王 興，蔡新春，曹保生

（1.山西大學(xué)工程學(xué)院，山西 太原 030013；2.山西格盟國際能源有限公司，山西 太原 030002；3.國電榆次熱電有限公司，山西 榆次 030600）

0 引言

雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)具有工作可靠性高、性能穩(wěn)定、煤種適應(yīng)性廣、磨煤出力和細(xì)度穩(wěn)定、無需備用磨機(jī)等一系列優(yōu)點(diǎn)。另外，雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)還適合研磨各種硬度以及磨蝕性強(qiáng)的煤種，具有負(fù)荷響應(yīng)迅速、磨煤過程對異物不敏感、出力可調(diào)范圍寬等特點(diǎn)[1]，特別適合于直吹式制粉系統(tǒng)。近幾年在新建火力發(fā)電廠，直吹式制粉系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。但由于我國引進(jìn)和生產(chǎn)雙進(jìn)雙出鋼球磨的歷史還相對較短，對雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)運(yùn)行特性的認(rèn)識還有待進(jìn)一步積累和完善。

本文中鍋爐配雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，由于實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種偏離較大（見表1），給制粉系統(tǒng)和鍋爐的正常運(yùn)行帶來了一系列問題，比如制粉系統(tǒng)出力不足、飛灰和爐渣含碳量較高等，本文針對這些問題對制粉系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。

1 設(shè)備現(xiàn)況

某電廠2×330 MW級發(fā)電供熱兩用火電機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造的空冷燃煤機(jī)組，型號為DG1164/17.5-Ⅱ12。該鍋爐為亞臨界燃煤汽包鍋爐，采用中間一次再熱、自然循環(huán)，爐膛為單爐膛■型布置。燃燒方式為四角切圓燃燒，尾部雙煙道，采用風(fēng)冷固態(tài)干式連續(xù)排渣，平衡通風(fēng)，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。

本鍋爐采用四角布置、切向燃燒、手動擺動式直流煤粉燃燒器，假想切圓直徑為Φ790 mm。每角燃燒器共布置16層噴口，其中6層為一次風(fēng)噴口，在一次風(fēng)噴口四周均布置有周界風(fēng)。制粉系統(tǒng)為鋼球磨雙進(jìn)雙出冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)型號為BBD4060A，共設(shè)A、B、C 3臺磨煤機(jī)依次自下而上分供A—E共6層一次風(fēng)噴口，每臺磨煤機(jī)分供2層一次風(fēng)噴口，磨煤機(jī)不設(shè)備用。

BBD4060A磨煤機(jī)的銘牌參數(shù)：筒體長度6 340 mm，筒體有效直徑3 950 mm，筒體有效容積77.7 m3，轉(zhuǎn)速16.4 r/min，設(shè)計(jì)出力65 t/h，功率1 500 kW，最大鋼球裝載量80 t。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)煤種與實(shí)際燃用煤種對比

2 雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整

2.1 一次風(fēng)均勻性優(yōu)化調(diào)整

本實(shí)驗(yàn)鍋爐的燃燒系統(tǒng)為四角切圓燃燒方式，3臺雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)分供6層燃燒器一次風(fēng)噴口。每臺磨煤機(jī)兩側(cè)分別配有1臺粗粉分離器，每臺分離器出口對應(yīng)4根一次風(fēng)管，分供同一層燃燒器一次風(fēng)噴口的4個角。對于各一次風(fēng)管由于其長度和彎頭不盡相同，因此勢必會造成各一次風(fēng)管的阻力不同，阻力不同會使得各一次風(fēng)管流量和煤粉濃度有所不同。而一次風(fēng)偏差太大或煤粉濃度偏差太大，會造成燃燒切圓偏離爐膛中心，火焰貼壁或者沖墻，造成鍋爐結(jié)焦、高溫腐蝕、燃燒不穩(wěn)定等一系列問題。因此有必要對燃燒器各一次風(fēng)管風(fēng)速進(jìn)行調(diào)平。本文特進(jìn)行了冷態(tài)一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)和一次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)。

2.1.1 冷態(tài)一次風(fēng)均勻性調(diào)平試驗(yàn)

