佳控制參數(shù)下運(yùn)行。在增加磨煤機(jī)出力的過程中觀察磨煤機(jī)通風(fēng)量及石子煤排量，以磨煤機(jī)不堵煤、石子煤排放量正常為條件。當(dāng)磨煤機(jī)達(dá)到保證出力時(shí)，進(jìn)行煤粉取樣及分析，當(dāng)煤粉細(xì)度合格時(shí)，在該負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行2 h，進(jìn)行磨煤機(jī)出力及磨煤?jiǎn)魏脑囼?yàn)，否則應(yīng)適當(dāng)降低磨煤機(jī)出力，并重新進(jìn)行煤粉取樣及分析，在煤粉細(xì)度合格后，再進(jìn)行磨煤機(jī)出力及磨煤?jiǎn)魏臏y(cè)試。

2.2.2 最大出力工況

當(dāng)磨煤機(jī)保證出力工況完成后，逐漸增加試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)出力，并調(diào)整磨煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使其在最佳控制參數(shù)下運(yùn)行。在增加磨煤機(jī)出力的過程中觀察磨煤機(jī)通風(fēng)量及石子煤排量，以磨煤機(jī)不堵煤、石子煤排放量正常為條件。當(dāng)磨煤機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)最大出力時(shí)，進(jìn)行煤粉取樣及分析，當(dāng)煤粉細(xì)度合格時(shí)，在該負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行2 h，進(jìn)行磨煤機(jī)出力及磨煤機(jī)單耗試驗(yàn)，否則應(yīng)適當(dāng)降低磨煤機(jī)出力，直至磨煤機(jī)運(yùn)行正常穩(wěn)定后，重新進(jìn)行煤粉取樣及分析，在煤粉細(xì)度合格后，再進(jìn)行相應(yīng)磨煤機(jī)出力下的磨煤機(jī)單耗試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開始后，逐漸將試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)出力增加至合同保證值63.9 t/h，同時(shí)觀察磨煤機(jī)通風(fēng)量及石子煤排量，以磨煤機(jī)不堵煤、石子煤排放量正常為條件；調(diào)整一次風(fēng)量和風(fēng)溫，將磨煤機(jī)出口風(fēng)溫控制在正常范圍內(nèi)(65～82 ℃)；調(diào)整旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速并測(cè)定磨煤機(jī)出口煤粉樣細(xì)度，直至磨煤機(jī)出口煤粉樣平均細(xì)度(R90)接近設(shè)計(jì)細(xì)度(20%)；當(dāng)磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定且滿足試驗(yàn)要求后，讀取磨煤機(jī)電能表并計(jì)算磨煤機(jī)磨煤?jiǎn)魏摹?/p>

在磨煤機(jī)單耗試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)提高試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)的出力，同時(shí)通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)確保磨煤機(jī)一次風(fēng)量、出口風(fēng)溫和出口煤粉細(xì)度等參數(shù)滿足試驗(yàn)要求，磨煤機(jī)通風(fēng)量及石子煤排量正常，磨煤機(jī)不堵煤。在試驗(yàn)過程中，當(dāng)磨煤機(jī)磨碗差壓逐漸升高至差壓值的上限，磨入口一次風(fēng)風(fēng)量持續(xù)降低，且單位時(shí)間內(nèi)石子煤量明顯增加時(shí)，立即停止增加磨煤機(jī)的出力，并降低1～2 t/h，當(dāng)磨碗差壓穩(wěn)定在差壓值的上限內(nèi)，磨入口一次風(fēng)風(fēng)量和單位時(shí)間內(nèi)石子煤量趨于穩(wěn)定時(shí)，最終確定此時(shí)的給煤機(jī)給煤量數(shù)值為磨煤機(jī)最大出力。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 第1次試驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng) 目 設(shè)計(jì)值實(shí)測(cè)值收到基灰分/%11.09.00收到基全水/%14.0019.80低位發(fā)熱量/(kJ·kg-1)22 79722 399最大出力/(t·h-1)≥7166保證出力單耗/(kWh·t-1)≤9.19.42

由表1可知，試驗(yàn)煤質(zhì)基本接近設(shè)計(jì)煤種，灰分含量下降了2%，只有收到全水含量超標(biāo)，高出設(shè)計(jì)煤種5.8%；試驗(yàn)測(cè)得的磨煤機(jī)保證出力單耗和最大出力2項(xiàng)指標(biāo)均不合格，磨煤機(jī)單耗超出合同考核值0.32 kWh/t；磨煤機(jī)最大出力比合同考核值低了5 t/h。通過對(duì)合同內(nèi)考核指標(biāo)的綜合分析可知，其數(shù)值是在采用業(yè)主提供的設(shè)計(jì)煤種或校核煤種的化驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選型計(jì)算后確定的，當(dāng)實(shí)際試驗(yàn)煤種煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤種有較大偏差時(shí)，合同中規(guī)定的考核值已經(jīng)無法準(zhǔn)確衡量磨煤機(jī)磨制實(shí)際試驗(yàn)煤種的性能水平，需要根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)煤種的全新化驗(yàn)數(shù)據(jù)重新計(jì)算磨煤機(jī)最大出力和在保證出力下的磨煤機(jī)單耗這2項(xiàng)指標(biāo)，并將之與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以最終確認(rèn)磨煤機(jī)實(shí)際性能能否達(dá)標(biāo)。

