中速磨煤种适应性改造

陈文，陈绍龙，吴爱军

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国电湖南宝庆煤电有限公司，湖南邵阳422000)

某超临界对冲直流锅炉所配制粉系统为中速磨正压直吹系统，配置5台MPS180-HP-Ⅱ型中速磨煤机，燃烧设计煤种时，BMCR工况下4台运行，一台备用。设计煤质为褐煤，机组投入商业化运行后实际入炉煤质为烟煤，水分大大减小。因为入炉煤质的改变，在运行过程中制粉系统存在一次风量大、风速高、分离器出口温度高、冷风调节门开度大、煤粉细度偏粗、石子煤排放异常等问题，直接影响机组运行的经济性和安全性。入炉煤质的变化会引起制粉系统出力的变化，而制粉系统出力包括蹍磨出力、通风出力和干燥出力，最终出力取决于三者中最小者〔1－3〕。 吕施展〔4〕分析了 MPS 中速磨直吹式制粉系统磨制Mar＞30%褐煤过程中存在的问题，诸如MPS磨对褐煤的干燥出力、易自燃等，并提出了相应的对策。孙科〔5〕基于国内MPS-HP-II型中速磨煤机最大出力计算以及运行优化等方面的问题进行了研究，得到一次风量、分离器挡板角度、制粉系统出力和加载力对煤粉细度以及单耗的影响，指出在研磨高水分煤种时，限制制粉系统出力的因素仍为干燥出力。

考虑到燃用褐煤时干燥出力不足，因此系统通风量设计值较大。本文通过分析中速磨的设计参数、结构参数、运行参数，提出和实施了改造措施，提高了中速磨的煤种适应性。

1 概述

锅炉采用5台中速磨煤机墙式对冲燃烧，设计煤种为褐煤。制粉系统采用中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，磨煤机为长春发电设备总厂MPS180－HP－Ⅱ型中速磨煤机，分离器型式为动态分离器，设计煤粉细度R90＝22%。每台磨煤机配置一台电子称重式给煤机，每台磨煤机对应供给前墙 (或后墙)一层4只燃烧器。磨煤机采用液压变加载方式，喷嘴环结构为旋转喷嘴环，密封风采取集中供风方式。原煤的干燥和碾磨是同时进行，一次风从磨盘周围的喷嘴环喷出，起到干燥和把磨盘上的碾碎物料吹到中架体上部分离器里的作用，在分离器里完成粗细粉的分离。符合要求的煤粉被吹走，不符合要求的煤粉将落回到磨盘重新进行碾磨。外来杂质和大块物料因重量较大，不能被一次风吹走，将通过喷嘴环的喷嘴落入中架体底部一次风室中，然后由刮板机构将其刮到排渣箱中排出。

机组投入商业化运营后，随着煤炭市场的变化，入炉煤质与设计煤质发生了偏离，煤质对比见表1，制粉系统主要设计参数见表2。

表1 煤质参数表

表2 磨煤机主要设计参数

2 制粉系统问题及其分析

2.1 制粉系统出力调节特性差

制粉系统出力取决于碾磨出力、通风出力和干燥出力三者中最小者，制粉系统选型时根据煤质水分Mt＝25.0进行设计。由于设计煤质水分比较高，因此设计时重点考虑制粉系统的干燥出力，风量的选取偏大。

制粉系统出力与煤质参数、分离器型式、设备状况等有关，MPS型中速磨煤机蹍磨出力BM按下列公式进行计算〔1〕:

式中BM0为磨煤机的基本出力；

fH为可磨性修正系数为煤粉细度修正系数，为原煤水分修正系数，当Mt≤10%时fM＝1.0；当Mt＞10%时fM＝1.0＋(10－Mt)×0.011 4；fA为原煤灰分修正系数，当Aar≤20%时fA＝1.0；当Aar＞20%时fA＝1.0＋(20－Aar)×0.005；fg为原煤粒度修正系数；fe为蹍磨件磨损至中后期时出力降低系数；fsi为分离器形式对磨煤机出力的修正系数。

随着水分的下降，制粉系统的蹍磨出力、干燥出力都升高，根据设计参数计算制粉系统出力与燃煤水分的关系如图1所示。在设计风煤比下，若磨煤机入口风量一定，则制粉系统出力相对提高。煤质水分大幅下降后，一次风速相对较高。

图1 制粉系统出力与水分的关系

煤质水分下降后，在磨煤机低出力时，磨煤机入口风量降低，一方面石子煤排放量异常增大，另一方面磨煤机振动大；磨煤机实际最低出力为15 t/h，高于设计值11.12 t/h，制粉系统出力调节特性差。

2.2 石子煤排放量大

入炉煤水分降低后，相对减小了磨煤机通风量。在降低磨煤机入口风量的同时，就地观测到石子煤排放量明显偏大，从窥视孔可见煤粒和石子煤不断排出，掉入石子煤废料箱中。加大磨煤机入口风量后石子煤排放量显著降低。

2.3 磨煤机分离器出口温度高、冷风调门开度大

为维持制粉系统的出力，尤其是干燥出力，在磨煤机入口风量一定的情况下，热风调门开度相对较大，保证干燥剂量以维持终端温度。在原风煤比控制逻辑下，机组运行期间磨煤机分离器出口温度偏高，一般都在85℃左右，此时磨煤机调温冷风门开度在30%～50%。而实际入炉煤为烟煤，挥发分Vdaf在38%左右，根据DL/T 5203—2005《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》、DL/T 5145—2012《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》等规程，分离器出口最高温度应在80℃以下，当挥发分Vdaf≥40%，温度一般应控制在60～70℃。若想将分离器温度控制低，则冷风调节门开度会更大，锅炉运行经济性差。