冷態(tài)一次風(fēng)均勻性調(diào)平試驗(yàn)見圖1、圖2。

圖1 調(diào)整前各層一次風(fēng)速

圖2 調(diào)整后各層一次風(fēng)速

由圖1和圖2一次風(fēng)調(diào)平測試結(jié)果來看，調(diào)整前A層1號角風(fēng)速偏小，F(xiàn)層2號角風(fēng)速明顯偏小，F(xiàn)層3號角風(fēng)速又偏大，最大偏差達(dá)到了30.3%，其他各層風(fēng)速基本平衡，在一次風(fēng)速允許偏差范圍10%以內(nèi)。因此調(diào)整措施應(yīng)適當(dāng)開大A層1號角、F層2號角可調(diào)縮孔開度，關(guān)小F層3號角開度。圖2為調(diào)整后各層一次風(fēng)數(shù)據(jù)，從中可以看出調(diào)平后各層一次風(fēng)風(fēng)速在26.1～30.6 m/s之間，調(diào)整后各層4個角一次風(fēng)速偏差率都比較小，最大偏差率不超過5.8%，層與層之間的一次風(fēng)也比較均勻，滿足一次風(fēng)調(diào)平實(shí)驗(yàn)的要求，這保證了鍋爐在熱態(tài)運(yùn)行時良好的空氣動力特性。

2.1.2 一次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)

一次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)見圖3。

圖3 一次風(fēng)擋板特性曲線

由圖3一次風(fēng)擋板特性曲線可以看出，各層一次風(fēng)擋板線性特性相對較好。隨著擋板開度的增加，一次風(fēng)速隨之增加。其中C、D、E、F各層擋板線性度較好。在擋板開度由40%增加到80%過程中，風(fēng)速隨著擋板開度增加增速較快，而從80%增加100%開度過程中，風(fēng)速增加變緩，特別是其中A層一次風(fēng)在增加到100%開度時，風(fēng)速變化比較異常，呈現(xiàn)下降趨勢，運(yùn)行過程中需注意這一特性。另外B層一次風(fēng)在擋板開度為40%時，風(fēng)速偏大。因此檢修時應(yīng)對A層和B層擋板連桿聯(lián)動機(jī)制的靈活性做重點(diǎn)檢查。

2.2 制粉系統(tǒng)出力優(yōu)化調(diào)整

鍋爐帶不到額定負(fù)荷可由多方面因素造成，例如制粉系統(tǒng)出力不足、引風(fēng)機(jī)出力不足、送風(fēng)機(jī)出力不足、煙道漏風(fēng)量大、空預(yù)器漏風(fēng)量大等因素都能造成鍋爐帶不到高負(fù)荷，另外鍋爐受熱面積灰或者鍋爐受熱面超溫等因素也制約著鍋爐帶額定高負(fù)荷。

本文針對試驗(yàn)鍋爐的具體運(yùn)行情況分析，鍋爐帶不到額定負(fù)荷的制約因素主要是制粉系統(tǒng)出力不足。就目前制粉系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，造成這一問題的根源是實(shí)際燃用煤種偏離了設(shè)計(jì)煤種。由于近幾年電廠用煤持續(xù)吃緊，本鍋爐實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種存在著較大的偏差，主要體現(xiàn)在燃用煤種的灰分相對較大，熱值較低。鍋爐在燃用設(shè)計(jì)煤種時，額定負(fù)荷下的燃料消耗量為142 t/h，而在燃用實(shí)際煤種過程中，鍋爐負(fù)荷在300 MW的情況下，燃料消耗量就高達(dá)181 t/h，這給制粉系統(tǒng)帶來了極大的負(fù)擔(dān)。這種情況下，A與B磨煤機(jī)的出力均在60t/h以上，有時甚至接近于設(shè)計(jì)的極限出力65 t/h，已經(jīng)沒有多少可調(diào)整的空間。而C磨煤機(jī)的出力相對較低，一般情況下都在50 t/h以下，有一定的優(yōu)化調(diào)整空間。

