李心亮 李耀德

摘 要：本文针对某电厂1000MW超超临界锅炉制粉系统出力不足、效率较低的问题，以C磨煤机为基准进行了优化改造。对原有一次风喷口安装新型旋转喷嘴环，并改变磨煤机加载力控制方式和制粉系统热工控制方式。经改造前后制粉系统性能对比实验研究表明：在出力相同的情况下，C磨电流为57.6A，相比其他磨煤机有了大幅降低，一次风量也有明显降低，煤粉细度提高且更趋均匀，石子煤提前排出。综合评估：C磨煤机全年可以节约成本22.68万元。若全厂其他磨煤机均做相同的改造，那么一次风量、磨煤机单耗将会大幅降低，燃烧效率以及飞灰含碳量亦会有明显的改善，将会取得显著的节能降耗效果。本次新技术改造是完全成功，也可以为同类设备的节能增效工作提供有益的借鉴。

关键词：改造;制粉系统;磨煤机;一次风量;煤粉细度

Experimental Study on Optimization

of 1000MW UltraSupercritical Pulverized Coal System

Li Xinliang Li Yaode

NorthChina ElectricPower Test and Research Institute Co.，Ltd.of CEEC Tianjin 300161

Abstract：In this paper，a power plant 1000MW ultra-supercritical coal pulverizing system，the output is low，the efficiency is low，with C mill as a benchmark for optimization and transformation.Install a new type of rotating nozzle ring on the original primary air nozzle and change the control method of the load force of the coal pulverizer and the thermal control method of the pulverizing system.The comparison of the performance of the pulverizing system before and after retrofitting shows that under the same output condition，the current of C mill is 57.6A，which is greatly reduced compared with other mills，the primary air volume also decreases obviously，the fineness of pulverized coal increases and more uniform，early discharge of stone coal.Comprehensive assessment：C Mill can save costs 226，800 yuan throughout the year.If all the other coal mills are doing the same transformation，then the air volume，coal mill unit consumption will be significantly reduced，the combustion efficiency and carbon content of fly ash will also be significantly improved，will achieve significant energy saving effect.The new technology is completely successful transformation，but also for the energy efficiency of similar equipment to provide useful lessons learned.

Key words：remolding coal powder system，coal mill，primary air volume，pulverized coal fineness

中国是能源消费大国，燃煤发电机组是能源消耗中的重中之重。提高燃煤机组效率、降低污染排放是众多电力科研人员不懈追求的目标。[1]中速辊式磨煤机可以有效提高锅炉效率，且负荷适应性宽、启动迅速，因而在电力系统应用广泛。[2]计算表明，对于制粉系统来说，仅考虑煤粉细度一项：当煤粉均匀性指数增加0.1时，大型锅炉效率可以提高0.15%～0.2%;当煤粉细度由R90=21%下降到R90=14.4%时，锅炉效率可以提高0.25%。[3]近年来，国内外学者对中速磨煤机制粉系统开展了广泛的研究。朱憲然[4]针对中速磨煤机内部流场建立了气固两相数值模型，计算获得了石子煤排放率曲线;Angleys，Bhasker[5-9]等人对分离器进行了改造，建立了Fluent数值模型，研究了出口气流对磨煤机内部流场的影响，取得了很好的效果。夏季[10]建立了掺烧模式下的磨煤机最优化经济配比模型，得出了多个Pareto解。可见，对制粉系统优化改造，对火电厂节能降耗意义非凡。本文采用新型旋转喷嘴环技术对某电厂的制粉系统进行了改造，取得了良好的效果。

1 机组概况

1.1 锅炉系统简介

某电厂采用东方锅炉股份有限公司超超临界变压直流燃煤锅炉，型号DG-3100/ 26.15-Ⅱ2，一次再热，单炉膛π型，旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式，尾部双烟道结构，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。采用低NOx旋流煤粉燃烧器48只，分三层布置。锅炉主要设计参数见详表1。

1.2 磨煤机及煤质参数

制粉系統采用正压直吹式，由两台一次风机提供介质流动动力，磨煤机采用MPS290型中速辊式磨煤机，另配有两台密封风机提供密封风。磨煤机主要设计参数详见表2，煤质资料见表3。