2.4 煤粉偏粗

在设计风煤比运行条件下对磨煤机出口煤粉进行取样分析，R90＝40%，设计R90＝22%，煤粉粗，造成飞灰可燃物高。

3 改造措施

在燃用设计高水分煤时，为保证制粉系统干燥出力，磨煤机入口风量偏大，风煤比相对较高。当实际入炉煤质尤其是水分大幅下降后 (收到基全水份由设计值的25%下降至实际的9.8%)，制粉系统出力提高，磨煤机入口风量大，一次风速过高，分离器出口温度高，煤粉细度值偏大，影响燃烧稳定性和经济性；当磨煤机入口风量降低后，石子煤排放量异常偏大。

根据火力发电厂制粉系统设计计算技术规定，MPS型中速磨风环处风速设计在100%通风量时为75～85 m/s。磨煤机喷嘴设计值见表3，随着磨煤机通风量的减小和给煤量的降低，制粉系统出力逐渐下降，但磨煤机通风量下降后，磨煤机喷嘴风环处风速降低，风压低，石子煤排放量异常偏大，磨煤机振动异常。

表3 喷嘴设计参数

为提高喷嘴处的风压，采取了减小一次风流通面积的方式，磨煤机喷嘴结构如图2所示。通过对制粉系统进行热力计算，确定沿磨盘圆周方向对喷嘴环实施调节封堵，减小喷嘴环截面积，在相同风量条件下提高喷嘴处的风压。

图2 磨煤机喷嘴结构

4 实施效果分析

4.1 制粉系统出力

喷嘴处风速提高后，风量的调节裕量更大，降低风量后就地观察石子煤排放正常，由于喷嘴环处风压的提高，磨煤机处于最低煤量时磨入口风量也随之降低，磨内可维持一定的煤层厚度，磨辊拉杆动作正常，磨煤机本体就地振动正常，磨煤机最低出力从18 t/h降低到12 t/h，大大提高了磨煤机运行调节灵活性。

系统改进后进行了磨煤机最大出力试验，磨煤机在45 t/h下稳定运行2 h，磨煤机电流、振动、温度、煤粉细度均在设计范围内。

4.2 磨煤机磨辊磨损

增大喷嘴处风速后，可能加剧对磨辊的磨损。磨煤机运行一段时间后，利用磨煤机停运机会进入内部进行了检查，未发现磨煤机内部磨损严重情况，喷嘴环、磨辊、磨盘、液压加载装置等状态正常。风速增大后对磨辊的磨损是客观存在的，在后期的运行中定期进行观测和记录。

4.3 磨煤机分离器出口温度

磨煤机分离器出口温度与入磨干燥剂量、原煤量、煤质参数等有关，干燥剂量的大小需同时满足干燥、通风和锅炉燃烧的要求。由于总体系统通风量的减小，入炉水分降低后所需干燥风量减小，分离器出口温度可控制在60～75℃，冷风调门开度比之前减小。

4.4 煤粉细度值R90

影响煤粉细度的因素很多，在当前磨煤机型式和结构参数、分离器型式和参数、入炉煤质等条件一定的情况下，风煤比相对降低，系统通风量的减小对煤粉细度影响较显著，煤粉细度R90可控制在22%以下。

4.5 石子煤

系统改进后磨煤机风量、石子煤量均有较大改善，制粉系统出力未见明显影响的情况下，石子煤排放效果显著，主要体现在石子煤量减少，石子煤颗粒粗大，颜色白，石子煤中携带的煤粒明显减少。图3是改造过程中石子煤排放情况对比。

图3 改造前后石子煤排放变化情况

5 结束语

受制于煤炭供应的多变，机组实际燃用的煤质与设计煤质可能存在一定的偏差，当入炉煤偏离设计值较多时会给机组运行带来一系列影响。为提高中速磨对煤质的适应性，基于入炉煤质和制粉系统设计参数尝试对中速磨沿圆周方向对喷嘴环通流面积进行了调整。从改造后运行效果看，磨煤机带负荷能力未变化，磨煤机最小出力较之前下降，就地石子煤排放正常，风煤比调节裕量增大，提高了制粉系统出力调节品质，磨煤机入口风量有进一步下降的空间，分离器出口温度和煤粉细度可控制在正常范围内，磨煤机煤种适应性大大增强，可以作为同类型锅炉中速磨改造借鉴。

〔1〕国家能源局.火力发电厂制粉系统设计计算技术规定:DL/T 5145—2012〔S〕.北京:中国电力出版社，2012.

〔2〕袁宏伟，王雷，高正阳.电站锅炉制粉系统出力影响因素分析 〔J〕.电力科学与工程，2012，28(2):65-70.

〔3〕吴建良.MPS212中速磨煤机直吹式制粉系统运行特性分析〔J〕. 华电技术， 2015， 37(3):61-63.

〔4〕吕施展，米子德.高水分褐煤在MPS中速磨直吹式制粉系统应用中的探讨 〔J〕，华北电力技术，2009(6):34-37.

〔5〕孙科，靳士奇，秦大川.MPS-HP-Ⅱ型中速磨煤机在高水分燃煤机组上应用的试验研究 〔J〕.动力工程学报 ，2014，34(9):725-730.