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1000MW燃煤機(jī)組制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)研究

2015-03-13 10:19:34王承亮鄧雙輝譚厚章楊浩鄭海國
發(fā)電技術(shù) 2015年1期
關(guān)鍵詞:制粉單耗磨煤機(jī)

王承亮,鄧雙輝,譚厚章,楊浩,鄭海國

1000MW燃煤機(jī)組制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)研究

王承亮1,鄧雙輝2,譚厚章2,楊浩2,鄭海國2

(1.華電國際技術(shù)中心,山東濟(jì)南250000;2.西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院,陜西西安710049)

制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整對(duì)燃煤鍋爐機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。為了提高制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,對(duì)某電廠的一臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐的制粉系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。在保證合理煤粉細(xì)度和煤粉均勻性的基礎(chǔ)上,研究了通風(fēng)量、加載油壓、磨煤機(jī)出力及分離器轉(zhuǎn)速等指標(biāo)對(duì)制粉系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行和鍋爐燃燒特性的影響,提出的優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)可以有效提高制粉系統(tǒng)出力和鍋爐效率。試驗(yàn)結(jié)果有助于實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值得推廣和借鑒。

超超臨界機(jī)組;中速磨;優(yōu)化調(diào)整;煤粉細(xì)度;煤粉均勻性

0 引言

制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整對(duì)燃煤電站機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行有著重大意義。通風(fēng)量、分離器轉(zhuǎn)速、煤粉細(xì)度及各風(fēng)管的燃料分配均勻性等可控制變量是制粉系統(tǒng)調(diào)整的主要參數(shù)。通過這些參數(shù)的調(diào)整,找出合理的運(yùn)行方式,可使?fàn)t膛內(nèi)的燃燒以及各設(shè)備的運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化,從而提高鍋爐效率和降低供電煤耗,最終保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)和可靠地連續(xù)運(yùn)行。[1]

制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)是在某電廠一期工程的1#1000MW燃煤機(jī)組上進(jìn)行,鍋爐是高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐。設(shè)計(jì)煤種為活雞兔礦、補(bǔ)連塔煤礦煤。鍋爐采用單爐膛、平衡通風(fēng)、和一次中間再熱的燃燒方式,全懸吊結(jié)構(gòu)為Π型。制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)正壓直吹式,設(shè)有兩臺(tái)50%容量的動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī),提供一次熱、冷風(fēng)輸送煤粉,采用兩臺(tái)靜葉可調(diào)吸風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)送風(fēng)機(jī),鍋爐配有6臺(tái)中速輥式磨煤機(jī)。

目前1號(hào)鍋爐機(jī)組大修后,對(duì)現(xiàn)有制粉系統(tǒng)情況了解不足。為了能夠準(zhǔn)確、詳細(xì)地了解制粉系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,降低制粉系統(tǒng)單耗和提高鍋爐效率,使得鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,開展了制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

此次制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)可分為3個(gè)部分:摸底試驗(yàn),在現(xiàn)有制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況下,對(duì)原煤、飛灰、爐渣進(jìn)行取樣分析,計(jì)算制粉系統(tǒng)調(diào)整前的鍋爐效率;冷態(tài)試驗(yàn),主要包括冷態(tài)下磨煤機(jī)出口每根風(fēng)管的實(shí)際風(fēng)速的標(biāo)定;熱態(tài)試驗(yàn),主要包括熱態(tài)下通風(fēng)量、加載油壓、磨煤機(jī)出力及分離器轉(zhuǎn)速變化引起的煤粉細(xì)度等四種變量對(duì)制粉系統(tǒng)及鍋爐效率影響的試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測試方法

為了獲得磨煤機(jī)通風(fēng)量與測風(fēng)裝置輸出的壓差之間的關(guān)系,需要進(jìn)行磨煤機(jī)測風(fēng)裝置冷態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)。冷態(tài)工況下,在磨煤機(jī)出口分別測量每根風(fēng)管的實(shí)際風(fēng)速,可獲得磨煤機(jī)出口風(fēng)速修正系數(shù),同時(shí)測量測風(fēng)裝置輸出的壓差。熱態(tài)運(yùn)行工況下,磨煤機(jī)通風(fēng)量可用測風(fēng)裝置的風(fēng)速修正系數(shù)求得。試驗(yàn)中,可用本實(shí)驗(yàn)室自行研究開發(fā)的一次風(fēng)粉在線測量裝置可進(jìn)行煤粉濃度測量,且測量的結(jié)果可滿足制粉系統(tǒng)和鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)和連續(xù)可靠運(yùn)行。

