300 MW燃煤机组提高磨煤机出口粉温试验研究

赵明 ，刘平，宋云华

(1.广州发展集团股份有限公司，广州　510623；2.广州发展电力集团有限公司，广州　510623)



300 MW燃煤机组提高磨煤机出口粉温试验研究

赵明1，刘平2，宋云华2

(1.广州发展集团股份有限公司，广州510623；2.广州发展电力集团有限公司，广州510623)

摘要：在某电厂300 MW燃煤机组进行提高磨煤机出口粉温试验研究，分析提高磨煤机出口粉温后对锅炉燃烧、机组经济性和安全性的影响。试验结果表明，磨煤机出口粉温由82.0 ℃提升至90.0 ℃运行，锅炉运行参数没有较大异常变化，锅炉排烟温度下降约4.0 ℃，影响煤耗下降约0.89 g/(kW·h)，经济效益显著。提高磨煤机出口粉温试验，不需要花费较大成本，便可创造出额外的经济效益，达到节能降耗的目的。

关键词：燃煤机组；出口粉温；系统余量；排烟温度；节能降耗

0引言

随着电力市场竞争日益激烈，节能降耗、全方位降低成本是发电企业在竞争中制胜的关键。提高磨煤机出口粉温，可以提高空气预热器(以下简称空预器)利用率和降低排烟温度，提高锅炉效率，但温度过高会导致煤粉自燃，甚至爆炸事故。所以，在安全基础上提高磨煤机出口粉温具有重要的节能意义[1-4]。

现有磨煤机出口温度是制造厂提供的设计数据(沿用原苏联标准)，一般燃烧烟煤磨煤机出口粉温常限制在80.0 ℃以下。磨煤机出口粉温被限制后，为保证通风出力，制粉系统常常要加入一定的冷风量进行调整，特别是对于低水分的煤种，所需冷风率可能达到50%以上，使得热风利用率降低(即空预器热利用率降低)，导致锅炉的排烟温度上升，影响锅炉运行的经济性。某电厂针对煤种特点、制粉系统余量及当前制粉系统优化运行的技术背景，积极开展提高磨煤机出口粉温试验研究，并在试验基础上制定提高磨煤机出口粉温优化运行措施，在保证磨煤机运行安全性的前提下，有效降低了磨煤机的冷风率，降低了锅炉排烟温度，提高了机组运行的经济性[5]。

1研究概况

1.1提高磨煤机出口粉温可行性研究

磨煤机出口粉温是反映磨煤机干燥出力、保证煤粉水分含量的主要参数，出口粉温的高低是防止煤粉自燃及气粉混合物爆炸的重要安全指标，同时也是制粉系统经济性的重要指标。

磨煤机出口粉温的选择需要根据挥发分来确定[6-8]，从煤粉防爆的角度来看，这是有一定依据的，因为挥发分与煤的可燃气体析出具有密切关系。不过，煤中的可燃气体析出需要具有一定的温度，煤在磨煤机中可能达到的最高温度不可能超过磨煤机入口的热风温度。

首先，煤中的水分不同，磨煤机的干燥出力也会不同，所需要的磨煤机入口风温也会不同，原煤水分每增加1%，磨煤机入口风温约增加12.0 ℃；其次，由于煤中外在水分气化会吸收大量的热，使得热风温度迅速下降，煤颗粒所能达到的温度一般远小于磨煤机入口的热风温度，原煤中的水分每汽化1%，热风温度约下降11.5 ℃。

因此，从安全性角度出发，磨煤机出口温度应根据磨煤机内煤所能达到的温度和该煤种可燃气体的析出温度以及水分来综合制定，只要煤颗粒达到的温度不高于煤中可燃气体析出温度，就可以认为磨煤机的运行是安全的[9]。

1.2设备概况

某电厂锅炉为HG-1021/18.2-YM3型、亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、半露天布置燃煤汽包炉，原设计煤种为陕西神府东胜煤(制粉系统改造后设计煤种为神木#2，校核煤种为神木大混、山西大混，煤质参数见表1)[10]。制粉系统采用正压直吹式，每台锅炉配备6台北京某厂生产的ZGM80G-III磨煤机，燃烧器为切向摆动式燃烧器，采用CE传统的大风箱结构。