3.2 設(shè)備性能參數(shù)校核計(jì)算

為了解原煤煤質(zhì)的變化對(duì)磨煤機(jī)保證出力時(shí)磨煤機(jī)單耗和最大出力2項(xiàng)考核指標(biāo)的影響，正確判斷磨煤機(jī)的實(shí)際性能水平，下面按照試驗(yàn)煤種煤質(zhì)參數(shù)對(duì)這2項(xiàng)主要考核指標(biāo)重新進(jìn)行校核計(jì)算。

3.2.1 磨煤機(jī)最大出力

校核計(jì)算參考文獻(xiàn)[1]中關(guān)于中速磨煤機(jī)碾磨出力的計(jì)算公式，對(duì)發(fā)生變化的煤質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

磨煤機(jī)實(shí)測(cè)最大出力，

BM=BM0×FH×FR×FM×FA

(1)

式中：BM0為合同規(guī)定的磨煤機(jī)最大出力，t/h；FH為哈氏可磨度(HGI)修正系數(shù)；FR為煤粉細(xì)度修正系數(shù)；FM為水分修正系數(shù)；FA為灰分修正系數(shù)。

HGI修正系數(shù)FH=(HGI/55)0.85,HGI按設(shè)計(jì)煤種HGI=56選取，因此試驗(yàn)煤種的FH未變；煤粉細(xì)度修正系數(shù)FR=(R90/23)0.35, R90按試驗(yàn)實(shí)測(cè)R90=20.2%選取，基本與設(shè)計(jì)R90=20.0%相同，因此試驗(yàn)煤種的FR未變；水分修正系數(shù)FM=1.0+(12-Mt)×0.012 5，合同中設(shè)計(jì)煤種全水分Mt為14.0%，對(duì)應(yīng)的FM為0.975，而試驗(yàn)煤種全水分Mt為19.80%，對(duì)應(yīng)的FM為0.903，兩種煤質(zhì)下的FM相差較大；灰分修正系數(shù)FA=1.0+(20-Aar)×0.005,當(dāng)收到基灰分Aar≤20%時(shí)，F(xiàn)A=1.0，由于設(shè)計(jì)煤種和試驗(yàn)煤種收到基灰分均小于20%，因此FA均為1.0。

在磨煤機(jī)最大出力BM的各項(xiàng)修正系數(shù)中，僅有原煤全水分修正系數(shù)FM有顯著變化，從而使磨煤機(jī)碾磨出力修正系數(shù)降低了1-0.903/0.975=0.074，因此，磨煤機(jī)磨制試驗(yàn)煤種時(shí)的最大出力為71×(1-0.074)=65.7 t/h。

3.2.2 磨煤機(jī)保證出力單耗

校核單耗EM=WD×FB/BM1

(2)

式中：WD為磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)銘牌耗電量，試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)銘牌耗電量為632 kWh；BM1為磨煤機(jī)實(shí)測(cè)保證出力，該試驗(yàn)計(jì)算保證出力為校核最大出力的90%，即59.13 t/h；磨煤機(jī)出力修正系數(shù)FB為根據(jù)廠家提供的《能耗-出力修正曲線》查出的相對(duì)于磨煤機(jī)保證出力時(shí)的負(fù)荷率下的相對(duì)能耗系數(shù), 該試驗(yàn)查圖所得的相對(duì)能耗系數(shù)為0.92。因此，磨煤機(jī)磨制試驗(yàn)煤種時(shí)的校核單耗EM=632×0.92/59.13=9.83 kWh/t。

磨煤機(jī)磨制試驗(yàn)煤種時(shí)的最大出力和磨煤機(jī)保證出力單耗分別為66 t/h和9.42 kWh/t，而相應(yīng)計(jì)算考核值分別為≥65.7 t/h和≤9.83 kWh/t，試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)測(cè)量結(jié)果均滿足計(jì)算考核指標(biāo)，磨煤機(jī)性能達(dá)到了廠家所作的性能保證。

4 建議

試驗(yàn)煤種煤質(zhì)參數(shù)中的全水含量等指標(biāo)的變化對(duì)中速碗式磨煤機(jī)性能指標(biāo)的影響顯著，為檢驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)的實(shí)際性能水平，針對(duì)中速碗式磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)，提出以下建議：

a.應(yīng)該充分重視全水含量和灰分等試驗(yàn)煤種煤質(zhì)指標(biāo)對(duì)磨煤機(jī)性能指標(biāo)的影響，將其作為判斷試驗(yàn)煤種是否符合試驗(yàn)要求的重要指標(biāo)；

b.當(dāng)試驗(yàn)煤種煤質(zhì)參數(shù)中的全水含量和灰分等指標(biāo)與設(shè)計(jì)值不一致時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)煤種化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)磨煤機(jī)性能考核指標(biāo)重新進(jìn)行校核計(jì)算。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL/T 5145-2002 ,火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定[S].