300 MW燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)改造技術(shù)研究

趙　明，宋云華

(1. 廣州珠江電力有限公司，廣東 廣州511457； 2. 廣州發(fā)展電力集團(tuán)有限公司，廣東廣州510623)

300 MW燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)改造技術(shù)研究

趙明1，宋云華2

(1. 廣州珠江電力有限公司，廣東 廣州511457； 2. 廣州發(fā)展電力集團(tuán)有限公司，廣東廣州510623)

摘要：針對某燃煤電廠300 MW中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，通過采用制粉系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)與空預(yù)器系統(tǒng)聯(lián)合設(shè)計與改造的方式，提高制粉系統(tǒng)對煤種的適應(yīng)性以及制粉系統(tǒng)出力，改造過程中通過設(shè)備選型分析及校核計算、冷態(tài)動力場試驗、磨煤機(jī)性能試驗及鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整，使制粉系統(tǒng)改造達(dá)到了預(yù)期效果。試驗結(jié)果表明：在鍋爐效率保持不變的前提下，制粉系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)與空預(yù)器系統(tǒng)聯(lián)合改造后磨煤機(jī)出力得到有效提高，機(jī)組對煤種的適應(yīng)能力得到顯著增強(qiáng)，同時系統(tǒng)改造后有效提高了一次風(fēng)機(jī)裕量以及熱一次風(fēng)溫，減少磨煤機(jī)設(shè)備維護(hù)、取得了較好的經(jīng)濟(jì)和安全效益。

關(guān)鍵詞：制粉系統(tǒng)；煤種適應(yīng)性；燃煤成本；效益

中圖分類號：TK223

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2015.04.013

收稿日期：2015-02-03。

作者簡介：趙明(1982-)，男，工程師，主要研究方向為火力發(fā)電技術(shù)及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，E-mail：kimming1982@126.com。

Abstract：In this paper, we focus on the research of a 300 MW medium speed mill pulverizing system. Through the joint design and transformation of milling system, primary air system and air pre-heater system, we improved coal adaptability and output of the pulverizing system. During the transformation process we also did some equipment selection analysis and checking calculations, cold dynamic field tests, mill performance tests and the boiler combustion optimization, finally the result met our expectations. The result showed that: In the context of unchanged boiler efficiency, the milling system, primary air system, air pre-heater system and mill output had been effectively improved, and the unit coal adaptability had been significantly enhanced. At the same time, after the transformation, the primary fan margin and the primary air temperature were significantly improved, and the mill equipment maintenance was reduced. Finally we got good economic and safety benefits.

Keywords：pulverizing system; coal adaptability; cost of coal; benefits

0引言

近年來，隨著電力總裝機(jī)容量的快速增長，煤炭市場供需發(fā)生顯著變化，鍋爐燃煤煤質(zhì)波動大，大量電站鍋爐實際燃用煤種嚴(yán)重偏離原設(shè)計煤種，導(dǎo)致在機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一系列問題，如鍋爐燃燒不穩(wěn)定、燃燒飛灰含碳量高、鍋爐經(jīng)濟(jì)性差，爐膛結(jié)渣等問題，與此同時由于入爐煤種變化顯著，導(dǎo)致原設(shè)計的制粉系統(tǒng)發(fā)生諸多突出問題，如磨煤機(jī)出力不足，一次風(fēng)量及風(fēng)溫不夠，顯著影響了機(jī)組帶負(fù)荷能力和運(yùn)行安全性[1，2]。

為了適應(yīng)煤炭市場的變化，針對某電廠300 MW亞臨界參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，在運(yùn)行時實際入爐煤偏離設(shè)計煤種，導(dǎo)致一次風(fēng)溫偏低，制粉出力受限，嚴(yán)重影響機(jī)組帶負(fù)荷能力的問題，對該電廠中速磨直吹制粉系統(tǒng)進(jìn)行一次風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)與空預(yù)器系統(tǒng)聯(lián)合設(shè)計與改造，在兼顧鍋爐效率的前提下，通過系統(tǒng)改造，提高機(jī)組對煤質(zhì)的適應(yīng)能力，提高一次風(fēng)熱風(fēng)溫度與制粉系統(tǒng)出力，保證機(jī)組在現(xiàn)有煤質(zhì)變化的條件下仍能長期安全可靠的高效運(yùn)行；同時制粉系統(tǒng)改造后，進(jìn)行相應(yīng)的冷態(tài)動力場試驗、磨煤機(jī)性能試驗及鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整，在檢驗改造效果的同時，獲得更加經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行方式。

1改造前校核計算及設(shè)備選型

1.1　鍋爐概況與煤質(zhì)

該鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計制造的HG1021/18.2-YM3型亞臨界自然循環(huán)，一次中間再熱，單爐膛П型號布置，四角切圓燃燒方式，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣煤粉爐，制粉系統(tǒng)為RP-783型中速磨煤機(jī)，冷一次風(fēng)正壓直吹式。鍋爐原設(shè)計煤種為神府東勝煤，熱值較高，目前主燒煤種為神木2號(煤種1)、神木大混煤(煤種2)，熱值均偏低。主要煤質(zhì)參數(shù)如表1所示。

從表1中可以看出，目前入爐煤比原設(shè)計煤種的水分含量較高，熱值較低，在滿足同一工況時，需要較大的通風(fēng)出力、干燥出力及制粉出力。

表1　原設(shè)計煤種和當(dāng)前煤種特性

1.2　改造前校核計算

如表2所示，原磨煤機(jī)為上海重型機(jī)械廠引進(jìn)美國燃燒公司技術(shù)生產(chǎn)的RP-783型磨煤機(jī)，按原磨煤機(jī)RP-783型對近期主燒煤種進(jìn)行核算。從表2可以看出，按原磨煤機(jī)(RP783)5臺磨運(yùn)行，磨煤機(jī)的最大出力已經(jīng)無法滿足鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行要求，只能采用6臺磨運(yùn)行才能滿足。實際滿負(fù)荷運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生磨煤機(jī)故障時，需降出力運(yùn)行，嚴(yán)重影響了機(jī)組的帶負(fù)荷能力。因此，采用目前入爐煤種時需對磨煤機(jī)進(jìn)行重新選型，以滿足機(jī)組帶負(fù)荷要求。

表2　RP-783型磨煤機(jī)校核計算

1.3　空預(yù)器校核

改造前由于空預(yù)器漏風(fēng)率偏高(10%左右)，同時存在受熱元件變形或積灰引起的煙氣阻力大(300 MW時阻力達(dá)到1 330 Pa)，造成磨煤機(jī)通風(fēng)出力偏低，同時一次風(fēng)溫度比設(shè)計值偏低23 ℃，導(dǎo)致磨煤機(jī)干燥出力不足。從表3數(shù)據(jù)分析得知，空預(yù)器出口熱一次風(fēng)溫度為290 ℃左右，若燃用目前入爐煤種，一次風(fēng)溫難以滿足制粉系統(tǒng)的干燥出力要求，需對空預(yù)器進(jìn)行改造，提高一次風(fēng)溫，來滿足制粉系統(tǒng)的干燥出力要求。

表3　空預(yù)器校核計算

2設(shè)備選型及改造方案

由于本工程為改造工程，為盡量減小改造工程量，避免鍋爐本體受到較大影響，磨煤機(jī)臺數(shù)仍保持與原來一致，這樣可以使燃燒器層數(shù)保持不變，有利于保證原燃燒器及爐膛的熱負(fù)荷。

通過改造后校核煤種及磨煤機(jī)選型計算，本次改造磨煤機(jī)選用ZGM80G-Ⅲ型中速磨煤機(jī)可滿足鍋爐出力要求[3]。磨煤機(jī)改造后，原一次風(fēng)機(jī)無法保證TB點(diǎn)風(fēng)機(jī)性能，且BMCR點(diǎn)距風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定區(qū)近，容易失速，需全部改造更換一次風(fēng)機(jī)。經(jīng)過風(fēng)機(jī)選型計算，選用軸流風(fēng)機(jī)AST-1568/1120可滿足改造后制粉系統(tǒng)要求?？紤]提高熱一次風(fēng)溫，需同時對鍋爐空預(yù)器進(jìn)行改造，選擇改變空預(yù)器旋轉(zhuǎn)方向，同時將蓄熱元件熱段板型由原來的DU3改為FNC板型，經(jīng)過校核計算，改造后排煙溫度可以降低約5 ℃，一次熱風(fēng)出口溫度可以提高至325 ℃，二次熱風(fēng)出口溫度降低至295 ℃，理論上鍋爐效率較原來計算值提高約0.05%～0.1%，但風(fēng)側(cè)阻力將增加20 Pa，煙氣側(cè)阻力增加40 Pa，會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的電功耗增加。

3改造后試驗及優(yōu)化調(diào)整

3.1　冷態(tài)空氣動力場試驗

制粉系統(tǒng)改造后，為了獲得改造后設(shè)備投運(yùn)的實際運(yùn)行狀況，以便對制粉系統(tǒng)的改造效果進(jìn)行評估，進(jìn)行了全面的冷態(tài)空氣動力場試驗。在冷態(tài)空氣動力場試驗過程中，對磨煤機(jī)入口風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定，同時調(diào)整粉管可調(diào)伸縮孔進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗，同一磨煤機(jī)出口各一次風(fēng)管上的流速偏差控制在5%以內(nèi)(調(diào)平前后風(fēng)速偏差如表4)。調(diào)整后進(jìn)行爐內(nèi)火焰示蹤試驗結(jié)果表明，噴口出流與水冷壁間夾角合適，一次風(fēng)射流剛性較強(qiáng)，一次風(fēng)切圓沒有明顯的偏斜和貼壁，爐內(nèi)火焰充滿度良好，動力場火花示蹤效果如圖1。

