磨煤机一次风调平试验方案研究

王晓亮

摘要：磨煤机一次风调平是燃煤电厂经常操作的试验，通过测量各个煤粉管道风粉混合物的流量，来判断粉管间的风粉分配是否均匀，如流量偏差超出允许范围，及时调整，以保障锅炉的燃烧效率，防止锅炉结焦和积灰，减少排烟热损失、固体及气体不完全燃烧热损失。

关键词：磨煤机；一次风调平；试验方案

在燃煤电厂中,无论是中间储仓式制粉系统还是直吹式制粉系统,其煤粉管道都是分层并列布置。在并列管路中,由于布置情况不完全相同,因而造成各粉管的阻力系数不相等,这样就导致了各粉管中风粉混合物流量不一致。在这种情况下,会导致燃料燃烧不彻底，燃烧热损失增加，过量NOx的生成、锅炉效率下降。因此,采取有效的方法对各并列粉管进行阻力调平,消除各粉管在实际运行时的流量偏差,具有很重要的意义。目前,制粉系统各管道的阻力调平常用的节流元件有节流孔板和可调缩孔，入炉风量偏差不大于±5%^[1]。

1.设备概况

锅炉为亚临界、自然循环、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封闭、全钢构架的∏型汽包炉。锅炉设计压力19.1MPa，最大连续蒸发量为2070t/h，额定蒸发量1876t/h，额定蒸汽温度541℃。炉膛断面尺寸为20.7m×16.7m，炉膛容积为18532m³。炉膛高热负荷区采用内螺纹管膜式水冷壁，水循环方式为自然循环。炉膛上部布置有前、后屏式过热器、高温过热器；折焰角后部水平烟道布置有高温再热器；后竖井双烟道分别布置水平低温过热器、低温再热器和省煤器，烟道下部布置有两台回转式空气预热器。在省煤器出口与空预器入口之间布置脱硝装置，在引风机出口与脱硫入口之间布置有烟气余热利用装置。炉膛燃烧方式为正压直吹前后墙对冲燃烧，前、后墙下层各5只轴向旋流燃烧器，其他20只燃烧器为中心给粉旋流煤粉燃烧器，前后墙各布置两层燃烬风，以减少NOx排放量。制粉系统配置6台磨煤机，锅炉燃用设计煤种满负荷时，五台运行一台备用。锅炉炉膛风烟系统为平衡通风方式。锅炉炉底采用刮板式捞渣机，过热蒸汽汽温主要靠一、二级喷水减温器调整，再热蒸汽汽温主要依靠设置在尾部分烟道底部的调节挡板装置，来调节再热器出口温度，并在冷段再热器入口导管上装设了两只事故喷水减温器。机组在50～100%BMCR范围内，过热蒸汽及再热蒸汽可维持额定汽温。

汽轮机为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式，额定功率为600MW，盘车转速1.5r/min。共有七段非调整抽汽，分别供给三台高压加热器、一台除氧器、三台低压加热器。机组设计为中压缸启动方式，也可用高压缸启动方式。旁路系统采用二级串联启动旁路，容量为40%BMCR。发电机为三相隐极式同步交流发电机，采用静止可控硅，机端自励的励磁方式。结构为全封闭、自通风、强制润滑、水/氢/氢冷却、圆筒型转子。定子绕组为直接水冷，定、转子铁芯及转子绕组为氢气冷却。定子绕组的冷却水由内冷水泵强制循环，进出水汇流管分别装在机座内的励端和汽端，并通过定子冷却水冷却器进行冷却。氢气则利用装在转子两端护环外侧的单级浆式风扇进行强制循环，并通过四台氢冷器进行冷却。

2.试验目的

磨煤机出口各粉管风速均匀是保持炉内良好空气动力场的基础，准确的风速是制粉系统安全运行的重要保障，是改善炉内燃烧工况、提高锅炉效率的基本条件。磨煤机在正常工作时，粉管实际的阻力系数，受到运行工况、煤种、管道磨损的影响，会出现经常性的改变，因此，标准规定，每月应进行一次磨煤机的一次风调平试验，保证锅炉安全高效的运行。在机组检修后，由于管道阻力系数发生改变，也应对磨煤机的各粉管进行调平，确保风粉分配均匀，锅炉燃烧稳定。