正常運(yùn)行過程中雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的出力主要受容量風(fēng)（負(fù)荷風(fēng)）和一次風(fēng)分離器擋板開度而定[2]。容量風(fēng)指的是進(jìn)入磨煤機(jī)干燥和攜帶煤粉的風(fēng)，對于雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)在料位正常的情況下，磨煤機(jī)出力隨著容量風(fēng)的增加而增加。一次風(fēng)分離器擋板開度具有雙重作用，擋板開度增加，出口煤粉變粗，煤粉在磨煤機(jī)中的循環(huán)次數(shù)減少，出力相應(yīng)增加。對于本鍋爐C磨煤機(jī)而言，在容量風(fēng)開度較大的情況下，磨煤機(jī)的最大出力仍在50 t/h以下，說明制約本臺磨煤機(jī)出力增加的因素可能是一次風(fēng)分離器擋板開度太小造成的。后對C磨煤機(jī)煤粉細(xì)度進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)C磨煤機(jī)煤粉相對較細(xì)，這也驗(yàn)證了上述推斷。因此本文分別將CE和CF出口分離器的擋板開度增大5.5%和7.2%，調(diào)整后C磨煤機(jī)的出力變化見圖4。

圖4 C磨煤機(jī)優(yōu)化調(diào)整后出力變化

通過對C磨煤機(jī)一次風(fēng)分離器擋板開度進(jìn)行調(diào)整，CE出口的出力由調(diào)整前的25.9 t/h提高到30.4 t/h，CF出口出力由原來的23.8 t/h提高到28.5 t/h，而C磨煤機(jī)的總出力比調(diào)整前提高了9.1 t/h。按目前燃用煤質(zhì)來算，制粉出力增加10 t/h左右的裕量，鍋爐負(fù)荷可提高將近18 MW，改善了鍋爐帶額定高負(fù)荷的能力。調(diào)整后對C磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度做了測試，發(fā)現(xiàn)并沒有明顯上升。且通過測試飛灰和爐渣的含碳量也沒有太大變化，說明對C磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度的調(diào)節(jié)是處于合理范圍的。

2.3 煤粉細(xì)度優(yōu)化調(diào)整

煤粉細(xì)度對鍋爐的燃燒特性有著顯著的影響。一般來說合適的煤粉細(xì)度應(yīng)該是結(jié)合鍋爐的設(shè)計(jì)情況、運(yùn)行情況，以及實(shí)際燃用煤種通過試驗(yàn)來確定，既要保證較高的鍋爐燃燒效率，同時制粉能耗還不能太高。針對試驗(yàn)鍋爐所體現(xiàn)出的飛灰和爐渣含碳量偏高的問題，本文分析認(rèn)為可能是由于各臺磨煤機(jī)煤粉細(xì)度不合理所造成的。對3臺磨煤機(jī)的一次風(fēng)分離器出口煤粉分別進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)C磨煤機(jī)煤粉細(xì)度較細(xì)（上文中已做了相應(yīng)調(diào)整），而A、B兩臺磨煤機(jī)的煤粉相對較粗，特別是A磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度高達(dá)16.5%，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值10%。A磨煤機(jī)的煤粉分供A、B兩層燃燒器，而A、B兩層燃燒器布置在爐膛底部靠近爐膛的冷灰斗，如果A、B兩層燃燒器的煤粉較粗，部分粒徑較大的煤粉顆粒尚未完全燃燼就掉進(jìn)了冷灰斗，造成爐渣含碳量偏高。

對于雙進(jìn)雙出鋼球磨而言，煤粉細(xì)度主要受磨煤機(jī)料位、制粉出力和分離器擋板開度而定。本文在其他情況不變的條件下，通過適當(dāng)調(diào)小A磨煤機(jī)分離器擋板開度降低煤粉細(xì)度。將A磨煤機(jī)的AA和AB擋板開度分別關(guān)小8.3%和5%，調(diào)整后測試A磨煤機(jī)分離器出口的煤粉細(xì)度，發(fā)現(xiàn)并沒有明顯的降低。這說明A磨煤機(jī)內(nèi)的煤粉細(xì)度相對較粗，通過調(diào)整擋板開度對煤粉細(xì)度的調(diào)節(jié)作用有限，需考慮采取其他措施降低A磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度。

