張景弘，宋金禮，宋文雷，張 博，崔 浩

(1.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司大連發(fā)電有限公司，遼寧 大連 116000；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

某電廠2×300 MW機(jī)組鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式。近年來(lái)，由于煤炭供應(yīng)緊張，電廠燃燒供應(yīng)受到很大影響[1]。為此，各電廠都在尋找合適煤源，導(dǎo)致煤種眾多，鍋爐因煤質(zhì)頻繁變動(dòng)而存在各種安全隱患[2]。本工程原設(shè)計(jì)煤為褐煤，電廠目前實(shí)際來(lái)煤多為煙煤和印尼褐煤。

由于受燃用煤種的影響，電廠計(jì)劃摻燒部分煙煤，但摻燒比例較大時(shí)，冷一次風(fēng)門全開(kāi)，仍不能保證磨煤機(jī)出口風(fēng)溫在70 ℃以下，磨煤機(jī)均出現(xiàn)出口溫度過(guò)高的情況，帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)[3]，制粉系統(tǒng)安全性不能得到保障，影響機(jī)組安全運(yùn)行。需要對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行校核熱力計(jì)算，確定最佳改造方案[4]。

1 存在問(wèn)題

電廠原設(shè)計(jì)煤為褐煤，目前實(shí)際來(lái)煤多為煙煤和印尼褐煤。電廠計(jì)劃最大煙煤摻燒比例為煙煤：印尼褐煤=1∶2。鍋爐燃用褐煤時(shí)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度一般控制在60～65 ℃，如果摻燒煙煤比例過(guò)大，磨煤機(jī)出口風(fēng)溫會(huì)升至70 ℃以上，使磨煤機(jī)存在一定安全隱患。所以，增大磨煤機(jī)冷風(fēng)量，控制磨煤機(jī)出口溫度在70 ℃以下，改造磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管道尺寸勢(shì)在必行。

2 原因分析

磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度偏高主要受煤質(zhì)影響，原設(shè)計(jì)煤質(zhì)水分高，發(fā)熱量低，而摻燒煙煤后，煤質(zhì)水分降低，發(fā)熱量升高，在機(jī)組帶同樣負(fù)荷時(shí)需要的煤量減少，干燥量同樣減少。在煙煤與褐煤比例為1∶2時(shí)，摻燒煤質(zhì)水分較原設(shè)計(jì)煤質(zhì)水分高，而發(fā)熱量較設(shè)計(jì)煤質(zhì)高出9%，意味著在相同負(fù)荷下，摻燒煤質(zhì)質(zhì)量流量相比設(shè)計(jì)煤質(zhì)少9%左右。煤質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 原設(shè)計(jì)煤質(zhì)及摻燒煤質(zhì)

經(jīng)過(guò)計(jì)算，BMCR工況單臺(tái)磨煤機(jī)在摻燒煤質(zhì)下入口風(fēng)溫為344.9 ℃，需要的總冷風(fēng)量為46.4 t/h，算上磨煤機(jī)的密封風(fēng)，通過(guò)冷一次風(fēng)母管的總風(fēng)量為60 t/h，小于62 t/h的設(shè)計(jì)值。理論上磨煤機(jī)在碾磨摻燒煤質(zhì)下的冷風(fēng)量可以滿足要求。出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果偏差的原因：一是實(shí)際摻燒的煤質(zhì)與目前電廠提供的煤質(zhì)不一致；二是煙煤與褐煤的摻燒比例不是1∶2，煙煤的摻燒比例要大于33%，主要是上煤時(shí)實(shí)際摻燒比例很難控制為1∶2。

通過(guò)了解，在以前摻燒時(shí)出現(xiàn)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度超過(guò)70 ℃的工況，燃用的煤質(zhì)是煙煤與印尼褐煤進(jìn)行摻燒的，這就排除了原因一。根據(jù)計(jì)算，煙煤摻燒比例從33%升至38%，在保證磨煤機(jī)其他參數(shù)不變的情況下，影響磨煤機(jī)入口溫度19 ℃，總冷風(fēng)量增加19 t/h左右，所以煙煤的實(shí)際摻燒比例對(duì)冷風(fēng)量影響非常大。

3 制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算

需要對(duì)煤質(zhì)在不同摻燒比例下的工況進(jìn)行制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算，以了解需要的冷風(fēng)量。