3.试验依据

本试验依据以下文件及规程编制：

（1）GB10184-2015《电站锅炉性能试验规程》；

（2）DL/T467-2019《电站磨煤机及制粉系统性能试验》。

4.试验要求

（1）锅炉检修工作完成；

（2）送风机、引风机、空预器经过试转，可以正常投运，就地事故按钮正常；

（3）DCS与试验有关的参数，如送、引风机及空预器电流，各风门开度指示，炉膛负压，烟道及制粉系统各段风压，总风压，一、二次风压等显示正常；

（4）燃烧系统、风烟系统、制粉系统的烟风道严密不漏，各风门挡板调节灵活、严密，开关方向正确，就地开度指示与DCS一致；

（5）燃烧器安装符合规范要求；

（6）在各风粉管道上按要求布置好测孔，各测孔堵头应松开，测孔附近照明充足，以便进行标定工作；

（7）风粉测速装置调校完毕，具备使用条件；

（8）为确保调平工作的准确性，应检查炉膛及尾部烟道的严密性。锅炉的人孔门、检查孔、看火孔应关严，冷灰斗投入水封。关闭磨煤机的排渣门；

（9）确定可调缩孔的开关方向，尽量将所有可调缩孔全开；

（10）试验进行期间严禁随意操作，如进行操作应告知试验人员。

5.主要试验仪器

仪器名称	数量	状态
电子微压计	1台	已校验且在合格期限内
BS-I型靠背管	1支	已校验且在合格期限内
测温仪	1台	已校验且在合格期限内
热电偶	1支	已校验且在合格期限内
大气压力表	1个	已校验且在合格期限内

6.测量项目与方法

锅炉状态：启动引风机、送风机，一次风机，维持适当的炉膛负压（-100Pa左右），启动磨煤机带额定煤量，用靠背管和电子微压计测量磨煤机各粉管动压、静压，用测温仪和热电偶测量风粉温度，通过测量数据计算磨煤机粉管一次风风速，并根据需要对相应的粉管缩孔进行调整，最终使各粉管风速偏差在±5%以内。具体计算公式如下：

（1）最大风量相对偏差可按下式计算：

式中， ――最大风量相对偏差，%；

――偏差最大的一次风管风量，t/h；

――一次风管平均风量，t/h。

（2）根据靠背管测得的气流平均动压，计算气流速度的公式为：

式中， ――气流速度，m/s；

――为靠背管测得的平均动压，Pa；

－－靠背管速度系数；

――气体密度，kg/m³。

（3）管道内的一次风质量流量为：

式中， ――管道截面积，m²；

――质量流量，t/h。

（4）气流密度 可根据气体状态方程求得：

式中， ――标准状态下气流密度，kg/m³；

――管道内气体静压，Pa；

——当地大气压，Pa；

――管道内气体温度，℃。

（5）标准状态下气流密度为：

对于干空气，含湿量d＝0，则 kg/m³。

对于同一台磨煤机来说，风量只与速度有关，与风道截面积无关，因此实际进行一次风调平时只需测得速度，然后再比较其相对偏差不超过±5%即可。

7.试验组织及分工

试验应建立一个试验领导小组，负责组织和协调试验前期准备、机组消缺、测点安装以及试验时工况调整、异常事故处理等工作，领导小组包括试验总负责人、试验技术负责人和试验协调人。

