聊城电厂600MW锅炉磨煤制粉系统的调试及改进

      介绍了聊城电厂一期工程600MW"W"火焰锅炉双进双出磨煤机制粉系统的设计特点及调试改进结果。该磨媒机制粉系统在磨制硬度较高的煤种时，主要存在煤粉细度不稳定及细度偏粗等问题。通过改变装球尺寸和比例，改进分离器及回粉阀结构及优化调试等综合措施后，煤粉细度由原R75=17%左右提高到R75=8%左右，取得了较好的效果。回粉阀门问题是导致煤粉细度不稳定的主要因素，应对存在的回粉阀拒动问题引起足够重视。

关键词：双进双出磨煤机  调试改进

     0　前言
     磨煤机是锅炉重要的燃烧设备，磨煤制粉系统的优化调试是燃煤火力发电机组调试的主要组成部分。尤其是磨煤机出力及煤粉细度，将直接影响到锅炉燃烧的经济性和出力。本文针对聊城电厂一期工程600MW"W"火焰锅炉配备的metso双进双出磨煤机制粉系统存在的煤粉细度不稳定及煤粉细度偏粗等问题，进行了优化调试及改进。对所遇到的问题，进行了简要分析和探讨，以供专业人员参考。
     1　设备概况
      山东聊城发电厂一期工程投产的两台600MW发电机组，配备了英国Mitsui  Babcock公司生产的"W"型火焰锅炉，采用"W"火焰燃烧方式，燃用80%的无烟煤＋20%的贫瘦煤。锅炉制粉系统配备6台双进双出滚筒式磨煤机（如图1所示），采用制吹燃烧方式。磨煤机为美国metso公司生产，型号为14′-0″×18′-0″，筒体直径：4267mm，筒体长度：5510mm，有效长度：5486mm，筒体有效容积：131m3，筒体转速：16.77rpm，离心式粗粉分离器直径2740mm，最大钢球装载量：103.1t。在设计风煤比下，磨煤机设计最大出力：51.3 t/h，燃煤的HGI为67±5，煤粉细度为R75=9%（即75um筛子的通过率为91%）。
     2　磨煤机系统的冷态调试
     2.1　风量测量装置的标定
      该磨煤机的负荷及燃烧自动控制均与风量相关，而一次风量的准确测量直接影响到整个燃烧控制的准确和可靠。磨煤机一次风流量测量采用了机翼测风装置，分别安装在各磨煤机入口上游一次风道处。为便于运行中正确控制风煤比，在锅炉冷态试验中对所安装的机翼测风装置逐个进行了冷态风量标定试验，以便能够准确控制其风煤配比。按照试验标定的流量系数K和风道流通截面积F确定出的计算公式输入DCS控制系统，计算公式如下： 
         G=1.414×K×F×(ΔP×ρ) 0.5                          kg/s
         其中介质密度ρ(随机根据温度压力测量值计算)         kg/m3
         式中：K-流量系数 （标定值）
               F-机翼处风道截面积      m2
              ΔP-机翼测量压差         Pa
     2.2　一次风流量均匀性调试
      每台磨煤机分为2端，每端各配置一台粗粉分离器。分离器内装可调挡板以调节煤粉细度。不合格的粗煤粉经过气动定时全开全关式回粉阀门返回磨煤机重新磨制，合格的煤粉通过φ814×10mm煤粉管道分别送至炉拱两侧的旋风子（至燃烧器），在各主煤粉管道上布置有可调节缩孔，用以调整磨煤机两端的风量分配。在垂直煤粉管道上游设置有月牙形孔板，用以调整煤粉均匀性。每根主煤粉管道后通过分流器又分为2根φ560×10mm的分支煤粉管道，将煤粉气流送至炉拱上部的旋风子，通过主煤粉喷口和乏气喷口射入下炉膛燃烧。
      每台磨煤机至燃烧器处有4根一次风粉管道，由于各一次风粉管道的长度及弯头数量不相同，其管道的阻力有所差别。根据燃烧优化的需要，为使磨煤机两端风粉管道中的流量均匀，通过调整水平管道上的调节缩孔，均匀分配磨煤机两端的的一次风流量。在锅炉首次