選取額定負(fù)荷，磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)選擇5臺(tái)(4運(yùn)1備)，單臺(tái)磨煤機(jī)出力為45 t/h，空預(yù)器出口熱一次風(fēng)溫度按照設(shè)計(jì)值394.4 ℃選取，磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)溫度按照設(shè)計(jì)值389.4 ℃選取(考慮5 ℃的溫降)，煤粉水分按照設(shè)計(jì)值14.2%選取，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算結(jié)果

由表2可知，在煙煤與褐煤摻燒比例為1∶2時(shí)，計(jì)算磨煤機(jī)入口風(fēng)溫為344.9 ℃，磨煤機(jī)入口冷風(fēng)總量為46.4 t/h。煙煤與褐煤摻燒比例為33∶67時(shí)，通過(guò)冷一次風(fēng)母管的總流量為60.0 t/h；煙煤與褐煤摻燒比例為37∶63時(shí)，通過(guò)冷一次風(fēng)母管的總流量為75.2 t/h；煙煤與褐煤摻燒比例為40∶60時(shí)，通過(guò)冷一次風(fēng)母管的總流量為86.3 t/h。

所以，當(dāng)煙煤摻燒比例稍高于1∶2時(shí)，需要的冷風(fēng)量明顯增大，目前的冷風(fēng)量不足，需要對(duì)冷一次風(fēng)管道進(jìn)行改造。

4 冷一次風(fēng)管道改造

4.1 管道形式

冷一次風(fēng)管道主要由一次風(fēng)機(jī)出口至分配母管管道、分配母管及分配母管至冷熱風(fēng)混合點(diǎn)(磨煤機(jī)入口)管道3個(gè)部分組成。圖1為冷一次風(fēng)管道示意圖。

圖1 冷一次風(fēng)管道示意圖

4.2 冷一次風(fēng)管道阻力計(jì)算

將原分配母管至磨煤機(jī)入口冷風(fēng)管道(Φ377 mm)管徑增大，并進(jìn)行制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算及冷、熱一次風(fēng)管道阻力計(jì)算，確定管徑大小，滿足本工程改造目標(biāo)。

由表3計(jì)算數(shù)據(jù)可知，煙煤與印尼褐煤摻燒比例為1∶2時(shí)，冷一次風(fēng)母管內(nèi)氣體流速為16.22 m/s，分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管內(nèi)氣體流速為23.47 m/s，分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管管徑為Φ377 mm，冷一次風(fēng)管道總阻力為1355 Pa，小于熱一次風(fēng)管道總阻力，滿足要求；煙煤與印尼褐煤摻燒比例為37∶63時(shí)，冷一次風(fēng)母管內(nèi)氣體流速為20.3 m/s，分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管內(nèi)氣體流速為15.5 m/s，分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管管徑為Φ530 mm，冷一次風(fēng)管道總阻力為1427 Pa，與熱一次風(fēng)管道總阻力相近，基本滿足要求；煙煤與印尼褐煤摻燒比例為40∶60時(shí)，冷一次風(fēng)母管內(nèi)氣體流速為23.3 m/s，分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管內(nèi)氣體流速為9.82 m/s，分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管管徑為Φ720 mm，冷一次風(fēng)管道總阻力為1604 Pa，大于熱一次風(fēng)管道總阻力，無(wú)法滿足要求。說(shuō)明當(dāng)煙煤與印尼褐煤摻燒比例達(dá)到40∶60時(shí)，僅增加分配母管至磨煤機(jī)入口冷一次風(fēng)管管徑是不能滿足磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)干燥出力要求，需要將冷一次風(fēng)母管進(jìn)行增容。

表3 冷一次風(fēng)管道改造計(jì)算結(jié)果

由此可見(jiàn)，將分配母管至磨煤機(jī)入口管道管徑由Φ377 mm增至Φ530 mm后，可滿足煙煤摻燒比例達(dá)到37%，基本能滿足電廠摻燒煙煤后磨煤機(jī)出口溫度保持在70 ℃以下的要求。

通過(guò)采取上述改造措施后，經(jīng)過(guò)改造后的性能試驗(yàn)，在磨制相同煤的前提下，冷風(fēng)門開(kāi)度相同時(shí)，改造后磨煤機(jī)出口溫度低于改造前1.4 ℃，磨煤機(jī)出口溫度能保持在70 ℃以下，改造效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)機(jī)組摻燒煙煤后磨煤機(jī)出口溫度升高的問(wèn)題進(jìn)行分析，進(jìn)而進(jìn)行制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算和一次風(fēng)管阻力計(jì)算，確定最佳改造方案，保證磨煤機(jī)出口溫度在安全范圍內(nèi)，改造效果良好，為電廠在遇到同類型問(wèn)題時(shí)提供借鑒。