300MW锅炉热态燃烧及制粉系统优化调整试验研究

【摘 要】对国内某300MW锅炉进行了热态燃烧及制粉系统优化调整试验，根据试验结果分析了煤粉颗粒偏粗、飞灰偏高的原因并提出解决问题对策，提高了机组运行经济性。

【关键词】电厂锅炉；制粉系统；优化调整；热态燃烧

1. 设备概况

试验锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/16.7-M313UP 型直流燃煤锅炉，单炉膛燃用烟煤（贫煤），四角切圆燃烧，固态排渣煤粉炉，锅炉本体采用悬吊结构，露天布置采用覆管式轻型炉墙，配上海汽轮机厂N300-165/535/535，300MW汽轮机组。燃烧器为直流式四角布置切圆燃烧，每组燃烧器设有五层一次风和七层二次风喷嘴，一二次风采用间隔布置。制粉乏气作为三次风从燃烧器上部分两层八个喷嘴从前后墙送入炉膛。制粉系统为钢球磨中储式热风送风系统，配四台DTM350/600 型钢球磨煤机。

2. 实验仪器及依据与数据处理方法

本次燃烧调整试验采用锅炉性能试验专用仪器和仪表，所有仪表和仪器经过鉴定部门检验，有关需要现场标定的仪表也在现场进行了标定，有效保证了测试数据的真实可靠。制粉系统试验按照《电站磨煤机及制粉系统性能试验》（DL/T467-2004）[1]进行；燃烧调整试验依据中华人民共和国国家标准《电站锅炉性能试验规程》（GB10184-88）[2]进行，并参照《煤粉锅炉燃烧调整试验方法》。所有测量数据均以算术平均值引入相关计算，测量结果不考虑测试仪器的系统误差。

3. 制粉系统试验与结果分析

3.1 磨煤机钢球装载量试验

在磨煤机停运状况下，对磨煤机实际钢球装载量进行测量，各台磨煤机实际钢球装载量与其空载电流的对应关系曲线见图1。根据磨煤机直径、磨煤机长度、磨煤机体积、磨煤机筒体临界转速、最佳钢球装载系数以及钢球堆积密度计算得到最佳钢球装载量为52.13t。

实际的最佳钢球装载量需要通过试验确定，一般情况下，实际的最佳钢球装载量总在计算的最佳钢球装载量附近。为此，在A磨煤机上进行实际的最佳钢球装载量试验，维持分离器挡板不变，系统通风量按照计算在最佳通风量控制，调节热风门和再循环风门的开度，保持磨煤机出口温度不变，调整至对应钢球装载量磨煤机最大出力，确定磨煤机实际最佳钢球装载量。根据电厂的实际情况，先加3 t再加2 t经过筛选后直径为40mm的钢球。A磨加装钢球前后的运行电流分别为8.83A与9.22A，磨煤机出力提高明显（由44.09 t/h 提高到53.86 t/h）。C、D磨煤机由于型号相同，根据空载电流情况和参照A磨煤机试验结果，各加装了2t 直径为40mm的钢球。

图1 各台磨煤机实际钢球装载量与空载电流对应的关系曲线

从试验结果可以看出，实际的最佳钢球量（43.06t/h）和计算的最佳钢球装载量（52.13t/h）有较大出入，这主要是因为磨煤机实际装载的钢球均为大直径60mm的钢球所致，按照《电站磨煤机及制粉系统性能试验》（DL/T467-2004）的规定，对筒体直径大于3m的磨煤机，无烟煤钢球的配比应按照直径30mm和25mm各50%来配；烟煤按直径30mm和40mm分别以35%和65%的配比来配。

表1 A 磨和B磨煤机通风量调整试验结果

3.2磨煤机通风量调整试验

表2 A磨煤机出力调整试验结果

磨煤机通风量调整试验在四台磨煤机上都进行，根据磨煤机直径、磨煤机长度、磨煤机体积、磨煤机筒体转速、BTи 可磨度系数、钢球装载量、钢球堆积密度、钢球装载系以及当地大气压可算得A、B、C、D 四台磨的计算最佳通风量分别为99238.51m3/h、100352.46 m3/h、100153.64 m3/h、100401.92 m3/h。变通风量试验就在最佳通风量附近进行，试验结果见表1。

从表1可见，当A磨通风量由119958m3/h 降低到98903m3/h 后，对应的制粉单耗由28.64 kw.h/t 降低到26.17 kw.h/t，此时成粉细度也由40.8%降低到36.4%，煤粉细度降低明显；故最佳的通风量为99000m3/h 左右，与计算最佳通风量基本一致。对B磨，当通风量由112663m3/h降低到104466m3/h 后，对应的制粉单耗由31.04kw.h/t降低至28.70kw.h/t，此时成粉细度也由36%降低至31.6%，煤粉细度降低明显；故最佳的通风量为104000m3/h 左右，与计算最佳通风量基本一致。同样的试验结果在C、D 磨煤机上得到相同的验证，从优化运行方式角度考虑，锅炉煤粉细度偏粗的原因在于制粉系统的通风量过大。

