王承亮

（華電國際技術(shù)服務分公司，山東 濟南 250014）

0 引言

隨著國家能源和環(huán)保形勢的日益嚴峻與新能源發(fā)電比例的迅猛增長，作為一次能源消耗大戶的火力發(fā)電廠，如何降低機組能耗、提高機組運行效率，是提高火電廠核心競爭力的重要途徑，各個發(fā)電廠均加大了機組節(jié)能降耗和節(jié)能指標監(jiān)控力度。某電廠在節(jié)能指標對標中發(fā)現(xiàn)，其飛灰含碳量較煤質(zhì)基本相同且同類型的其他鍋爐相對偏高1.7 個百分點，并且有升高趨勢，所以開展了鍋爐飛灰含碳量異常升高的原因排查。由于影響鍋爐燃盡率的因素復雜，采取了重點因素試驗排除的方法?？紤]到鍋爐燃燒配風方式及煤源無較大變化，但煤粉細度化驗值異常波動大的現(xiàn)狀，且依據(jù)煤粉細度及均勻性對鍋爐燃盡率影響關(guān)聯(lián)度高的機理［1］，制粉系統(tǒng)性能惡化可能是導致鍋爐飛灰可燃物異常升高的重要因素，依據(jù)DL／T 467—2004《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)性能試驗》和ASME PTC 4.2《磨煤機試驗規(guī)程》進行了試驗排查，確定了煤粉取樣位置代表性不合理和煤粉細度實際控制情況不符合鍋爐高效燃燒的問題，提出設備改進、運行維護和優(yōu)化調(diào)整建議。

1 設備概況

某電廠1 號鍋爐為DG-1109.5／17.5－Ⅱ12 型亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用單爐膛、尾部雙煙道、平衡通風、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、Π 型露天布置。

燃燒器采用四角布置、切向燃燒、直流擺動式水平濃淡煤粉燃燒器，假想切圓D790 mm，燃用煙煤。采用雙進雙出鋼球磨正壓直吹式冷一次風制粉系統(tǒng)，配3 臺磨煤機。每角燃燒器共布置18 層噴口，其中6 層一次風噴口、一次風噴口四周均布置有周界風；8 層二次風噴口；4 層燃盡風。

2019 年12 月鍋爐入爐煤煤質(zhì)及飛灰含碳量情況詳見表1，入爐煤干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf在40%左右波動，飛灰含碳量波動較大，平均值為3.68%，最大值為6.5%、最小值為0.59%，實際平均值較對標值（1.98%）偏高約1.7 個百分點，按飛灰含碳量升高1%影響煤耗升高1.3 g／kWh 估算，導致機組煤耗增加約2.2 g／kWh。針對現(xiàn)燃用煤質(zhì)，飛灰含碳量仍有較大的節(jié)能挖潛空間［2］。

表1 2019 年12 月入爐煤煤質(zhì)及飛灰含碳量

2 煤粉細度及均勻性指數(shù)影響因素分析

煤粉細度及均勻性指數(shù)是鍋爐經(jīng)濟燃燒的重要因素之一［3］，制粉系統(tǒng)不僅要提供滿足鍋爐燃燒所需要的煤粉量，而且還要提供適合鍋爐高效安全經(jīng)濟環(huán)保燃燒的煤粉，也就是煤粉細度及均勻性指數(shù)要符合鍋爐燃燒要求。鍋爐煤粉細度及煤粉均勻性指數(shù)取樣數(shù)據(jù)見表2（鍋爐配備3 臺雙進雙出鋼球磨煤機A、B、C，每側(cè)配4 根粉管共8 根粉管，具體粉管編號如A 磨煤機，詳見圖1），其發(fā)散性大，R90平均值為11.68%、最大值為51.62%、最小值為1.19%，煤粉均勻性指數(shù)n 平均值為0.79、最大值為1.109、最小值為0.175。這主要由以下3 個因素導致的。

圖1 A 磨煤機兩側(cè)A1、A2 側(cè)各4 根粉管編號示意

表2 2019 年12 月鍋爐煤粉細度及均勻性指數(shù)統(tǒng)計情況

2.1 煤粉取樣位置

經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，磨煤機煤粉取樣裝置安裝布置在一次風管的可調(diào)縮孔上方0.5 m 左右（詳見圖2），且一次風管可調(diào)縮孔為單向縮孔，一次風管可調(diào)縮孔附近的流場紊亂，部分區(qū)域形成回流，在此位置所取的煤粉樣煤粉細度波動很大，不能真正反映磨煤機煤粉細度實際情況，影響磨煤機經(jīng)濟運行調(diào)整，從而直接影響鍋爐燃燒效率。

圖2 A 磨煤機A1 側(cè)四根煤粉管道煤粉取樣裝置安裝及取樣位置

為進一步了解取樣位置附近流場情況，進行現(xiàn)場測試，試驗期間維持分離器擋板開度不變，制粉系統(tǒng)出力不變。以磨煤機出口煤粉管道上安裝的煤粉取樣器作為校核對象進行取樣并化驗煤粉細度。在校核對象的取樣點處，用移動式煤粉等速標準取樣槍進行取樣并化驗煤粉細度。將兩組化驗數(shù)據(jù)進行對比，總結(jié)煤粉取樣器安裝位置及代表性規(guī)律。得到磨煤機粉管等截面各點風速情況如圖3 所示，以煤粉流動方向為正，風速最大為65 m／s，反方向最大為15 m／s。流場紊亂造成煤粉細度取樣無代表性，R90、R200不準確，進而影響煤粉均勻性指數(shù)不準確。