2 制粉系统存在的问题

在机组运行过程中，制粉系统逐渐暴露出如下问题：一次风量较大，运行统计风煤比在2.2左右，居高不下;制粉单耗达到12kWh/t以上，造成较大的电能损耗;磨煤机内部流场分布不合理;石子煤排放不畅，石子煤仓板结严重。随着石子煤仓内部温度升高，掺杂在石子煤中的碳粒自燃，烧毁密封圈，带来设备的损坏;煤粉细度偏大，均匀性指数仅为1.0左右，造成锅炉不完全燃烧损失增大，锅炉燃烧效率降低。基于以上观测分析可知：该制粉系统技术较为落后，经过长时间运行，性能指标下降，难以满足经济运行的要求，对其进行新技术改造甚为必要。图1&2是运行期间标定后的磨煤机（C磨煤机）一次风量图与分离器特性图。

3 制粉系统改造与试验

3.1 改造方案

针对制粉系统存在的问题，本组人员通过对国内外先进技术的分析研究认为：制粉系统可以进行以下改造，方案如下：①对原有一次风喷嘴环重新进行设计，安装新型旋转喷嘴环（见图3、4），并调整折向挡板开度，使其与改造后的系统相适应;②新型旋转喷嘴环的动、静环均采用分段、分层结构，实现最新技术的应用;③将加载力控制方式改为在线控制的变加载方式。如此磨煤机可实现空负荷启动，提高低负荷适应性，减小变负荷时磨煤机出力变化太大对机组造成的冲击，增强机组动态响应特性;④对制粉系统热工控制做出相应改造，用在线智能控制代替程序控制。力争实现如下改造目标：石子煤排放量降低1.5%以上，易磨损件寿命达到20000h，与磨煤机检修周期匹配，易损件更换时间缩短至8h。

3.2 改造后试验

制粉系统改造完成后，电厂对磨煤机出力、一次风量、分离器转速等进行了调整。为了获取该制粉系统的各项性能指标，对改造后的设备（以C磨为特征磨煤机）进行了试验。

4 试验及结果分析

4.1 制粉系统一次风量调整试验

分别在C磨煤机常用出力55t/h、65t/h、75t/h工况下，保持磨煤机分离器转速500r/min，变化磨煤机一次风量。测试确定了磨煤机在三种出力下对应的最佳一次风量为110t/h，120t/h，130t/h。试验结果见图5。

根据图5所示试验结果：拟合得出C磨煤机最佳一次风量相对于磨煤机出力的数学关联式为：

F=D+55（1）

其中：F—磨煤机最佳一次风量，单位为t/h

D—磨煤机出力，单位为t/h

根据公式（1）分析可得：C磨煤机喷嘴环改造后，磨煤机出力与制粉系统最佳一次风量呈严格的线性关系，对比机组其他磨煤机特性曲线可知，采用新型喷嘴技术对制粉系统特性未带来任何不利影响，证明新型旋转喷嘴技术是可行的。对比图1可以看出：进行新型喷嘴环改后，一次风量有了明显的减少，风量配比也更趋合理，节能效果明显。

4.2 分离器转速调整试验

在磨煤机最佳一次风量工况下，分别在其常用出力区间55t/h、65t/h、75t/h工况下，变化磨煤机分离器转速，待磨煤机参数稳定后，全面测试了磨煤机参数，获得磨煤机性能随分离器转速变化的规律数据，分别确定了磨煤机不同出力下满足煤粉细度条件下的最佳分离器转速，获得磨煤机出力对应的分离器转速调整曲线。试验结果见图6。

根据图6分析可得：不同磨煤机出力工况下，煤粉细度随分离器转速增高而下降，但并非呈严格线性关系。究其原因在于：试验和运行中制粉系统设备不能够完全按照设计条件运行，并且与试验误差共同作用导致的结果。但此种拟线性规律依然可以对新型喷嘴技术制粉系统优化运行提供理论指导。同时对比图2可以看出，改造后煤粉细度有了较大提高，并且更加均匀。

4.3 横向对比试验

选择A、F磨煤机作为对比试验对象，分别在磨煤机出力65t/h、75t/h工况下完成试验（试验过程中各台磨使用相同煤种），保持磨煤机习惯运行方式，磨煤机参数稳定，全面测试制粉系统各项参数，获得未改造磨煤机性能数据与C磨煤机最佳工况数据对比表，确定了制粉系统改造效果。试验结果见表4和表5。在磨煤机出力65t/h、75t/h工况下C磨30分钟耗电量比A、F磨节省电能50kWh以上，改造效果非常明显。

4.4 石子煤横向对比试验

选择A、C、F磨煤机作为对比试验对象，分别在磨煤机出力55t/h、65t/h和75t/h工况下，对比石子煤排量及石子煤粒径。在负荷55t/h下，C磨石子煤排放量每小时约为100kg，A磨与F磨石子煤排放量每小时约为20～30kg。试验结果见图7。由图7可以看出，C磨石子煤的粒径较A磨和F磨而言，很大部分颗粒在25mm以上。在负荷65t/h和75t/h下，石子煤排量与形态相差不大。