表4　1號磨一次風(fēng)調(diào)平前后風(fēng)速偏差與調(diào)平結(jié)果

圖1　冷態(tài)動力場試驗一次風(fēng)噴口火花示蹤效果

3.2　改造后對制粉系統(tǒng)出力的影響

制粉系統(tǒng)改造后，進(jìn)行制粉性能考核試驗。試驗結(jié)果顯示改造后的磨煤機(jī)帶基本出力28 t/h運(yùn)行，煤粉細(xì)度R90為20.72%，煤粉均勻性指數(shù)為1.07，磨煤單耗為8.03 kW·h·t。磨煤機(jī)最大出力考核試驗中所有磨煤機(jī)均能帶最大出力35.8 t/h長時間安全穩(wěn)定運(yùn)行，但煤粉細(xì)度略有上升。磨煤機(jī)改造后同時對分離器擋板特性、磨輥加載壓力調(diào)整、磨煤機(jī)風(fēng)量調(diào)整等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗，分析影響磨煤機(jī)出力和單耗的因素如磨煤機(jī)出口溫度、通風(fēng)量、磨碗差壓、煤層厚度等,得出磨煤機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù),從而進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性[4]。

3.3　改造后對一次風(fēng)系統(tǒng)裕量的影響

改造后一次風(fēng)機(jī)考核試驗結(jié)果如圖2所示。各工況下一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)位于風(fēng)機(jī)性能曲線左上方，均遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)理論失速線，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在安全區(qū)域。額定負(fù)荷下一次風(fēng)機(jī)實際壓力小于BMCR設(shè)計壓力2.62%，額定負(fù)荷風(fēng)機(jī)運(yùn)行實際流量小于BMCR設(shè)計流量9.51%，新一次風(fēng)機(jī)均能滿足鍋爐BMCR工況需求?？紤]改造后一次風(fēng)機(jī)有較大裕量，運(yùn)行中風(fēng)機(jī)電流較高，在機(jī)組運(yùn)行中可對一次風(fēng)壓優(yōu)化調(diào)整，降低一次風(fēng)機(jī)電耗。

圖2　改造后一次風(fēng)機(jī)不同負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行曲線

3.4　改造后對空預(yù)器換熱性能的影響

改造后進(jìn)行空預(yù)器性能考核試驗，空預(yù)器進(jìn)口A，B側(cè)煙氣溫度分別為351.58 ℃與351.17 ℃，一次風(fēng)溫分別為37.1 ℃，38.9 ℃，二次風(fēng)溫分別為26.9 ℃，26.8 ℃；空預(yù)器出口A，B側(cè)煙氣溫度分別為133.82 ℃，134.81 ℃，一次風(fēng)溫分別為324.4 ℃，324.4 ℃，二次風(fēng)溫分別為301.0 ℃，294.8 ℃。300 MW負(fù)荷時A，B側(cè)空預(yù)器漏風(fēng)率分別為5.46%，5.82%，平均漏風(fēng)率為5.64%，空預(yù)器漏風(fēng)率與改造前明顯下降。

3.5　改造后鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗

制粉系統(tǒng)改造后，對鍋爐燃燒系統(tǒng)影響較大，若仍按原設(shè)計煤質(zhì)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，將會導(dǎo)致飛灰可燃物上升，鍋爐效率明顯下降。針對目前入爐煤質(zhì)，在不同負(fù)荷進(jìn)行變氧量、變一次風(fēng)壓、變擺角、變二次風(fēng)配風(fēng)方式進(jìn)行了全面的燃燒調(diào)整試驗。試驗結(jié)果顯示，與調(diào)整前習(xí)慣運(yùn)行工況和改造前工況對比，優(yōu)化試驗中飛灰中可燃物含量明顯降低，降低固體未完全燃燒熱損失約為0.3%，此外，優(yōu)化組合工況將運(yùn)行氧量控制在2.3%(習(xí)慣工況為2.6%)，在排煙溫度變化不大情況下，排煙熱損失亦有所減少。據(jù)反平衡法算得修正后鍋爐熱效率分別為94.11%和94.00%，相比習(xí)慣運(yùn)行工況分別提高0.73%和0.62%，表明經(jīng)過燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到顯著提高，鍋爐效率與改造前沒有明顯下降[5]，詳細(xì)測試數(shù)據(jù)見表5。