圖3 一次風管煤粉取樣裝置處等截面各點風速

2.2 煤粉取樣方式

鍋爐配備的雙進雙出鋼球磨煤機，每側(cè)對應同層四根粉管。雙進雙出鋼球磨煤機試驗結(jié)果表明，磨煤機出口同層四根粉管風速和煤粉質(zhì)量濃度偏差較大（詳見表3），試驗工況下，各一次風管道煤粉粉量偏差在-28.95%～39.38%，風速偏差在-14.33%～13%，煤粉質(zhì)量濃度偏差在-35%～57.98%，煤粉分配嚴重不均［4］，E1 側(cè)煤粉大于E2 側(cè)，這很可能導致雙進雙出鋼球磨煤機出口各粉管的煤粉細度和均勻性指數(shù)不同，所以現(xiàn)場經(jīng)常采用的固定從磨煤機一側(cè)一根粉管取樣，并以分析結(jié)果來判斷磨煤機運行狀況的方法是不合理的，可能并未真正反映磨煤機實際工作性能，無法發(fā)現(xiàn)磨煤機分離器及回粉管堵塞帶來的煤粉細度及均勻性指數(shù)的異常變化［2］，對于燃燒調(diào)整無直接指導意義，存在誤導的可能。

表3 磨煤機煤粉分配特性試驗結(jié)果

2.3 雜物堵塞影響

鍋爐A、B、C 磨煤機分離器為老式緊湊型徑向分離器，且入爐煤軟性雜物多（草衫、塑料袋、草、塑料瓶等），容易在分離器擋板產(chǎn)生積存，從而使得分離器流通面積縮小、流速升高，分離器效率降低，粗煤粉易被攜帶進入爐膛；并且雜物也容易在環(huán)形回粉管內(nèi)積存，使得局部環(huán)形通道或全部產(chǎn)生堵塞、回粉不暢，積粉累積到分離器內(nèi)部，影響分離器內(nèi)部流場，使得分離器效率降低，粗煤粉易被攜帶進入爐膛；并且這兩種異常狀況頻繁出現(xiàn)并不易被及時發(fā)現(xiàn)，嚴重影響了鍋爐高效燃燒［5］?，F(xiàn)基本按每10～15天清理一次分離器擋板及回粉管，仍不能完全解決分離器擋板及回粉管積粉堵塞問題，導致煤粉質(zhì)量出現(xiàn)異常波動，從鍋爐燃燒體現(xiàn)出來就是飛灰可燃物波動大，也是煤粉細度及均勻性指數(shù)異常波動的間接反應［6］。

3 整改措施及效果

3.1 整改措施

煤粉取樣裝置安裝位置優(yōu)化。煤粉取樣裝置取樣位置首先要選擇在直管段上，并且要盡量避開彎頭，應遠離縮孔。

煤粉取樣方式優(yōu)化。輪流取每臺磨煤機8 根粉管的煤粉進行分析（每周取2 臺磨煤機輪換進行），及時跟蹤磨煤機的工作性能，發(fā)現(xiàn)問題，針對性處理。

雜物清理。從源頭進行綜合治理，在入爐煤皮帶上加裝雜物自動清理裝置，盡量避免雜物進入煤倉。在入爐煤雜物未控制之前，針對分離器工作情況，建議利用機組檢修機會對分離器擋板及回粉管進行徹底清理。正常運行中每周定期清理一次，確保磨煤機分離器正常性能。

優(yōu)化煤粉細度。因鍋爐低氮燃燒方式下運行，主燃燒器區(qū)域缺氧運行，對煤粉細度提出了更高的要求［7］，煤粉細度控制要求應按R90=0.5nVdaf公式估算；因入爐煤的Vdaf在32%～40%范圍，故建議將煤粉細度R90控制在14%～18%范圍，不僅提高煤粉燃盡性能，同時防止結(jié)焦、高溫腐蝕和降低氮氧化物排放。

3.2 整改效果

改用符合取樣要求的位置進行試驗煤粉取樣，化驗分析結(jié)果詳見表4，A、B、C 磨煤機R90平均值分別為25.2%、26.1%、28.3%，均不符合煤粉細度R90控制在14%～18%范圍的要求，明顯偏高，會導致鍋爐燃燒延遲、火焰中心上移、飛灰含碳量升高［4］。為改善煤粉細度、提高煤粉均勻性，經(jīng)過研討最終確定利用機組停機機會對B、C 磨煤機兩側(cè)分離器擋板進行微調(diào)以降低煤粉細度、提高煤粉均勻性。B 磨煤機分離器擋板開度由46%調(diào)節(jié)至41%，C 磨煤機分離器擋板開度由48%調(diào)節(jié)至43%，收集一周左右的運行數(shù)據(jù)分析，磨煤機分離器壓差同比增加了約55 Pa，磨煤機出力基本沒有影響；同時對煤粉進行了抽檢，煤粉細度基本維持在17%～21%，煤粉細度及均勻性指數(shù)得到明顯改善，鍋爐飛灰含碳量平均降低了約0.8 個百分點；同時優(yōu)化了磨煤機分離器清理周期，磨煤機分離器每運行一周清理一次，確保磨煤機分離器正常性能的保持，飛灰含碳量異常波動也有所改善。

表4 2020 年1 月煤粉細度及均勻性指數(shù)

4 結(jié)語

提出電廠生產(chǎn)現(xiàn)場技術(shù)人員極易忽視的煤粉取樣位置代表性差和同臺磨煤機煤粉管道間煤粉細度偏差大的問題，并用試驗數(shù)據(jù)進行了驗證，為現(xiàn)場煤粉取樣裝置安裝和煤粉細度監(jiān)測提供了技術(shù)參考；同時還提出了磨煤機性能會發(fā)生波動的運行特性，特別是分離器擋板及回粉管極易堵塞等問題，進行了分析并提出了建議。