电厂锅炉风粉混合器下粉不均原因分析及解决措施
电厂锅炉风粉混合器下粉不均原因分析及解决措施
摘要：针对锅炉给粉机下粉不均已严重影响机组安全及经济运行的问题，深入分析给粉机下粉不均的现象、原因，并提出解决措施，对于发电厂解决给粉机下粉不均有借鉴作用。
关键词：锅炉、给粉机、风粉混合器、下粉不均
1 前言
广东粤泷发电厂采用的锅炉为东方锅炉厂制造的DG420/13.7-Ⅱ2一次中间再热П型布置、超高压自然循环锅炉。四角切园燃烧器，燃烧器采用结构型式均为固定式百叶窗分离的直流燃烧器。每个燃烧器布置三层一次风喷口，4层二次风（其中一、三层二次风共配置八根空气雾化油枪，油枪出力为0.6Kg/h）和1层二次风喷口组成。一次风与二次风间隔布置，三次风布置在上部，顶部有一层二次风。制粉系统采用中间仓储式，温风送粉，燃用煤种为5000大卡的山西/内蒙烟煤。总燃料消耗量74.18t/h左右，配备两个煤粉仓，容积为120m3。
2012年改造燃用烟煤以来，由于燃煤热值下降，原煤耗煤量增大，给粉机一直存在下粉不均问题，对锅炉燃烧存在不良影响，主要表现在机组负荷波动大、带负荷能力降低。
2 给粉机下粉不均原因分析
因为罗定电厂锅炉下粉问题已存在多年，曾对#1号机组进行了下粉管静压测量。在一次风压约2900Pa（联络管静压）、无煤粉的条件下，1号锅炉各风粉混合器的静压，除A-A、A-C、B-A、B-C粉管外，其它可以测量粉管的混合器静压均超过1000Pa；最高的C-A达到1300Pa，测量结果见表1。
从粉管的布置看，混合器静压高的，其粉管往往比较长，如C、D角；而混合器静压低的，其粉管则比较短，如A、B角。
表1 锅炉各风粉混合器的静压（一次风压约2900Pa、无煤粉）
实际上，根据简单的泛函表达式，混合器背压处静压P2为：
P=f(P2)=f(Pb+Pp) （P2=Pb+Pp）
式中：f为混合器中心P与出口P2的压力函数，与混合器的结构有关；Pp为混合器至燃烧器的风管阻力，与管径D、风管长度L、一次风流速V、弯头数量Nw、管壁材料M、混合物的温度T和浓度等因素有关，Pp=f(D,L,V,Nw,M,T)，对于特定结构的风管，阻力Pp只与流速V有关，Pp=f(V)；Pb为燃烧器阻力，Pb与燃烧器的结构、风速V有关[1]。
P
V P1 混合器 P2 风管PP 燃烧器Pb
图1 风粉混合器静压计算示意图
因此，决定风粉混合器静压大小的因素为: 混合器内部结构、燃烧器布置结构、风管布置和风速因素，在运行中可以调整的因素则只有风速，也等价于一次风压。
为此，在不一次风速下对风粉混合器内静压进行了测量，其影响如图2所示。随一次风速增大，各风粉混合器静压增大，但在变化幅度上有所差别。这主要是由于风箱一次风压是所有风管总阻力的有关，一次风压增大时，各管风速的增加幅度是不一样的，而混合器静压与风速成一定比例关系。
图2也反映出，在一次风速满足输粉、燃烧等条件下，降低总一次风压运行对降低混合器静压，改善下粉是有利的。从试验结果看，一次风管风速降低1m/s，混合器静压可降低约200Pa。
在给粉机不同出力下，风粉混合器的静压变化如图3所示，随给粉机出力的增大，风粉混合器静压明显增大，当给粉机转速达到400r/min或以上时，风粉混合器静压出现较大的波动。
一次风压（Pa）
图2 锅炉一次风压对混合器静压的影响
给粉机转速（r/min）
图3 锅炉给粉机不同出力对混合器静压的影响
事实上，风粉混合器静压的上述变化均源自混合器后总阻力的变化，无论是增加总一次风压，还是提高下粉出力，混合器后总阻力均增加，导致混合器静压增大。