图1 磨煤机制粉系统简图　　　　　　　图2 磨煤机分离器简图

      启动前，对各一次粉风管道流量均匀性进行测量和调整。热态运行中，分别控制磨煤机一次风量在21kg/s、17kg/s、14kg/s工况下，测量磨煤机两端一次风量，测试检查各煤粉管道内的风量偏差并调整均衡。经调试后，同一台磨煤机两端一次风量分布基本均匀，最大流量偏差为3.4%。磨煤机的4根一次风粉管道中的风速基本均匀，其最大偏差不超过5%。
     2.3　磨煤机装球调试
      在磨煤机装载钢球试验时，为避免磨煤机无煤空运转造成波浪瓦和钢球的损伤，改进了磨煤机的调试方法。即在试转每次加装钢球前，先加入约3 t炉渣填料。按照规定的直径及比例分三次装球，初装球量占最大装载量的70%。实测数据表明，各台磨煤机的装球量与电流特性基本一致。根据试验得到的钢球装载量G与电流I之间的关系定期加钢球。
     3　煤粉细度优化调试
     3.1　影响煤粉细度的因素
      单从燃烧的角度讲，煤粉愈细，加热到着火温度就愈快；燃煤磨得细，反应的表面积增大，煤粉着火及燃尽的品质得到提高；要获得稳定的煤粉燃尽效果，必须维持合格的煤粉细度，对燃烧无烟煤锅炉而言，煤粉细度要求更高。锅炉设计634MW负荷（设计煤种）下，6台磨煤机运行工况的锅炉热效率为92.5%，设计未燃烬碳热损失2.0%，设计煤种下的磨煤机煤粉细度为R75=9%。而在实际运行中，煤粉偏粗较多且不稳定，从而影响了锅炉的燃烧效率，飞灰含碳量高达20%，使未燃尽碳热损失超过5.0%，严重影响了锅炉机组的燃烧经济性。为此，需要对磨煤机进行优化调试，以达到正常出力下的合格煤粉细度。
      影响煤粉细度及磨煤机出力的因素较多，当磨煤机型式及结构参数确定后，分析影响煤粉细度的因素主要有：1、运行参数的影响。如；装球量、比例及其充填度，磨煤机料位、风煤比及大罐通风量等； 2、磨制燃料的特性。如：磨制燃料的颗粒度、燃料的可磨度、水分等；3、分离器的分离效率。如：分离器结构特性尺寸，分离器挡板调整位置，回粉阀门是否正常等均会对分离效率产生影响。
     3.2　磨煤机运行参数的调试
⑴钢球比例及数量调试
      一般装球量会影响磨煤出力，钢球配比会影响煤粉细度。试运初期先按最初装球量加装钢球，钢球配比为F60、 F50、F40、F25分别为36.5%、27%、24%、12%，总加球量为最大装球量的70%。按照ISO 9311规定，用旋转式煤粉取样装置在设计风煤比下取样分析，煤粉细度偏粗，一般煤粉细度R75=16%～19%左右。后增加2t小钢珠进行测试，煤粉细度改善并不明显。在采取上述措施见效不大的情况下，彻底改变装球比例，剔除F60的大钢球，增加小钢球的比例，将原装球尺寸调整到F50、F40、F25，装球比例调整为15%、40%、45%，共加球到81t，占最大装球量的80%。经取样分析后，煤粉细度大约能够提高2～3个百分点，但效果有限，仍达不到燃烧所要求的煤粉细度。
⑵风煤比的调整
      磨煤机出力及煤粉细度受风煤比的影响较大，同时也受到磨煤机料位的影响。一般风煤比大、通风量大时煤粉偏粗，其携带出的煤粉量和颗粒也大。运行中通常受到煤质的变化，尤其是一次风量受被磨制煤发热量的变化，影响较大。发热量高时（达到26000kJ/kg），一次风量低；发热量低时(20000 kJ/kg)，相应的一次风量也高；由于发热量的不稳定，造成磨煤机通风量的变化，进而影响到煤粉细度。按照磨煤机预设的风煤比控制曲线运行，显然不适合煤质大幅度波动的运行情况。因此，需根据煤质及实际运行情况，及时调整控制风煤比，避免煤粉细度的波动。
⑶燃料的可磨度测试
      磨制燃料的可磨度也是影响煤粉细度的因素之一。一般可磨度HGI大的煤较容易磨制。为排查磨制煤种的难磨因素，对所燃煤种的HGI可磨度等特性进行了测试。根据测试结果，河北无烟混煤的HGI为48，山西阳泉无烟煤的HGI为64.2，山东王村贫煤的HGI为82.2，鲁能煤炭集散中心的混煤的HGI为79.2，除河北无烟混煤的可磨度较低比较难磨外，其余均在校核煤质的范围内（HGI为59～81）。由于煤质不够稳定，可磨度的变化可能也是影响煤粉细度波动的因素之一。如：菏泽锅炉采用的磨煤机与聊城磨煤机型号相同，结构相同，但菏泽入炉燃料的HGI为90～93，菏泽磨制的煤粉细度能够达到R75=8%左右，而聊城磨煤机磨制的煤粉细度较菏泽差距甚大。被磨制燃料的硬度高低，也是造成煤粉偏粗的重要因素。
     3.3　磨煤机分离器的调试改进
⑴分离器挡板角度的调试
      对离心式分离器来说，挡板调节特性除受结构形状的影响外，一般还与其上下的间隙有关，其间隙越小，分离效果越好。但由于制造、安装等方面的原因，往往存在较大的间隙，