3.3磨煤机出力调整试验

在最佳钢球装载量下，将制粉系统通风量维持在最佳通风量上下，磨煤机出口温度基本保持不变，在三个不同的出力条件下，测量磨煤机出力、磨差压、煤粉细度、排粉机功率、磨煤机功率、制粉单耗等主要参数和指标，掌握磨煤机的出力特性。

磨煤机出力调整试验在A、C、D 磨煤机上进行，A磨试验结果见表2。从试验结果可见，给煤机电流为8.58A 时制粉单耗最低，说明磨煤机在同样的通风量下， 出力越大越节能。当给煤机电流分别为8.18、8.50 和8.58A 时，在保持试验通风量基本不变情况下，成粉细度R90 分别为36.4%、35.6%和35.6%，随着磨煤机出力增加，煤粉细度变化不大。所以，应尽量使磨煤机在大出力下运行，以节约厂用电。同样的试验结论在C、D 磨煤机出力调整试验上得到验证。

4. 燃烧调整试验

4.1 一次风标定及调平试验

一次风测点位于一次风管风粉混合器之前，调节缩孔之后。利用标准皮托管测量各一次风管风速，对于同层4 根一次风管中风速偏差大于±5%的风管的可调缩孔进行调整，使同层一次风速偏差保持在±5%以内。

4.2 辅试验（氧量场、温度场标定）

（a）在300MW 试验负荷下，对空气预热器出口水平烟道进行烟温场测量，选定温度测量的代表点，或按网格法布置温度测点，直接测量排烟温度。

（b）在300MW 试验负荷下，对空气预热器进、出口水平烟道进行氧量场测量，选定氧量测量的代表点，或采用网格法布置烟气取样管，直接测量空气预热器进、出口烟道氧量。

4.3 燃烧工况摸底性试验

为了在燃烧优化调整前了解机组的实际运行状况，特进行了燃烧工况摸底试验。该项试验在300MW负荷下进行，其主要结果见表3，从锅炉摸底试验结果来看，排烟温度偏高是造成锅炉热效率偏低的主要原因。

4.4 氧量调整试验

氧量调整试验是在其它运行参数稳定不变的条件下，以省煤器出口氧量为变化参数，通过改变入炉总风量，以实现锅炉运行氧量的变化，观测、记录其对燃烧稳定性的影响，并记录汽温和高温受热面管壁温度变化。

4.5 燃尽风（SOFA）开度调整试验

控制空气预热器入口烟气氧含量基本不变，改变燃尽风（sofa）开度，观察燃尽风风门开度变化对锅炉运行参数的影响。

4.6 一次风速调整试验

一次风速的大小，对燃烧着火影响较大。一次风过高，推迟煤粉着火，引起燃烧不稳； 一次风过低，一次风刚性变差，气流稳定性变差，容易引起燃烧器喷咀烧损和一次风管堵管。试验进行时，保持炉膛出口氧量稳定，调整一次风机挡板开度，通过调整一次风风压，改变一次风燃烧器出口速度。以一次风热风压为调整参数，保持电负荷稳定不变，调整一次风机叶片开度，测量一次风风压变化对锅炉的经济性、安全性指标，选取最佳的一次风压控制参数。

4.7 煤粉细度调整试验

在兼顾磨煤机出力和锅炉运行经济性的基础上，改变煤粉细度并进行测量，观察煤粉细度改变对锅炉运行主要参数及锅炉热效率的影响。

4.8 三次风风量调整试验

三次风量的大小也会影响到炉内燃烧的状况，保持制粉系统合理的运行方式，调整再循环风门和排粉机入口风门，改变三次风速，测试三次风速改变对运行主要参数及锅炉热效率的影响。

4.9 最佳优化工况试验

按上述燃烧调整试验求得的各运行参数的最佳值进行组合，进行综合性最佳燃烧工况试验，该项试验在300 MW 负荷下进行。燃烧调整试验的主要目的是通过调整氧量、配风方式等各个主要单参数的变化，综合考虑锅炉运行的安全性及经济性，得出各个单参数的最佳范围。最后将这些最佳的单参数进行优化组合，得出燃烧的优化工况，试验结果见表3。

表3 燃烧调整试验

5. 结论与建议

1）磨煤机钢球实际装载量偏小，导致制粉系统出力降低，钢球量在A、C、D 磨上应适当加装3～5t。

2）磨煤机按照设计及校核煤质计算的最佳通风量在10 万m3/h 风量附近，实际测量的磨煤机通风量在11 万～12 万m3/h，严重偏离最佳的磨煤机通风量，建议降低制粉系统风量至计算最佳通风量附近运行。

3）制粉系统经过调整后，各台磨的煤粉细度R90 均可降低。其中B 磨由36%降低到31.6%、AC 磨均由44%降低到34%、D 磨由44.8%降低到37.6%。

4）经过一系列规范的燃烧优化调整试验，获得了不同负荷下锅炉最佳运行控制参数；300MW 优化工况与300MW摸底工相比，固体未完全燃烧损失q4 降低了0.06%（灰、渣含碳量明显降低），实测排烟温度（修正后）降低约3℃，修正后排烟热损失q2 降低了0.33%，修正后的锅炉效率增加了0.36%。

参考文献：

[1] DL/T467-2004电站磨煤机及制粉系统性能试验[S]

[2] GB10184-88电站锅炉性能试验规程[S]