摘要：随着国家对能源利用的重视，火电厂逐步开展针对自身设备特点的节能降耗措施，以改善锅炉运行状况，提高机组经济性。制粉系统作为煤粉锅炉最主要的辅助系统，对锅炉的安全、经济运行起着重要作用。目前，采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统的锅炉逐渐增多，运行中经常出现磨煤机出力不足、石子煤量增多、煤粉变粗等问题，严重影响锅炉正常运行。
关键词：中速磨煤机；制粉系统；煤粉锅炉；运行特性
磨煤机是燃煤锅炉重要的辅机设备，中速磨煤机作为磨煤机的主要类型之一具有煤种适用性广、负荷变化速率快、运行稳定性高、制粉电耗低等特点，广泛应用于燃用烟煤、贫煤及中低水分褐煤的大型煤粉锅炉直吹式制粉系统，其运行状况直接关系到锅炉的带负荷能力和炉内燃烧的稳定性，同时制粉系统可控变量的优化对锅炉的运行参数有较大影响。根据中速磨煤机直吹式制粉系统设计及运行参数的特性，分析了磨煤机的风量、煤粉分配均匀性、磨煤机负荷率、煤粉细度、煤质变化等因素对大型煤粉锅炉燃烧系统的影响。在锅炉运行中，需根据制粉系统的特性优化调整锅炉的运行参数，达到制粉系统与锅炉燃烧系统的耦合匹配。
一、慨述
磨煤机按照磨煤工作过程为：原煤经落煤管下落到转动的磨煤机磨碗后，在离心力的作用沿径向移动至研磨环。由于径向和周向的移动，煤在可绕轴转动的磨辊装置下通过，经由弹簧/液压装置施加的碾磨力碾磨成粉。磨成的煤粉在离心力和煤粉推挤作用下被甩至风环上方，由通过风环的一次风对煤粉进行干燥，并将煤粉带到磨煤机上部的煤粉分离器中，在分离器内完成粗细煤粉的分离，符合细度要求的煤粉被带入煤粉管道，不符合要求的煤粉将落回到磨盘重新进行碾磨。中速磨煤机直吹式制粉系统采用独立的一次风系统，冷一次风经空气预热器的一次风通道加热后进入磨煤机，给煤在磨煤机内经过研磨与干燥过程后由一次风携带直接送入炉膛燃烧，锅炉的负荷调节根据锅炉的给煤量和进入磨煤机的干燥介质流量协同控制。
二、制粉系统的调节特性及对锅炉运行的影响
1、风量及煤粉分配均匀性。磨煤机煤粉分离器和煤粉分配器的形式对各煤粉管道的粉量分配均匀性和煤粉细度起决定性的作用。粗粉分离器出口若采用文丘里式煤粉分配器，各煤粉管道的煤粉浓度分配不均匀性最高可以达30%以上，若采用格栅式或其它形式的煤粉分配器，煤粉浓度的最大分配不均匀性可控制在20%以内，但缺点是系统阻力较大，并且需要较大的布置空间。采用动态组合式分离器，煤粉管道的煤粉浓度分配不均匀性、煤粉均匀性指数及煤粉细度均会获得改善，最大的浓度分配不均匀性可以控制在20%以内，煤粉均匀性指数可以达到1.2～1.3。由于动态分离器的分离效率增高，磨煤机内部煤粉循环倍率降低，不会提高磨煤机的运行压降。
通过调整各煤粉管道上可调缩孔的开度，可以匹配各煤粉管道的阻力特性，从而调整各输粉管的一次风流量，流量分配不均匀性可以达到小于5%的技术要求。如果各燃烧器间的风、粉量分配偏差较大，将影响炉内燃烧的合理组织，将造成火焰偏斜及炉膛热负荷分布不均等影响。若燃烧器煤粉流量过低将导致煤粉气流着火延迟或火焰燃烧不稳定，若煤粉流量过高将导致燃烧器出口火焰过度缺氧，致使飞灰和炉渣的可燃物含量增加，燃烧器附近水冷壁结渣倾向增强。同时，燃烧器间煤粉分配偏差太大将无法控制单个燃烧器附近的气氛，无法保证低NOX燃烧效果。
2、磨煤机负荷率的影响。各种型式的中速磨煤机均具有负荷调整范围广、负荷率调整快速的优点，采用直吹式制粉系统可以根据锅炉负荷变化的要求，快速调整磨煤机出力匹配锅炉给煤量。HP 型磨煤机的出力负荷率XM可以低至25%，对应的通风率ψMV却高达70%，MPS 型磨煤机的最低出力负荷率XM低至40%，对应的通风率ψMV为70%。这表示磨煤机的通风量与给煤量随着负荷率的变化而不同，风煤比μ 将随着磨煤机负荷率的变化而改变。如图。