2.4 鋼球裝載量及球徑比的優(yōu)化調(diào)整

通過調(diào)整A磨煤機(jī)的分離器擋板開度來降低A磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度，效果不太明顯。后來通過分析磨煤機(jī)的運(yùn)行特性，及對運(yùn)行人員的調(diào)研了解到，由于運(yùn)行人員非常關(guān)注制粉能耗，但又沒有科學(xué)可靠的補(bǔ)充、更換鋼球規(guī)程，因此對磨煤機(jī)的鋼球裝載量和補(bǔ)鋼球量嚴(yán)格控制，已有較長時間未更換和補(bǔ)充鋼球了。另了解到本磨煤機(jī)鋼球?yàn)槠胀ǜ咩t鑄球，襯板為ZGCr13Mn2材質(zhì)，球耗相對較高。根據(jù)目前A、B兩臺磨煤機(jī)的電流及運(yùn)行特性來看，兩臺磨煤機(jī)的鋼球磨損都非常嚴(yán)重，已經(jīng)無法磨制合格細(xì)度的煤粉，鋼球裝載量已嚴(yán)重不足。

雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)鋼球裝載量和球徑比對磨煤出力和煤粉細(xì)度有著至關(guān)重要的影響。一般來說，隨著鋼球裝載量的增加，磨煤機(jī)的出力也會隨之增加，但二者并不完全呈線性關(guān)系。鋼球量裝載過大時，雖然能夠保證磨煤機(jī)制粉的出力，但制粉能耗也會隨之增加。同時鋼球裝載量又不能太小，若鋼球裝載量偏小，鍋爐高負(fù)荷時不能保證及時帶上負(fù)荷，較低負(fù)荷時又不能保證最小出力且煤粉細(xì)度不合格，造成燃燒不穩(wěn)定，鍋爐容易熄火等問題。因此有必要通過特定的優(yōu)化試驗(yàn)確定合適的鋼球裝載量。鋼球球徑比對制粉過程也有著重要的影響，基本原則是當(dāng)磨制煤種較硬時，應(yīng)保證較大直徑鋼球的比例，從而增加鋼球?qū)γ簤K的撞擊作用；而當(dāng)煤種煤質(zhì)較軟時，應(yīng)適當(dāng)增加較小直徑鋼球的比例，以增加鋼球和煤研磨的接觸表面積。

由于本試驗(yàn)鍋爐沒有詳細(xì)的補(bǔ)鋼球資料，且未進(jìn)行過鋼球磨損試驗(yàn)，本文在保證鍋爐和制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，采用少量漸進(jìn)的方法逐步補(bǔ)充鋼球，補(bǔ)充鋼球具體措施如表2。

表2 磨煤機(jī)鋼球裝載量調(diào)整

通過兩次對鋼球裝載量的優(yōu)化調(diào)整，A、B兩臺磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度有了明顯的下降。并且對飛灰和爐渣的含碳量做了相應(yīng)的測試，發(fā)現(xiàn)爐渣的含碳量由調(diào)試前的18.3%降低到10.1%，而飛灰的含碳量由調(diào)試前的4.1%降到了3.1%。說明這些優(yōu)化調(diào)整措施有效地降低了煤粉細(xì)度，對改善爐內(nèi)燃燒狀況起到了非常明顯的作用。

由于受現(xiàn)場生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)條件限制，本文未對鋼球球徑比做優(yōu)化調(diào)整。在今后有檢修計(jì)劃時，應(yīng)及時將不合格鋼球剔除，并進(jìn)行相應(yīng)的球徑比優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。

2.5 旁路風(fēng)調(diào)整

通常旁路風(fēng)在雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)中的作用主要有兩個：第一，用作原煤的預(yù)干燥。由于旁路風(fēng)是熱風(fēng)直接進(jìn)入混煤箱，當(dāng)原煤水分較大的時候，為了防止發(fā)生落煤管堵塞，可適當(dāng)開大旁路風(fēng)門開度，強(qiáng)化對原煤的干燥；第二，磨煤機(jī)出力較低時，保證對煤粉的輸送速度。雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的出力主要靠容量風(fēng)來調(diào)整，容量風(fēng)越大，對煤粉的攜帶能力越強(qiáng)，磨煤機(jī)出力越大，相應(yīng)的一次風(fēng)風(fēng)管風(fēng)速也越大。相反當(dāng)磨煤機(jī)出力降低時，相應(yīng)的容量風(fēng)也要下降，如果沒有旁路風(fēng)，就不能保證一次風(fēng)管的風(fēng)速，而煤粉就有可能在一次風(fēng)管中沉積，增加自燃或者爆炸的可能性。因此，在磨煤機(jī)出力較低的情況下，必須增大旁路風(fēng)量保證一次風(fēng)對煤粉的輸送能力。