由于无法确知出粉管和给粉机间隙之间的压力传导程度，且风粉混合器静压和给粉机出力之间并没有明显的正相关系，即风粉混合器静压高的，其给粉出力并不一定小（如表2所示），这就使给粉机不下粉或下粉不稳定的原因分析变得更加复杂。
表2 风粉混合器静压和给粉出力关系(600r/min)
三、改善措施
但从上面煤粉下落过程各阶段的受力分析，并结合国内有关电厂的改造经验来看看，提高给粉机下粉的措施有两点：一、增大煤粉的流动性；二、减小下粉管静压P。前者与煤粉粘性有密切关系，而煤粉粘性系数的大小
与煤种、煤粉的水分、细度、温度、煤粉所受的压强等因素有关[2]。在一定的煤种下，煤粉细度是由锅炉经济性决定，要减小煤粉的粘结系数，最重要的措施是保证粉仓的保温和干燥，保证吸潮管处于良好的工作状态，使煤粉不至于结块，同时，适当提高磨煤机出口温度，减少煤粉所含水分，建议运行人员跟踪制粉系统运行参数，并根据下粉情况作相应调整。后者的降低可以在满足输粉条件下，适当减小一次风速外（降低一次风母管压力或者关小一次风门），但更有效的措施还是改造混合器的结构。
图4为原有风粉混合器的双托板结构，该混合器的选型与锅炉设计煤种为无烟煤有关，部分混合器下粉管内正压较大（见表1）。
为了降低下粉管内的静压，已有部分电厂将上述双托板混合器改造成微正压或负压型混合器（见图5），其不同点是：（1）将原双托板改成单托板；（2）在下粉管与混合器联接处的后壁回一块弧形钢板插入煤粉混合器内部一定深度，使流经的一次风对下粉管产生引流作用，从而形成微正压或负压。从其它电厂改造经验的结果来看，改造以后对提高下粉能力还是有帮助的。因此，开发新型混合器，有效降低下粉管内的静压，以提高锅炉下粉能力也成为了我们将采用的技术方案。
图4 锅炉原有风粉混合器结构
图5 新型混合器技术方案
（1）在下粉口的前沿不采用钢板，而是增加一圆滑过渡的突台，与下方水平隔板形成一局部喷口结构，产生加速气流，从而在突台后侧（下粉口处）形成低压区；
（2）考虑到下粉口前沿的阶梯式结构诱导低压区的能力有限，新型混合器将突台前沿混合器的管壁过渡曲线选择为混合器的上侧与突台整体形成圆滑曲线，降低管壁对气流的扰动和阻力，提高在突台后侧形成低压区的能力；
（3）结合电厂实际布置情况，在混合器前一次风管有一直角拐弯会导致一次风气流贴向外壁，为消除这种来流不均匀情况，并提高进入隔板上部气流的质量流量和携带能力，在混合器的前部增加一导流半圆柱体；
（4）为了能及时消除隔板上部煤粉沉积、堵塞等情况，并且能够平衡隔板上下两侧的压力，有利于让隔板上侧的煤粉落入至下侧气流中，在隔板后侧增加了较多的平衡孔；
（5）对下粉口后侧的结构进行优化，通过设计一斜面来增大其流通面积。
其中，混合器设计关键参数的选择，例如突台的高度、水平托板的位置等参数，通过采用工程流动计算软件进行多工况模拟来获得，并结合电厂实际情况，对结构参数进行微调，以获得最佳性能。
图6 改造后的负压型风粉混合器
四、结语
两台锅炉的风粉混合器改造完成后，一次风管内的下粉量与给粉机转速之间的线性关联度普遍较好，改造达到预期目的，即给粉机下粉明显均匀许多。且在750rpm下1、2号锅炉所有改造后的混合器出力也有明显增加，增加范围在1.0t/h至3.0t/h之间，机组总给粉量可增加12.0~36.0t/h，因此，预计可增加机组带负荷能力10~30MW。按此估算每台机组每月增加负荷300MW~700MW，年上网电量相应增加3000MW~7000MW，给电厂带来的经济效益也是相当可观的。通过对风粉混合器改造，提高了罗定电厂1、2号机组给粉系统的下粉能力，也提高了燃烧系统的稳定性和机组带负荷能力。