8．安全措施

（1）试验期间锅炉机组应按试验要求的负荷稳定运行，运行操作由运行人员按试验大纲要求进行调整，遇有异常情况时及时与试验人员联系以便妥善处理；

（2）试验中遇有危及人身及设备安全的情况时，应立即终止试验，待确认异常消除后方可进行试验；

（3）试验人员无权启停任何设备，如试验确实需要，应由运行人员进行操作；

（4）所有参加试验的人员应严格执行电厂制定的安全规程，进入厂区穿工作服、工作鞋、戴安全帽；

（5）试验现场的安全措施如脚手架的搭设、照明等必须满足现场安全规程规定；

（6）设备的启停必须遵循规程规定，如遇到设备运行不稳定，危机到设备和人身安全的情况，应立刻停止试验，处理完毕，满足试验条件后再重新开始；

（7）通风量的调整过程中，应注意一次风机工作压力和工作流量的对应关系，防止一次风机失速；

（8）现场进行热态调平试验要防止烫伤及粉尘伤害，做好劳动保护措施；

（9）试验开始前，观察试验平台周围是否有其他影响人员安全的作业；

（10）操作过程中，监护人必须监护到位，发现不规范的情况及时提醒。

9.试验数据及结果分析

	粉管序号	粉管内径	面积	大气压力	风温	管道动压	管道静压	密度	靠背管系数	粉管风速	平均速度	偏差	风量
单位	—	mm	m2	Pa	℃	Pa	Pa	kg/m3	—	m/s	m/s	%	t/h
调平前	1	344	0.37	90200	78	462	900	0.90	0.83	26.53	28.52	-6.95	32.11
	2	344	0.37	90200	78	450	600	0.90	0.83	26.23	28.52	-8.02	31.64
	3	344	0.37	90200	78	605	814	0.90	0.83	30.38	28.52	6.53	36.73
	4	344	0.37	90200	78	624	400	0.90	0.83	30.92	28.52	8.44	37.21
调平后	1	344	0.37	90200	78	641	475	0.90	0.83	31.33	31.26	0.21	37.73
	2	344	0.37	90200	78	594	726	0.90	0.83	30.11	31.26	-3.67	36.37
	3	344	0.37	90200	78	622	659	0.90	0.83	30.83	31.26	-1.39	37.21
	4	344	0.37	90200	78	703	618	0.90	0.83	32.78	31.26	4.86	39.55

调平前，4根粉管风量偏差较大，均不能满足±5%的要求，通过调整可调缩孔， 4根粉管的风量偏差已满足要求，试验达到预期目的。

10.结束语

一次风调平对解决燃煤电厂的炉膛燃烧、结焦、超温等问题有很大帮助。在平时运行过程中，应尽量保持各台磨煤机的风量一致，监测一次风压在正常范围， 保证一次风机有足够的裕量,给锅炉燃烧提供足够的调节范围。

另外，根据研究，磨煤机出口一次风管的煤粉浓度偏差，对炉内燃烧工况的影响也比较大，简单说明如下^[2]：

一次风速偏差对炉膛内空气动力场和温度场影响均较大，因为，风速偏差影响速度场，速度场的变形导致了炉内温度场在炉膛截面上的分布不均，从而会导致局部高温和水冷壁的热偏差，锅炉在炉膛出口会出现烟温偏斜，对锅炉的安全和经济运行将产生不利影响。

在风速分布较为对称的情况下，各粉管煤粉量依然会出现偏差。这是因为粉管内的工质是气固两相流，煤粉量会随着一次风速和管路阻力的增加而增加，但一次风速并非是影响煤粉量的主要因素，管路阻力的影响占比较大。因此，通过可调缩孔来调整一次风速，配平一次风量，使各粉管阻力近似相同，仍然会导致煤粉量分布不均，最大偏差幅度能达到30%。此时，粉管的煤粉量偏差对炉内空气动力场的影响不大，但粉量偏差会使燃烧强度不均匀，所以对炉内温度场影响很大，即煤粉量偏差也会导致烟道受热面的温度场偏斜，从而导致局部高温和水冷壁热偏差等情况出现， 这也就解释了在实际运行过程中，为何一次风速平衡，但炉膛出口仍存在较大的烟温偏斜的原因。

所以，在一次风速调平的情况下，各粉管中煤粉分配不均仍然会导致火焰中心偏斜和汽温偏差，甚至可能造成局部还原性气氛而引发高温腐蚀等问题，对于NOx的排放也会产生不利影响，在一次风调平的同时，还要兼顾煤粉平衡，才能更彻底的解决问题。

参考文献：

[1] 于振清.电站锅炉一次风冷态调平方法[J].山东电力技术，2006年第6期.

[2] 王战锋，吴东垠，李淑宏. 一次风的风粉偏差对烟温偏斜影响的试验和理论研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2020年1月第16卷第1期.