1.2.2 試驗(yàn)參數(shù)

在制粉系統(tǒng)調(diào)整過程中,通風(fēng)量、加載油壓、磨煤機(jī)出力、分離器轉(zhuǎn)速變化、電流等參數(shù)可通過表盤指示獲得數(shù)據(jù),利用煤粉取樣篩分可測得煤粉細(xì)度,煤粉均勻性指數(shù)和磨煤電耗可由下面的公式計(jì)算得出。

煤粉均勻性指數(shù)計(jì)算公式[1]:

磨煤單耗計(jì)算公式:

式中W—磨煤單耗,kWh/t;

Nm—分離器電機(jī)功率,kW;

Nf—磨煤機(jī)電機(jī)功率,kW;

B—磨煤機(jī)出力,t/h。

2 優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)及分析

2.1 摸底試驗(yàn)

在制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整之前,在機(jī)組負(fù)荷949.2MW下,針對(duì)1號(hào)鍋爐現(xiàn)有制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況,對(duì)各臺(tái)磨煤機(jī)進(jìn)行摸底試驗(yàn),并對(duì)原煤、飛灰、爐渣進(jìn)行取樣分析,計(jì)算制粉系統(tǒng)調(diào)整前的鍋爐效率。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 各磨煤機(jī)摸底試驗(yàn)結(jié)果

由表1分析可知,在機(jī)組負(fù)荷為949.2MW下,A、B、D、E和F磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度R90分別為23.10%、22.98%、22.89%、22.92%和22.83%,且煤粉細(xì)度均高于設(shè)計(jì)值18%;煤粉均勻性指數(shù)在1.11~1.13之間變化,達(dá)到煤粉均勻性指數(shù)1.2左右的指標(biāo),煤粉均勻性較好;鍋爐效率達(dá)到94.95%,鍋爐經(jīng)濟(jì)性也較好。

2.2 磨煤機(jī)出口風(fēng)管一次風(fēng)速標(biāo)定結(jié)果

為了獲得磨煤機(jī)通風(fēng)量與測風(fēng)裝置輸出的壓差之間的關(guān)系,需要進(jìn)行磨煤機(jī)測風(fēng)裝置冷態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)。磨煤機(jī)一次風(fēng)速的精確標(biāo)定是整個(gè)制粉系統(tǒng)調(diào)整以及燃燒調(diào)整的前提和基礎(chǔ)。由于磨煤機(jī)入口條件限制,冷態(tài)下在磨煤機(jī)出口風(fēng)管進(jìn)行一次風(fēng)速的標(biāo)定。E磨煤機(jī)一次風(fēng)速標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 E磨煤機(jī)出口粉管一次風(fēng)速標(biāo)定結(jié)果

通過表2的結(jié)果可以看出,各風(fēng)管的表盤風(fēng)速與實(shí)測風(fēng)速均有一點(diǎn)的偏差,表盤風(fēng)速整體上高于實(shí)測風(fēng)速。利用風(fēng)速測表對(duì)四根風(fēng)管風(fēng)速測量后發(fā)現(xiàn),#1角出口風(fēng)管的表盤風(fēng)速和實(shí)測風(fēng)速相差較大,風(fēng)速修正系數(shù)為0.73,其他三根風(fēng)管的風(fēng)速修正系數(shù)較一致且均在0.90以上。通過風(fēng)速修正系數(shù)的修改,表盤風(fēng)速更能真實(shí)地反映實(shí)際風(fēng)速,可為制粉系統(tǒng)調(diào)整及燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)提高重要參考依據(jù)。