4.5 均匀性指数横向对比试验

采用等速取样装置对A、B、C、D煤粉进行取样，以便于对比分析，试验结果见表5：

4.6 单耗横向对比试验

在磨煤机试验中，采用给煤量积算值确定试验期间小时给煤量，最终计算各台磨煤机耗电量，测试结果见表6：

从横向对比试验可以看出：在磨煤机出力和煤粉细度相当的情况下，C磨煤机的出力最大，但单耗最小，降到了826kWh/t。仅此一项，足以证明采用改造后的制粉系统可以获得优良的经济效果。

5 能效分析

5.1 制粉系统节约电量分析

通过功率表监测计算：C磨煤机改造前后对比电耗降低10%左右，每小时节电量约为108 kWh，按电价0.3元/kWh，一年运行7000小时计算，每年可节约22.68万元，节能效果显著。仅此一项可以推算投资回报年限为2年。

5.2 延长制粉系統寿命

大粒径石子煤的提前排除会使磨辊、磨瓦等易磨损配件寿命延长，减小检修周期，节省配件更换投资。同时石子煤的提前排除可降低汞、砷等有害元素对催化剂的影响，延长催化剂寿命，节省催化剂更换费用。

5.3 一次风机节能

一次风机在整个厂用电系统中占有较高的比重，其电机功率为2500kW（磨煤机电机功率1120kW）。单台机组制粉系统改造后，一次风量下降14%左右。若整台机组磨煤机全部更换改造，忽略空预器漏风因素影响，则一次风机总风量大约可下降14%，实现了相当良好的节能效果。但是分析数据统计发现：改造后制粉系统石子煤量稍大，未能完全达到改造目标，应在后续运行中持续监测、调整。

6 结论

（1）通过制粉系统优化调整试验拟合出最佳一次风量数学关联式，为同类型机组制粉系统改造以及优化运行提供了理论指导。

（2）通过试验得到了磨煤机风煤比曲线、分离器转速特性曲线等主要运行特性曲线。在较高负荷下，C磨风粉比维持在1.6～1.8左右，而其他磨煤机风粉比维持在2.0以上。按照该风煤比曲线控制磨煤机入口风量，可保证煤粉细度R90在8%～9%，可以大幅度提高锅炉效率，节能效果显著。

（3）与同煤种同型号磨煤机相比，C磨煤机石子煤颗粒较大，且大部分为石子。石子的排出能有效减少磨煤机部件（磨瓦、磨辊等）以及后续煤粉管道的磨损。石子煤颗粒较大说明改造后磨煤机能在研磨过程的较早阶段筛选石子，降低磨煤机耗电量。通过A、C、F磨煤机相同出力对比试验，C磨煤机节电约20%～25%。

参考文献：

[1]朱桠麟，李雷，涂洁磊，等.中国能源博弈世界能源[J].文山学院学报，2013.26（3）：100-105.

[2]赵宏，余海铭，杨建国，等.中速磨煤机内风煤动态换热特性[J].中国电机工程学报，2014.34（11）：1735-1740.

[3]李青，张兴营，徐光照，等.火力发电厂生产指标管理手册[C].中国电力出版社，2007.

[4]朱宪然，赵振宁，张清峰.中速磨煤机的石子煤特性研究[J].中国电机工程学报，2010.30（23）：67-71.

[5]Tigges K D，Bischoff W，Steinhage.Ring-and-roller bowl mills as components of modern firing technology[J].Vgb Power Tech，1998（78）：34-45.

[6]Angleys M，Gehrke B.Development of the modern EVT bowl mill[J].Vgb Powertech，1998（78）：60-66.

[7]Bhasker C.Numerical simulation of turbulent flow in complex geometries used in power plants[J].Advances In Engineering Software，2002，33（2）：71-83.

[8]Parham Jordan J，Easson William J.Flow visualization and velocity measurements in a vertical spindle coal mill static classifier Fuel[J].2003，82（15-17）：2115-2123.

[9]Bilirgen H.Balancing of pulverized coal flows to burnersin boilers with pressurized vertical spindle mills[R].Project report DOE Award Number DE-FC26-03NT41867，American，Lehigh University，2005.

[10]夏季，彭鹏，华志刚，等.燃煤电厂分磨掺烧方式下磨煤机组合优化模型及应用.中国电机工程学报，2011.32（29）：1-8.