从图磨煤机风煤比随磨煤机出力的变化所示，磨煤机风煤比μ 随着负荷率的降低而快速升高，从而引起炉膛内煤粉在偏离最佳风煤比的状态燃烧，燃烧器出口氧浓度过高，对控制N0x 的生成具有不利影响。因此，在锅炉不同负荷率下尽可能投运相对应数量的磨煤机，以保证各投运的磨煤机在较高的负荷率XM下运行，减少炉内NOX生成量，同时降低磨煤机的制粉电耗。
3、煤粉细度的影响。煤粉细度表征的是煤粉的粗细程度，煤粉越细着火燃烧越迅速，锅炉不完全燃烧损失越小，但磨煤机的制粉电耗及金属磨损量也越大，因此对固态排渣煤粉炉燃用无烟煤、贫煤和烟煤时，存在最佳的经济煤粉细度Ｒ90，使两者总损失最低。根据经验，R90可采用下式选取：R90 = K + 0．5nVdaf，HP 型碗式磨煤机可以提供R90= 8%-25%的煤粉细度，MPS 型磨煤机可以提供R90 = 15%-30%的煤粉细度。
通过调整中速磨煤机粗粉分离器的挡板角度可以调整煤粉细度，分离器挡板角度越小，挡板对煤粉的惯性分离作用越强，煤粉的细度越低，但磨煤机的制粉和通风电耗均增加。随着磨煤机出力的增加，磨煤机通风量增大，煤粉细度R90以及磨碗差压均呈现增加的趋势。
对于动态组合式分离器，在磨煤机出力和通风量不变时，随着分离器转速的升高，煤粉细度逐渐降低，磨煤单耗逐渐升高，因此在满足煤粉细度的前提下选择较低的分离器转速，有利于实现磨煤机的经济运行。
4、煤质特性的影响。受煤炭市场的影响，目前火电厂由于发电成本及煤炭市场设计煤种短缺的影响，燃用煤质长期偏离设计值且燃煤种类多变。煤质特性的变化会改变磨煤机的计算出力与一次风参数，并对炉内煤粉的着火及燃烧过程产生影响。随着原煤水分的增加，磨煤机的计算出力降低，磨煤机所需的干燥出力增大，因此磨入口一次风温及风量需提高。同时，一次风内煤粉蒸发水分含量增大引起一次风速提高，煤粉浓度随之降低，煤粉的着火热增大。
原煤的可磨性指数HGI 对磨煤机的出力影响较大，HP 及MPS 型磨煤机只适用于HGI = 40-90 的煤质，MPS－HP－Ⅱ型磨煤机对HGI 的适用范围扩大至30-96。随着HGI 指数的降低，磨制相同质量的煤粉所需耗功增加，磨煤机的计算出力随之减小。若原煤的可磨性指数HGI 较设计值下降过多，将引起磨煤机出力大幅下降及煤粉细度增加，影响锅炉的带满负荷能力与煤粉的燃尽特性。根据煤质资料对制粉系统做校核计算，并评估煤种对炉内燃烧与锅炉参数的影响，研究制定制粉系统与燃烧系统的综合调整方案。
通过中速磨煤机风粉分配均匀性、磨煤机负荷率、煤粉细度、煤质变化等运行特性对大型煤粉锅炉燃烧系统的影响规律。在实际运行中，需要根据制粉系统的特性优化调整锅炉的运行参数，达到锅炉各设备耦合匹配的最佳工况。
1）风量及煤粉分配均匀性对炉膛内的燃烧的稳定性、煤粉的燃尽特性、结焦及NOX生成等方面均具有影响，需尽可能地提高风量及煤粉分配均匀性以改善炉膛内的燃烧状况。
2）磨煤机的负荷率对应不同的风煤比，在锅炉运行时应尽可能地保持磨煤机在较高负荷率下运行，以降低锅炉NOX排放与磨煤机电耗。
3）综合考虑锅炉的不完全燃烧热损失与制粉系统电耗，选取最佳的经济煤粉细度R90运行。
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论文作者:刘国江,张超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
标签：煤粉论文; 磨煤机论文; 锅炉论文; 制粉论文; 负荷论文; 系统论文; 细度论文; 《电力设备》2018年第32期论文;