江蘇國信揚州發(fā)電有限責(zé)任公司 李 華 西安熱工研究院有限公司 丁奕文 梅振鋒

目前，我國大型燃煤電廠通常采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，由于受到現(xiàn)場空間限制，冷、熱一次風(fēng)道往往布置不太合理，導(dǎo)致磨煤機(jī)入口風(fēng)量測量不準(zhǔn)、各臺磨煤機(jī)入口風(fēng)量偏差大等問題[1-3]。江蘇國信揚州發(fā)電有限責(zé)任公司3號鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生直流鍋爐，采用單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π型布置。3號機(jī)組制粉系統(tǒng)存在磨煤機(jī)一次風(fēng)量分配偏差問題，具體表現(xiàn)在高負(fù)荷下六臺磨煤機(jī)同時運行時，B磨煤機(jī)在熱一次風(fēng)門全開的情況下，入口一次風(fēng)量相較其他磨煤機(jī)偏小，限制了B磨煤機(jī)的出力，影響了機(jī)組安全穩(wěn)定運行。通過對表盤參數(shù)以及現(xiàn)場實地觀察，初步確定B磨煤機(jī)缺風(fēng)問題是由一次風(fēng)量測量不準(zhǔn)以及熱一次風(fēng)道布置不合理引起的。

1 數(shù)值計算分析

1.1 磨煤機(jī)入口一次風(fēng)測量截面流場模擬

圖2為目前磨煤機(jī)B、C入口一次風(fēng)道結(jié)構(gòu)圖，該段結(jié)構(gòu)建模始于熱一次風(fēng)母管，止于磨煤機(jī)入口。在現(xiàn)有冷、熱一次風(fēng)道布置條件下，冷、熱一次風(fēng)在流動方向上混合非常差，冷一次風(fēng)只靠自身動量很難穿透熱一次風(fēng)，混合氣流一直往下游發(fā)展，下游發(fā)展段距離較短，冷熱一次風(fēng)也很難進(jìn)行充分的混合，在線測點截面的速度場和溫度場均勻性較差，僅通過冷熱一次風(fēng)自身混合作用很難獲得較為理想的一次風(fēng)流場。

圖1 現(xiàn)有冷、熱一次風(fēng)道布置示意圖

圖2 磨煤機(jī)B、C入口一次風(fēng)道結(jié)構(gòu)圖

從圖3可看出，測量截面上部速度較大，下部速度較小，此外冷熱風(fēng)形成明顯的溫度分層，冷風(fēng)基本處于外側(cè)，出現(xiàn)明顯的流體高速區(qū)和低速區(qū)，以及明顯的高溫區(qū)和低溫區(qū)。因此現(xiàn)有一次風(fēng)道布置條件下冷風(fēng)和熱風(fēng)沒有充分混合，冷風(fēng)和熱風(fēng)分層流動，這對一次風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性有著極大影響。測量截面的流場環(huán)境非常差，在線一次風(fēng)量根本無法實現(xiàn)精確測量，且溫度場“涇渭分明”的混合一次風(fēng)進(jìn)入到磨煤機(jī)內(nèi)部，必然會影響磨煤機(jī)的安全運行。對模擬計算結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結(jié)果表明，磨煤機(jī)B入口風(fēng)量測量截面上速度和溫度分布極為不均，速度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到21.8%，溫度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到10.7%，進(jìn)一步驗證了速度場和溫度場的均勻性較差，導(dǎo)致測量截面風(fēng)量測量的偏差。

圖3 磨入口風(fēng)道一次風(fēng)速度場、溫度場云圖（優(yōu)化前）

1.2 磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量分配數(shù)值模擬

優(yōu)化前A～F磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量（kg/s）分配分別為29.0/24.3/23.5/23.4/24.4/29，平均風(fēng)量25.6kg/s，偏差（%）分別為13.3/-5.1/-8.2/-8.6/-4.7/13.3。通過對熱一次風(fēng)道1：1建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬，分析在現(xiàn)有一次風(fēng)道結(jié)構(gòu)下各臺磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量偏差。從以上統(tǒng)計結(jié)果上看，BCDE磨存在一定程度的缺風(fēng)問題。本次模擬假設(shè)磨煤機(jī)入口壓力相同情況下，實際運行中各臺磨煤機(jī)入口壓力受到磨煤機(jī)本體阻力和磨煤機(jī)出口粉管阻力的影響，各臺磨煤機(jī)入口壓力不盡相同，且同一臺磨煤機(jī)入口壓力受到煤質(zhì)等因素影響很大，入口壓力值變化較大。數(shù)值模擬中僅考慮相同磨煤機(jī)入口壓力情況下、熱一次風(fēng)道結(jié)構(gòu)對一次風(fēng)量分配的影響。