图3　EB分离器挡板调节特性

图5改进前分离器挡板安装结构　　　　　图6改进后分离器挡板安装结构

      导致部分风粉气流短路，使得分离器挡板特性发生变化，挡板关到最小，煤粉细度未必最高。因而，需要通过调试确定其最佳的挡板开度，并通过调换分离器挡板转轴与挡板的相对位置，改善其挡板分离特性。在分离器改进前，通过测试不同挡板开度下的煤粉细度，得出分离器挡板的调节特性。图3为磨煤机改进前的分离器挡板调节特性，其挡板开度在"M+2"位置时的煤粉细度最佳。
⑵回粉阀门调试与改进
对metso双进双出磨煤机而言，尽管通过调节磨煤机的粗粉分离器挡板能够改变煤粉细度。试验发现原磨煤机设计状况下，煤粉细度并不稳定，随着磨煤机负荷的波动而变化。造成煤粉细度波动的原因之一是回粉阀门气动全开全关设计不合理。原设计回粉门由气缸带动，并通过预先设置的开关时间，周期性动作，定时全开或者全关，带动阀门开启使粗粉返回磨煤机再磨制。该种结构与国内常用的重力式锥形锁气器不同，其回粉量不能够随着负荷的改变而自动平衡调节，导致了煤粉细度不稳定。当回粉门开启时间过长时，会造成回粉管及内锥斗抽空，气流短路，煤粉变粗；当回粉门关闭时间过长时，会使内锥斗满粉，造成粗煤粉携带。如：回粉阀门关闭55S，开启5S时，煤粉细度为R75=16.45%；当改为关闭180S，开启2S后的煤粉细度减小为R75=25.42%，说明回粉阀门的开关时间及动作周期对煤粉细度影响极大。之后改进了磨煤机回粉阀门（见示意图4），将原全开全关的气动装置拆除，改换为重锤结构，并将拐臂由下斜式改为水平式。经改进后，煤粉细度有所提高，煤粉细度在短时间内较稳定，但长时间运行后，回粉阀门转轴卡涩，时常拒动。在回粉门正常动作时，煤粉细度能够达到R75=8%左右，当回粉门完全拒动时，其煤粉细度下降，有时能达到R75=25%。回粉阀门拒动成为煤粉细度大幅波动的主要影响因素。为此，又利用了原有的气缸装置作为重锤式回粉阀门的助推装置（如图4），定时助推回粉阀门，以免阀门卡涩拒动导致煤粉细度不稳定。
⑶分离器内部结构的调整及改进