2.3 制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

冷態(tài)試驗(yàn)下已對(duì)磨煤機(jī)出口各風(fēng)管在線流量表進(jìn)行了標(biāo)定,提供了風(fēng)速修正系數(shù)。啟爐后在熱態(tài)工況下,可利用本實(shí)驗(yàn)室自行研究開發(fā)的一次風(fēng)速在線裝置,進(jìn)行在線檢測一次風(fēng)量和煤粉濃度。本文選取E磨為研究對(duì)象,分別進(jìn)行E磨分離器轉(zhuǎn)速、通風(fēng)量、加載油壓、磨煤機(jī)出力四項(xiàng)變工況試驗(yàn)。根據(jù)每項(xiàng)試驗(yàn)所測得的數(shù)據(jù),分析各參數(shù)對(duì)煤粉細(xì)度和磨煤機(jī)單耗的影響規(guī)律。

2.3.1 磨煤機(jī)出口風(fēng)管風(fēng)速和煤粉濃度試驗(yàn)結(jié)果

在保持1E磨煤機(jī)出力為75t/h的情況下,調(diào)整一次風(fēng)量分別到130t/h、140t/h、150t/h、160t/h和170t/h數(shù)值下,研究不同風(fēng)量下磨煤機(jī)出口各風(fēng)管風(fēng)速、粉量、煤粉細(xì)度及濃度的變化。由于每個(gè)風(fēng)量下所得試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致,現(xiàn)取通風(fēng)量為140 t/h數(shù)據(jù)來分析各參數(shù)變化,試驗(yàn)結(jié)果見表3。利用一次風(fēng)粉在線測量裝置所得到的煤粉濃度如圖1所示。

表3 E磨煤機(jī)出口各粉管風(fēng)速和粉量試驗(yàn)結(jié)果

圖1 各風(fēng)管煤粉濃度分布圖

由表3可得,磨煤機(jī)出口風(fēng)管#1角、#2角和#4角平均風(fēng)速在21~27m/s,但同一工況下,#3角的風(fēng)速偏差、粉量偏差和煤粉濃度與其它三根風(fēng)管對(duì)應(yīng)值相比,相差很大。由圖1所得,#3管的煤粉濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他三根管的煤粉細(xì)度,這必將影響鍋爐中同一層燃燒器一次風(fēng)量分配不均勻,進(jìn)而影響一二次風(fēng)的混合,影響著火穩(wěn)定性。另外,不均勻的煤粉空氣混合物,在進(jìn)入爐膛后局部燃料濃度過大需提高空氣水平,這樣就引起了各項(xiàng)損失及NOx含量增加[2]。該種磨煤機(jī)性能及管線布置是導(dǎo)致煤粉濃度分配不均的主要原因。采用分離器可有效減少煤粉中的大顆粒,且使分離器出口一次風(fēng)管中的煤粉和氣流分配更加均勻。

2.3.2 通風(fēng)量特性試驗(yàn)

改變磨煤機(jī)的通風(fēng)量,主要是為了了解通風(fēng)量變化對(duì)磨煤單耗、煤粉細(xì)度和煤粉均勻性的影響規(guī)律,獲得磨煤機(jī)運(yùn)行的最佳風(fēng)煤比。如果通風(fēng)量過大,不合格的煤粉被帶出增加了循環(huán)料位置;如果通風(fēng)量過小,磨制的合格煤粉不能及時(shí)帶出造成積存現(xiàn)象[3]。若通風(fēng)量沒有調(diào)整到合適的數(shù)值,將會(huì)影響鍋爐內(nèi)的煤粉燃燒,進(jìn)而導(dǎo)致爐墻結(jié)焦[4]。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí),調(diào)整磨煤機(jī)出力為75t/h,分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至60r/min,加載油壓為13MPa,將風(fēng)量分別調(diào)至130t/h、140t/h、150t/h、160t/h和170t/h左右,在不同工況下進(jìn)行磨煤機(jī)風(fēng)量特性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。磨煤單耗和煤粉細(xì)度隨風(fēng)煤比變化關(guān)系如圖2所示。

圖2 磨煤單耗和煤粉細(xì)度隨風(fēng)煤比變化關(guān)系圖a)磨煤單耗b)煤粉細(xì)度

表4 變通風(fēng)量試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知,隨著通風(fēng)量不斷的升高,磨煤機(jī)差壓先增高后降低;磨煤單耗基本無變化;煤粉細(xì)度在不斷增大。由此可知,在保證煤粉細(xì)度的基礎(chǔ)上,適度提高通風(fēng)量可降低磨煤單耗。綜合圖2分析,在磨煤機(jī)出力75t/h時(shí),風(fēng)量應(yīng)為150t/h左右,即風(fēng)煤比小于2.00時(shí),制粉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性較好。