表3　当前主烧煤种参数

表1　设计煤种、校核煤种参数

1.3系统余量评估

某电厂为提高制粉系统干燥出力，对空预器进行改造，改变原空预器转向并更换空预器蓄热元件，改造后热一次风温比改造前上升20.0～30.0 ℃，最高可达320.0 ℃，制粉系统干燥出力显著提高。在额定工况下，系统运行参数见表2。

表2　空预器改造后系统运行参数　 ℃

改造后制粉系统干燥余量较大，锅炉长期运行热风门开度为60%～70%，冷风门开度为30%～40%，部分低负荷工况冷风门开度甚至达到50%以上，冷风门开度较大造成磨煤机入口一次风温偏低，影响制粉系统干燥出力。同时，冷、热风门都存在一定的节流损失，使一次风机耗电率偏高。从电厂制粉系统长期运行数据及制粉系统性能试验报告评估[11]，在当前主烧煤种下，制粉系统有较大余量，可提高磨煤机出口粉温运行。

2试验研究

为探索提高磨煤机出口粉温的可行性及提高粉温后对机组经济、安全性能的影响，先选定1台机组开展试验研究。试验前对磨煤机风量、磨煤机出口CO浓度、出口粉温、排烟温度等相关测量回路及测点进行了校验和检查。试验煤种选取当前主烧煤种神木#2、神木#1、山西大混,主要参数见表3。试验前对煤种干燥无灰基进行校核计算，以上3种煤种干燥无灰基挥发分均小于39%，磨煤机出口粉温在不超过90.0 ℃的范围内运行均安全。

试验在较高负荷(80%负荷以上)下进行，先选择2台主力磨煤机分别进行神木#1、山西大混煤种的单磨试验，单磨试验成功后进行提高全部磨煤机出口粉温试验，同时进行提高粉温前后锅炉效率对比试验，分析提高磨煤机出口粉温对锅炉运行参数及机组整体经济性的影响。

3结果及讨论

3.1单磨试验

单磨试验过程中，#3磨煤机、#6磨煤机煤种分别为山西大混煤、神木#1煤。试验调整过程中，CO体积比均在1～3 mL/m3之间，提高磨煤机出口温度后，煤粉中CO析出的比例未随出口温度的提高而增加，从可燃气体防爆的角度可以认为磨煤机是安全的，具体参数见表4。

磨煤机出口温度提高后导致磨煤机内整体温度水平提高，磨煤机干燥出力增加，冷风门关小，锅炉排烟温度有所下降，调整过程参数如图1、图2所示。

3.2全磨试验

3.2.1全磨试验调整期间出口粉温变化

全磨试验选定煤种为神木#2，机组负荷保持在280 MW以上，除调整磨煤机出口温度外，不做其他燃烧调整，全磨试验调整期间出口粉温变化如图3所示。

表4　提高出口粉温后磨煤机出口CO监测情况

图1　#3磨出口粉温提高过程参数变化趋势

图2　#6磨出口粉温提高过程参数变化趋势

图3　全磨提高出口粉温运行趋势

3.2.2磨煤机入口风温变化

提高磨煤机出口粉温后，减小了冷风门开度，磨煤机入口风温明显升高。试验中磨煤机出口粉温提高至90.0 ℃后，磨煤机入口混合风温由240.0 ℃上升到300.0 ℃。

3.2.3对锅炉主要运行参数的影响

提高出口粉温调整期间，主蒸汽、再热蒸汽温度变化在正常范围内(如图4、图5所示)，锅炉过热器二级减温水略有下降，其他减温水使用量均无明显变化。

图4　主汽温度及再热汽温变化趋势

图5　减温水投入量变化趋势

3.2.4对排烟温度的影响

提高磨煤机出口粉温调整期间，空预器入口烟温先略有上升，稳定后呈下降趋势(如图6所示)，磨煤机出口粉温从82.0 ℃提高至90.0 ℃，空预器入口烟温约下降1.4 ℃。总体而言磨煤机出口粉温提高对空预器入口烟温的影响不大。排烟温度随着磨煤机出口温度的升高呈明显的下降趋势(如图7所示)，磨煤机出口温度从82.0 ℃提高至90.0 ℃后，排烟温度下降了1.5 ℃，考虑环境温升影响，提高磨煤机出口粉温后，影响锅炉排烟温度下降约3.0～4.0 ℃。