另外，旁路風(fēng)還對一次風(fēng)管風(fēng)粉混合物的溫度和濃度有一定的影響。旁路風(fēng)不通過磨煤機(jī)而直接由混煤箱進(jìn)入一次風(fēng)管，由于旁路風(fēng)是熱風(fēng)，在容量風(fēng)不變的情況下，增加旁路風(fēng)門開度可以適當(dāng)提高磨煤機(jī)一次風(fēng)出口溫度，這對改善劣質(zhì)燃料的著火和穩(wěn)燃是有利的。但增加旁路風(fēng)量的同時，不僅降低了一次風(fēng)的煤粉濃度和還增加磨煤機(jī)的制粉能耗[3]。因此，在保證一次風(fēng)管煤粉速度的前提下應(yīng)盡量降低旁路風(fēng)的使用量。本文在保證系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，對旁路風(fēng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。優(yōu)化調(diào)整措施見表3。

表3 磨煤機(jī)旁路風(fēng)的調(diào)整

3 優(yōu)化調(diào)整效果

制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整主要是為了提高制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而改善鍋爐的運(yùn)行特性。本文通過對制粉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整不僅改善了機(jī)組帶高負(fù)荷的性能，還提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，調(diào)整效果見表4。

表4 優(yōu)化調(diào)整前后鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性對比

工況說明：1號工況位調(diào)試前基礎(chǔ)對比工況，2號工況為降低A磨煤機(jī)煤粉細(xì)度調(diào)整，3號工況為旁路風(fēng)門調(diào)整，4號工況為磨煤機(jī)鋼球裝載量調(diào)整（A磨加4 t鋼球，B磨加2 t鋼球），5號工況為磨煤機(jī)鋼球裝載量調(diào)整（A磨加13 t鋼球，B磨加5 t鋼球）。

1號工況為260 MW摸底試驗(yàn)，可以表征調(diào)試前鍋爐的運(yùn)行水平，并且可以作為調(diào)整試驗(yàn)的基礎(chǔ)。由試驗(yàn)結(jié)果來看調(diào)整前鍋爐熱效率為87.24%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)效率92%，而造成這一結(jié)果的主要原因是機(jī)械未完全燃燒熱損失項(xiàng)太大了。2號工況為降低A磨煤機(jī)煤粉細(xì)度，由試驗(yàn)結(jié)果可以看出飛灰的含碳量稍微有所降低，而爐渣的含碳量反而上升了，對鍋爐熱效率的提高效果有限。4號、5號工況分別為A和B磨煤機(jī)鋼球裝載量優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后效果十分明顯，飛灰和爐渣的含碳量都大幅下降，尤其是爐渣的含碳量由調(diào)整前的19.02%降到了10.03%，降幅達(dá)到了47.27%。機(jī)械未完全燃燒熱損失由調(diào)整前的6.09%下降到2.97%，鍋爐熱效率也由調(diào)整前的87.24%提高到90.77%，大幅提高了鍋爐運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

本文針對試驗(yàn)鍋爐所配雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)運(yùn)行中存在的問題及其運(yùn)行特點(diǎn)，對制粉系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。所得結(jié)論如下。

a）雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)對煤種的適應(yīng)性較廣。但燃用煤種（煤質(zhì)較差）偏離設(shè)計(jì)煤種較大時，會造成制粉系統(tǒng)出力不足，煤粉細(xì)度不合格等問題。因此煤質(zhì)變化較大時，需對制粉系統(tǒng)做相應(yīng)調(diào)整。

b）一次風(fēng)四角均勻性對四角切圓燃燒方式具有重要影響。一次風(fēng)偏差較大會使得火焰偏斜、貼壁或者沖墻，增大水冷壁發(fā)生結(jié)渣和腐蝕的可能性。因此，在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)盡量保證一次風(fēng)四個角的均勻性。

c）鋼球裝載量對雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)的出力和煤粉細(xì)度具有雙重作用。鋼球裝載量較高時，雖能保證磨煤出力和煤粉細(xì)度，但會增加制粉能耗。鋼球裝載量太低時，既不能保證磨煤出力，同時煤粉細(xì)度不合格。因此，應(yīng)通過鋼球裝載量的優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn)，尋求最佳的鋼球裝載量。

［1］ 許明峰，王春玉，王磊，等.雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性分析［J］.河南電力，2005，（3）：20-28.

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