分离器的分离效率将直接影响到磨煤机最终产品-煤粉的质量。分离器的分离效率又取决于相关特性尺寸a、b、c、d（图2所示）等。如：分离器挡板间隙（a、b）过大时，则会造成部分气流短路，当关小分离器挡板时，其挡板间的阻力增大，短路部位的通流量增加，分离效果降低。实测原分离器内部平均尺寸为A=25.1、B=35.1、C=62.3、D=36.6，经测量分析认为：其档板短路间隙过大是造成煤粉细度偏粗的主要原因。经调整分离器内部尺寸、增加导流板（如图2）、消除短路间隙等综合改进措施后，煤粉细度大大提高，改前测得的煤粉细度R75一般在15%左右，改进后煤粉细度R75在6%～9%之间，煤粉细度比分离器内部结构调整改进前可提高6～9个百分点，效果相当明显。
     4　调试结果简析
归纳改磨煤机煤粉偏粗及细度不够稳定的原因有以下几个方面：⑴山西阳泉煤的可磨度HGI较低，煤质硬比较难磨，磨煤机特性不适应；⑵分离器回粉阀门设计全开全关方式不合理，改为重锤式后，因转轴卡涩，回粉门时常拒动，影响了煤粉细度的稳定性；⑶磨煤机分离器叶片与壳体间的间隙过大，造成粗煤粉气流短路，改变了分离器挡板调节特性；⑷分离器挡板与转轴安装位置欠佳（图5），造成煤粉经遇转轴时因反弹而改变方向，影响分离效果；⑸设计磨煤机钢球配比欠佳，大球所占比例偏多；⑹提供的磨煤机风煤比运行控制曲线不尽合理，不能根据煤质的变化跟踪调整；另外磨煤机料位测控装置，反应不够灵敏，回粉阀门拒动等因素均是造成煤粉细度不够稳定的原因，其中回粉阀门拒动是主要原因，影响程度最大，应引起足够重视。在磨煤机制粉系统原有结构下，仅靠有限的调整手段，很难达到设计要求的煤粉细度。通过优化调试及改进等综合措施后，煤粉细度由原来的R75=17%左右提高到R75=7%～9%左右，效果明显。由于煤粉细度的提高，锅炉燃烧效率大幅度提高。
     5　结论
     聊城metso磨煤机煤在原设计参数及结构下运行，主要存在煤粉细度不稳定及细度偏粗等问题。由于提供的装球尺寸及比例欠佳，分离器效率偏低，回粉阀门设计缺陷等问题，在磨制硬度较高的煤种时，煤粉细度偏粗，仅靠有限的调整手段，很难达到设计要求的煤粉细度。通过改变装球尺寸和比例，改进分离器内部结构，改回粉阀门为重锤自平衡式，结合优化调试等综合措施后，煤粉细度由原来的R75=17%左右提高到目前R75=8%左右，取得了较好的效果，达到了调试及改进目的。
由于分离器回粉阀门结构设计欠合理，转轴很容易卡涩，时常造成回粉门拒动，目前仍是导致煤粉细度不稳定的主要因素。回粉门问题目前尚未根除，拒动现象仍偶有发生，应对此引起足够重视，运行中需要定期巡视检查和维护，并采取有效措施予以消除。