图6　主汽温度及再热汽温变化趋势

3.2.5对锅炉效率的影响

为评估提高出口粉温对机组经济性的影响，进行280 MW负荷下在线锅炉效率对比试验。工况1，磨煤机出口粉温在82.0 ℃运行；工况2，磨煤机出口粉温在90.0 ℃运行。对比试验结果见表5。

图7　减温水投入量变化趋势图

试验显示，出口粉温由82.0 ℃提升至90.0 ℃直接导致锅炉排烟温度下降约6.0 ℃，修正后排烟温度下降约4.0 ℃，锅炉效率增加约0.27%。

表5　锅炉效率测试数据及计算结果

4引提高磨煤机出口粉温的经济性分析

根据对比试验结果，在其他参数不变的情况下,磨煤机出口温度由82.0 ℃提升至90.0 ℃，提升锅炉效率约0.27百分点，可降低机组发电煤耗率约0.89 g/(kW·h)，具有显著的经济效益。按电厂年发电量5.3 TW·h计算，磨煤机提高出口粉温至90.0 ℃运行后，每年可节约标煤约5 000 t。

5结论及建议

(1)试验研究表明，在保障安全的基础上，利用系统余量提高磨煤机出口粉温运行，不需要较大成本便可创造出额外的经济效益，达到节能降耗的目的。

(2)磨煤机出口温度从82.0 ℃提高到90.0 ℃，磨煤机入口风温最高达到305.0 ℃，煤粉管CO体积比在0～3 mL/m3范围内波动，且没有显著变化规律，说明在一定范围内提高磨煤机出口粉温对煤粉的CO析出没有异常影响。

(3)磨煤机出口粉温提高至90.0 ℃运行，制粉系统及锅炉运行参数正常，机组过热蒸汽减温水、再热蒸汽减温水投入量等机组经济指标运行参数(除排烟温度)没有明显异常变化。

(4)在不考虑其他变动因素的前提下，磨煤机出口温度从 82.0 ℃提高到90.0 ℃，影响锅炉排烟温度下降3.0～4.0 ℃，锅炉效率上升0.27百分点，降低机组发电标准煤耗约0.89 g/(kW·h)。

(5)提高磨煤机出口温度初期需要注意：加强制粉系统及其防护监视与维护；如果磨辊润滑油标号较低，建议提高润滑油等级，并加强对润滑油碳化过程的监测；检查磨煤机磨辊的磨损速度变化。

参考文献：

[1]李文华,杨建国,崔福兴,等.提高中速磨煤机出口温度对锅炉运行的影响[J].中国电力,2010,43(10):27-30.

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[7]火力发电厂制粉系统设计计算技术规定：DL/T 5145—2002[S].北京：中国电力出版社，2002.

[8]宋绍勇.煤热解动力学及其机理的实验研究[D].太原：太原理工大学，2002.

[9]崔福兴.提高中速磨煤机出口温度的可行性研究[D].杭州：浙江大学，2010.

[10]赵明，宋云华.300MW燃煤锅炉制粉系统改造技术研究[J].电力科学与工程,2015,31(4):73-78.

[11]柳宏刚，赵明.#1锅炉冷态空气动力场、制粉及燃烧优化调整试验报告[R].西安:西安热工研究院有限公司，2013.

(本文责编：白银雷)

收稿日期：2016-01-11；修回日期：2016-02-26

中图分类号：TK 223.25

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)03-0006-04

作者简介：

赵明(1982—)，男，安徽桐城人，工程师，工学硕士，从事火力发电技术及节能技术应用方面的工作(E-mail:kim_ming1982@126.com)。