2.3.3 加載油壓特性試驗(yàn)

在保持磨煤機(jī)出力為75t/h,風(fēng)量為160t/h,分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min時(shí),將加載油壓調(diào)至10MPa、11MPa、12MPa、13MPa和14MPa,進(jìn)行加載油壓特性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表5。磨煤單耗、煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)隨加載油壓變化關(guān)系如圖3所示。

從表5可知,加載油壓從10MPa左右降至14MPa左右時(shí),煤粉細(xì)度R90從26.68%降至21.2%,煤粉均勻性指數(shù)從1.29降至1.06,磨煤機(jī)出入口差壓從3.79kPa降至3.49kPa。結(jié)合圖3綜合分析可知,隨著加載油壓的提高,磨煤機(jī)出入口差壓逐漸降低,磨煤機(jī)單耗逐漸升高,但煤粉細(xì)度和均勻性指數(shù)逐漸降低??梢?,在保證煤粉細(xì)度和均勻性指數(shù)的基礎(chǔ)上,提高加載油壓可明顯降低磨煤單耗。綜合判斷可知,當(dāng)磨煤機(jī)出力75t/h左右,風(fēng)量160t/h左右,分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速60r/min左右時(shí),加載油壓應(yīng)為13MPa左右時(shí)合適。

表5 加載力特性試驗(yàn)

2.3.4 磨煤機(jī)出力特性試驗(yàn)

圖3 磨煤單耗、煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)隨加載油壓變化關(guān)系圖a)磨煤單耗b)煤粉細(xì)度c)煤粉均勻性指數(shù)

在將動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整至60r/min后,分別在磨煤機(jī)出力為55t/h、65t/h、75t/h、85t/h和95t/h下進(jìn)行磨煤機(jī)出力特性試驗(yàn)。磨煤機(jī)出力特性試驗(yàn)結(jié)果見表6。磨煤單耗、煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)隨磨煤機(jī)出力關(guān)系如圖4所示。

由表6可見,在保持分離器轉(zhuǎn)速不變的工況下,隨著磨煤機(jī)出力的不斷增加,磨煤機(jī)差壓不斷增大,磨煤單耗先減少后增大,同時(shí)煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)也呈現(xiàn)先減少后增大的趨勢。選取合適的煤粉細(xì)度和均勻性指數(shù),可保證鍋爐負(fù)荷和燃燒效率,盡量提高磨煤機(jī)出力有利于實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。綜合圖4分析,在將動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整至60r/min后,根據(jù)磨煤機(jī)通風(fēng)量和加載油壓等參數(shù),參考煤粉細(xì)度R90、磨煤單耗、煤粉均勻性指數(shù)分析,1E磨煤機(jī)在出力70t/h時(shí)最佳。

表6 磨煤機(jī)出力特性曲線

2.3.5 分離器轉(zhuǎn)速對(duì)鍋爐效率的影響試驗(yàn)

分離器轉(zhuǎn)速的大小對(duì)制粉電耗和煤粉細(xì)度影響很大,進(jìn)而影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性[5]。根據(jù)磨煤機(jī)最大出力試驗(yàn)結(jié)果并保證磨煤機(jī)出力在70t/h,通過調(diào)整動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速即動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速分別在55r/min、60r/min、65r/min和70r/min下,了解不同動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速下所得到的煤粉細(xì)度對(duì)制粉系統(tǒng)和鍋爐效率的影響。試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果見表7。磨煤單耗、煤粉細(xì)度、煤粉均勻性指數(shù)和鍋爐效率隨分離器轉(zhuǎn)速變化關(guān)系如圖5所示。

圖4 磨煤單耗、煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)隨磨煤機(jī)出力關(guān)系圖a)磨煤單耗b)煤粉細(xì)度c)煤粉均勻性指數(shù)

表7 煤粉細(xì)度對(duì)鍋爐效率的影響試驗(yàn)