表5　改造前后及優(yōu)化后鍋爐試驗數(shù)據(jù)對比

4改造后運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

4.1　年燃煤成本降低估算

改造后電廠制粉系統(tǒng)煤種適應(yīng)性擴(kuò)大。如表6所示，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，改造前主燒煤種按照年均低位熱值22 990 kJ/kg折算，221.991萬t標(biāo)煤折算原煤282.98萬t，折算年燃煤成本16.43億元。改造后電廠可采用3種配煤方式上煤：(1)單燒21 736 kJ/kg的燃煤；(2)按照2∶3的比例，摻后平均熱值21 736 kJ/kg，摻燒22 990 kJ/kg和20 900 kJ/kg的燃煤；(3)單燒20 900 kJ/kg的燃煤。

表6　改造前后燃煤耗量及成本對比分析

單從收益角度講，單燒20 900 kJ/kg燃煤的收益率最高，但從綜合因素考慮，如全部燃用20 900 kJ/kg的校核煤種時，因原煤灰分高將增大鍋爐受熱面的磨損，又因燃煤熱值低、原煤消耗量大將造成制粉系統(tǒng)負(fù)荷重、電耗高，且增加煤場場存，因此實際運(yùn)行中建議不長期采用。因此電廠鍋爐煤種適應(yīng)性改造后，建議采用摻燒方式，不僅經(jīng)濟(jì)效益好，而且實際操作可行。

4.2　改造后磨煤機(jī)檢修費(fèi)用降低估算

磨輥壽命長短決定磨煤機(jī)檢修周期，從諸多電廠實際運(yùn)行情況對比，ZGM系列磨型與RP/HP系列磨型檢修周期約為1.5∶1的關(guān)系。按ZGM系列磨煤機(jī)總計檢修周期1.5年，RP/HP系列磨煤機(jī)為1年計算，目前1臺RP磨煤機(jī)檢修費(fèi)用約30萬元，年檢修費(fèi)用為720萬元，改造后采用ZGM系列磨煤機(jī)年檢修費(fèi)用為480萬元，磨煤機(jī)年檢修費(fèi)用可節(jié)約240萬元。

4.3　改造后電耗增加的費(fèi)用

制粉系統(tǒng)改造后，制粉量增加(按年增加16.13萬t計算)、磨煤機(jī)單位電耗約7 kW·h/t計算，磨煤機(jī)年增加電耗114萬kW·h，每臺鍋爐風(fēng)機(jī)功率增加約78 kW，按機(jī)組年運(yùn)行7 000 h計算，4臺鍋爐風(fēng)機(jī)年增加電耗218.4萬kW·h。合計增加電耗332.4萬kW·h，按0.45元/kW·h折算運(yùn)行成本增加149.6萬元。

4.4　安全性、經(jīng)濟(jì)性分析

ZGM系列磨煤機(jī)出力將較改造前RP783型磨煤機(jī)顯著提高，煤種適應(yīng)性強(qiáng)、研磨件使用壽命長、研磨效率提高、制粉設(shè)備可靠程度也將提高。燃用煤質(zhì)較差的校核煤種時能保證5臺磨運(yùn)行，1臺磨備用，不影響發(fā)電，提高了改造后制粉系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性。因此，從適應(yīng)不同煤種角度看將提高發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷的可靠性，提高了燃煤適應(yīng)性。因燃用灰分高、熱值低的原煤，改造會造成鍋爐煙風(fēng)量增加，會加劇鍋爐受熱面的磨損和增加鍋爐受熱面超溫的風(fēng)險，減溫水用量將增加，同時增加除塵、除灰、脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)施的工作負(fù)荷。

5結(jié)論

(1)通過采用制粉系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)與空預(yù)器系統(tǒng)聯(lián)合設(shè)計與改造的方式，提高制粉系統(tǒng)對煤種的適應(yīng)性以及出力。改造過程中通過設(shè)備選型分析及校核計算、冷態(tài)動力場試驗、磨煤機(jī)性能試驗及鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整，使改造達(dá)到了預(yù)期效果。(2)制粉系統(tǒng)改造后，可選擇合適摻燒方式，降低燃料成本，同時滿足機(jī)組帶滿負(fù)荷運(yùn)行要求，發(fā)揮較好的綜合效益。(3)改造后鍋爐摻燒低熱值煤，對爐效率有一定影響，若進(jìn)行制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗，可使機(jī)組能保持較好的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行[6，7]。

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Research on the 300 MW Coal-fired Boiler Pulverizing System Transformation

Zhao Ming1， Song Yunhua2(1. Zhujiang Power Limited Company, Guangzhou 511457, China;2. Guangzhou Development Power Group Incorporated, Guangzhou 510623, China)