實際運行中B磨煤機(jī)確實存在較為嚴(yán)重的缺風(fēng)問題，而C磨煤機(jī)則不存在缺風(fēng)的問題。從圖1可看出，熱一次風(fēng)道母管分為四根支管分別進(jìn)入六臺磨煤機(jī)，其中B磨和C磨共用同一根支管，通過在該支管與母管接口處加裝擴(kuò)口以及在該支管內(nèi)加裝分流板，最終可增大B磨的熱一次風(fēng)量，從而解決B磨缺風(fēng)問題。

2 優(yōu)化改造方案

磨煤機(jī)入口一次風(fēng)測量截面流場優(yōu)化：通過在冷一次風(fēng)接入熱一次風(fēng)道的接入口進(jìn)行改造，將原先的一股冷風(fēng)分叉進(jìn)入熱一次風(fēng)道，并在熱一次風(fēng)道內(nèi)加裝冷風(fēng)混合器，將冷一次風(fēng)和熱一次風(fēng)充分混合，從而提高一次風(fēng)測量截面速度場和溫度場的均勻性。從圖4中可看出，改造后冷一次風(fēng)和熱一次風(fēng)得到充分混合，B磨煤機(jī)一次風(fēng)測量截面流場的均勻性得到了顯著的提升，改造后在線測量截面處速度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)差的平均值為15.9%，相比改造前下降了6個百分點；改造后在線測量截面處溫度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)差的平均值為6.6%，相比改造前下降了4個百分點，流場分布的均勻性明顯提高，這將大大提高磨煤機(jī)B一次風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性。

圖4 磨入口風(fēng)道一次風(fēng)速度場、溫度場云圖（優(yōu)化后）

圖5 磨入口熱一次風(fēng)道流線圖（優(yōu)化后）

磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量分配優(yōu)化：為增加B磨煤機(jī)的一次風(fēng)量，在B磨煤機(jī)的熱一次風(fēng)支管加裝擴(kuò)口以及支管內(nèi)部加裝分流板和導(dǎo)流板。優(yōu)化后A～F磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量（kg/s）分配的數(shù)值模擬結(jié)果分別為28.4/27.5/24.1/21.8/23.6/28.3，平均風(fēng)量25.6kg/s，偏差（%）分別為10.9/7.4/-5.9/-14.9/-7.9/10.5。通過改造優(yōu)化，B磨煤機(jī)的一次風(fēng)量得到一定提升，從改造前的24.3kg/s提升到27.5kg/s，風(fēng)量提升了13.2%。從改造后實際運行結(jié)果看，改造后B磨煤機(jī)缺風(fēng)的問題得到解決，在六臺磨煤機(jī)熱一次風(fēng)門全開的情況下，B磨煤機(jī)風(fēng)量和其他磨煤機(jī)風(fēng)量相當(dāng)，改造效果良好。

綜上，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量流場優(yōu)化技術(shù)能有效解決單臺磨煤機(jī)缺風(fēng)問題，通過提升一次風(fēng)量測量準(zhǔn)確度以及優(yōu)化一次風(fēng)量分配，提升缺風(fēng)的磨煤機(jī)的一次風(fēng)量，在630MW機(jī)組進(jìn)行了應(yīng)用后實施效果顯著，結(jié)論如下：改造后，磨煤機(jī)B入口在線測量截面處速度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)差的平均值為15.9%，相比改造前下降了6個百分點；在線測量截面處溫度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)差的平均值為6.6%，相比改造前下降了4個百分點，流場分布的均勻性明顯提高；改造后B磨的一次風(fēng)量得到一定提升，從改造前的24.3kg/s提升到27.5kg/s，風(fēng)量提升了13.2%。