從表7可知,在保證磨煤機(jī)出力在70t/h時(shí),隨著動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速的升高,磨煤單耗由13.34 kWh/t升高14.82 kWh/t,煤粉細(xì)度R90由23.65%降至19.99%,飛灰含碳量由1.67%降至0.69%,爐渣含碳量由0.19%降至0.01%,鍋爐效率由95.50%升高至95.65%。綜合圖5分析,煤粉細(xì)度在21.29%時(shí)最佳,即動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速在60r/min時(shí)鍋爐性能最佳。與調(diào)整前鍋爐運(yùn)行工況相比,煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)由原始工況的23%和1.12%達(dá)到調(diào)整后的21%和1.20%,鍋爐效率由設(shè)計(jì)的94.95%提高到95.61%。

圖5 磨煤單耗、煤粉細(xì)度、煤粉均勻性指數(shù)鍋爐效率隨分離器轉(zhuǎn)速變化關(guān)系圖a)磨煤單耗b)煤粉細(xì)度c)煤粉均勻性指數(shù)d)鍋爐效率

3 結(jié)語

通過1#鍋爐制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn),針對(duì)E磨的分離器轉(zhuǎn)速、通風(fēng)量、加載油壓、磨煤機(jī)出力四項(xiàng)變工況進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)所得結(jié)果與調(diào)整前鍋爐運(yùn)行工況相比,煤粉細(xì)度和煤粉均勻性指數(shù)得到了改善,鍋爐效率明顯提高,電廠經(jīng)濟(jì)性效益顯著提升,調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值得推廣和借鑒。試驗(yàn)所得到的主要結(jié)論如下:

(1)冷態(tài)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),#1角出口風(fēng)管的表盤風(fēng)速和實(shí)測風(fēng)速相差較大,風(fēng)速修正系數(shù)為0.73,其他三根風(fēng)管的風(fēng)速修正系數(shù)較一致且均在0.90以上。風(fēng)速修正系數(shù)的修正可為制粉系統(tǒng)調(diào)整及燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)提高重要參考依據(jù)。

(2)E磨煤機(jī)#3角出口風(fēng)管的煤粉濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其余三根風(fēng)管,煤粉分配嚴(yán)重不均;主要是由磨煤機(jī)性能及管線布置導(dǎo)致的結(jié)果,通過采用分離器可有效減少煤粉中的大顆粒,且使分離器出口一次風(fēng)管中的煤粉和氣流分配更加均勻。

(3)磨煤機(jī)風(fēng)煤比應(yīng)選擇小于2.00時(shí),制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性較好。

(4)綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo),在保證磨煤機(jī)出力為70~80t/h,動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速為60r/min時(shí),鍋爐性能最佳,鍋爐效率達(dá)到95.61%。

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Optimized Experimental Study of Coal Pulverizing System for 1000MW Coal-fired Units Boiler

WANG Cheng-liang1,DENG Shuang-hui2,TAN Hou-zhang2,YANG Hao2,ZHENG Hai-guo2
(1.Huadian International Technology Center,Jinan,250000,China;2.Department of Thermal Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an,710049,China)

Optimized adjustment of coal pulverizing system has important meaning to security and economy operation of coal-fired units Boiler.In order to improve the safety and economy of coal pulverizing system,an optimized experiment was conducted on coal pulverizing system of one 1000MW ultra-supercritical boiler unit in some power plant.Based on rational particle size and uniformity exponent of pulverized coal,the effects of rotation speed of ventilation quantity,oil-charged pressure,mill output and classifier speed on energy saving of coal pulverizing system and combustion characteristics of boiler were studied.The results have a contribution to realize economy operation of coal pulverizing system.The adjustment method of coal pulverizing system in this power plant is worth applying and recommending.

ultra-supercritical boiler unit;medium-speed mill;optimized adjustment;particle size of pulverized coal;uniformity of pulverized coal

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.01.004

TM621.7

B

2095-3429(2015)01-0014-06

2014-11-20

修回日期:2014-12-23

王承亮(1971-),男,工程碩士,高級(jí)工程師,從事火電廠鍋爐節(jié)能改造及相關(guān)技術(shù)的研究工作。

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