锅炉煤粉管道改造对煤粉浓度分布影响研究

赵效辉，孙 研

（华电莱州发电有限公司，山东 莱州 261400）

0 引言

我国电力行业发电企业正面临着厂网分离、竞价上网的市场竞争形势，同时由于能源紧缺致使燃煤的价格持续上涨和电价下调，持续缩小了发电市场的效益空间。国内各发电企业研究钻研机组运行潜能，提升机组的运行效率，节约生产所需成本，以增加企业核心竞争力。另外，根据国家环保相关要求，对NOx、SOx及粉尘等排放的限制日益严格，有效地降低NOx排放也是发电企业探索的目标。锅炉燃烧优化技术可以有力地提升机组运行效率，节约生产本金，减少锅炉的废气排放。

1 锅炉风粉管道设计改造

2017年10月，锅炉燃烧状态检测与综合优化控制系统在600 MW额定负荷、亚临界压力、对冲燃烧锅炉、6台ZGM113中速辊式磨煤机的机组上进行试用。对磨煤机出口风粉管道进行改造，安设煤粉分散器以及有关的控制调节执行器或安设煤粉流量平衡阀（根据现场实际状态参数确定实施方式），改良磨煤机出口至燃烧器管路内风粉的分布，优化平衡粉管里煤粉与气体比例，平衡磨煤机出口各粉管的煤量配比，提高锅炉性能。

1.1 加装煤粉流量平衡阀

通过加装静态节流阀，平衡风粉管道内静态压差，使粉管里的风粉流分布匀称，适当减少制粉系统一次风总风量，减轻管道、测量元件、燃烧器的磨损。因在磨煤机煤粉分离器后各个管路中不同的压降会导致不均衡空气煤粉流进入锅炉，造成不完全燃烧和偏烧现象。煤粉流量平衡阀是为了解决从磨煤机煤粉分离器出来的多个输出管路中的空气和煤粉燃料的均衡问题，通过配套的煤粉浓度及粉速检测，判断各输出管路的煤粉配比，经过优化控制器优化后自动调节阀门开度以达到输出管路中的空气和煤粉燃料的均衡［1］。图1为静态节流阀。

图1 静态节流阀

改造使用英国格林奔科公司的煤粉流量平衡阀对煤粉管道中的煤粉进行平均分配。改良磨煤机出口至锅炉燃烧器的风粉分配。

煤粉流量平衡阀的设计是通过优化煤粉流量平衡系统进行每个独立的应用。煤粉流量平衡阀可进行手动调整，同时也配备有气动阀或电动阀，可以实现闭环调整。煤粉流量平衡阀结构如图2所示。

图2 煤粉流量平衡阀

通过安装煤粉流量平衡阀后，磨的各支管煤粉绝对质量流量由 6～15 t／h 的分布改善为 8～10 t／h的分布。通过平衡阀可以将煤粉流量平均分开［2］。

管道改造示意如图3所示。图4为安装煤粉流量平衡阀前后，磨的煤粉分布情况对比。

图3 煤粉管道安装

图4 安装煤粉流量平衡阀前后煤粉分布情况

1.2 安设煤粉分散器和相配套的调节系统

使用煤粉分散器 （VARB）和煤粉控制阀门（Control Gate）对煤粉管道中的煤粉进行平均分配。根据实际情况和前后墙对冲的锅炉燃烧特性，把连接锅炉两侧的两根送粉管路先整合成1根管道，通过煤粉分散器再重新把煤粉平均配送回到原2根送粉管路；同理，其他3根送粉管路整合，通过煤粉分散器和煤粉控制阀门把煤粉重新均匀分配发送到该3根送粉管路。由于煤粉管从磨煤机出来，拐为水平方向后，5根煤粉管分散布置，不易进行合并，所以在磨煤机出口的竖直管道部分进行改造［3］。

煤粉分散器就是用以破除在供粉管道弯头处形成的绳状煤粉流。常见的煤粉分散器目前常用的有4种类型，扩散型煤粉分散器、格栅型煤粉分散器、径向型煤粉分散器、文丘里型分散器。改进使用的是扩散型煤粉分散器。煤粉分散器就是通过将煤粉气流分裂为多股，进行分配，然后再将分配后的气流，重新汇合。这样就能实现对每根粉管的煤粉和空气进行控制和调整。将煤粉分散器安装在分配处的前端，不仅能保证煤粉质量流量均匀地分散到每一个分配处的出口，它的混合效果也确保了不同尺寸的煤粉微粒匀称的配比到每一根管道支管中，从而能改善燃烧，降低氧气燃烧指数而不增加NOx［4］。管道改造如图5所示。

图5 煤粉管道改造

煤粉分散器产品分为 S-VARB、A-VARB、HVARB，如图6所示。

图6 煤粉分散器

煤粉控制阀门安设在煤粉分散器的下游出口，和分配器的入口连接。它的作用就是精细调整和平衡煤粉，以便煤粉可以合理地配送至每一台分配器支管中。可见垂直和倾斜式分散器更利用煤粉均分布。煤粉控制阀门内部的煤粉调节叶片只用来调整煤粉，即在调整和平衡煤粉到每一台分配器支管的同时将不会影响传输到燃烧器的燃料风煤比［5］。如图7所示。

图7 煤粉控制阀门

煤粉分散器和煤粉控制阀门的安装以及管道改造在小修期间进行。

安装煤粉分散器和煤粉控制阀门后，至各燃烧器的煤粉配比不均匀情况将得到显著改良。表1为英国Didcot电厂安装煤粉分散器、煤粉控制阀门前后具体的数据对比 （数据来源于Didcot电厂设备效果测评报告）。

表1 安装前后A磨煤粉分配情况 %

安装前，各煤粉管道煤粉浓度最大相差15%。安装后，各煤粉管道煤粉浓度最大相差6.02%，得到了极大的改良。

安装后各煤粉管路风粉浓度的配比均衡性得到了很大改良。电厂通过调整煤粉控制阀门煤粉相对分布试验数据。如图8所示。通过调整煤粉控制阀门实现了对各煤粉管道煤粉浓度的精确调整。

图8 调整煤粉控制阀门煤粉分配情况

2 应用效果

2018年2月，在采用煤粉分散器和煤粉控制阀门对煤粉管道改造并实施了基于精确测量系统的燃烧优化控制及运行节能系统后，风粉分配均匀度明显改善，降低了飞灰可燃物，提升了锅炉性能并减少NOx排放。在600 MW、520 MW及450 MW负荷下，投入煤粉分散器和煤粉控制阀门之后，锅炉炉膛出口NOx排放浓度降低19%～22%，锅炉效率提升0.3%～0.8%。如图9所示。

图9 改造前后NOx排量

按机组年运行小时数5 500 h计算，可实现年减排NOx约7 000 t，年节约标煤约5 000 t，经济效益明显。

3 结语

采用煤粉流量平衡阀及静态节流阀进行煤粉均衡改造，使电厂运行人员在锅炉燃烧过程中，能够更加有效的调节燃烧，防止煤粉积燃，降低粉管自燃发生概率，降低机组NOx的排放，提高机组煤粉的燃烧效率，降低生产成本。