摘要：目前，大容量电站锅炉普遍配置直吹式制粉系统，磨煤机出口一次风管风粉分配偏差大的问题普遍存在，风粉分配偏差大直接限制机组灵活性运行。从制粉系统设备角度分析了磨煤机出口并联一次风管风粉分配偏差大的原因。为改善一次风管风粉分配偏差，对比分析各种煤粉分配器的性能和优缺点，并阐述煤粉分配器在电站锅炉的应用情况和效果。随着灵活性运行工作的深入，需要对灵活性运行机组制粉系统进行改造，加装相匹配的煤粉分配器，改善风粉分配特性，提高机组运行稳定性和安全性。
关键词：直吹式制粉系统；风粉偏差；煤粉分配器；灵活性
1制粉系统的风粉分配偏差现状
目前，大容量锅炉普遍采用直吹式制粉系统，与配备中间储仓式制粉系统的锅炉不同，其在燃烧设备与制粉系统之间没有明显的界限，制粉系统已与锅炉本体形成了密切相关的整体。因此，制粉系统运行的好坏直接影响锅炉的安全稳定运行。电力行业标准规定:对中速磨直吹式制粉系统，同层燃烧器各一次风管之间的煤粉和空气应均匀分配，其风量偏差分配不大于±5%，煤粉分配偏差不大于±10%。但机组实际运行过程中，同层燃烧器各一次风管风粉分配偏差达±(30%～40%)的现象普遍存在，严重影响机组制粉系统和锅炉运行安全。
2制粉系统运行
一次风管风粉分配偏差直接影响制粉系统的安全运行。如风速最低的一次风管易造成煤粉沉降，水平管段存在积粉，在磨煤机启动或停运时，由于系统扰动较大，可能发生煤粉自燃或爆炸等影响机组运行的安全事故。另外，风速较低的一次风管还易出现煤粉堵管进而发生着火或燃烧器烧损的事故。目前电厂对煤粉粉量分配偏差的重视程度不够，导致电厂中煤粉粉量分配偏差大的现象普遍存在。粉量分配偏差大对锅炉的安全经济运行影响较大。
2.1锅炉运行
燃煤锅炉的一次风管是担负燃料输送和供应的重要管路，管内风粉分配状况直接影响锅炉炉内的燃烧状况、空气动力场状态和热负荷分布，影响锅炉运行的安全性、经济性和环保性。各燃烧器间的风粉分配不均导致个别一次风管煤粉浓度高/煤粉浓度低，煤粉浓度在合适的情况下，燃烧器出口煤粉气流的着火和稳燃最稳定，如偏离该值会出现着火提前或延迟，着火提前导致燃烧器烧变形甚至烧损，着火延迟导致燃烧器脱火，火检无法检测到火焰信号。同时，各燃烧器风粉偏差较大，在风煤比低的燃烧器内，使飞灰含碳量升高，并产生还原性气氛，降低锅炉效率，增加发生高温腐蚀和水冷壁结渣的可能性;在风煤比高的燃烧器所对应的炉内，局部区域氧浓度过高，生成大量NO等氮氧化合物。
2.2风粉分配偏差对机组灵活性运行的影响
低负荷运行时，由于风粉分配偏差大造成锅炉受热面管壁壁温偏差大甚至超温，影响在超临界参数锅炉实现灵活性运行。机组灵活性运行时，若炉内火焰偏斜，热负荷偏差大，会使水冷壁管的沸腾点不同步推迟，此时尽管水冷壁的总流量保持不变，但各管内工质流量分配不均或流量不稳定，从而产生水动力不稳定和脉动现象。负荷越低，压力越低，水动力不稳定性越明显。由工质侧水动力不稳定性和烟气侧的热负荷偏差共同作用下，工质流量低且处于炉内热负荷高状态下的水冷壁管极易出现传热恶化，水冷壁壁温超温且难以控制。另外，灵活性运行对机组调峰能力和负荷升降速率都有要求，同样，快速升降负荷时也会受到受热面管壁温度超温问题的限制而无法实现。低负荷时，主蒸汽和再热蒸汽汽温均偏低，脱硝入口烟温下降甚至无法满足最低烟温要求。
3煤粉分配偏差特性改善措施
3.1煤粉分配器的发展
煤粉分配器是将煤粉气流均匀分配至若干支管的装置，大部分电厂未按行业规程安装性能优良的煤粉分配器，仅在磨煤机出口并联一次风管上安装可调节阻力的节流元件———可调缩孔，可调整风量分配，无法调整煤粉分配。
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（1）扩散型煤粉分配器。直接安装于磨煤机出口，利用磨出口一次风粉混合物经分配器各截面的收缩和扩散过程中减速、加速及流场惯性，加强扰动、混合，使一次风粉混合物在分配器出口圆周方向分布均匀化。
（2）径向型煤粉分配器。主要应用在前苏联，是一种断面为圆形的格栅型分配器，径向布置格栅，布置36个格栅时，测试一次风粉分配偏差为±(10%～15%)，仅应用于2根煤粉管道的制粉系统，存在由煤粉管道阻力特性引起的附加偏差问题。
（3）格栅型煤粉分配器。主要应用在德国和前苏联，利用格栅原理将一次风粉混合物切割为多股气流，切割后的气流采用间隔混合的方式进入下游2个支管。这种分配器分配偏差为±(20%～25%)。这种分配器性能略好，但实际应用中安装空间大，仍不能满足大容量机组安全经济运行的需要。
（4）双可调煤粉分配器。该分配器的工作原理为，首先利用一次风粉混合物通过煤粉浓淡分离装置将气流分割为2路:一路为煤粉浓度较高但流量较低的气流，另一路为流量较高但煤粉浓度较低的气流，即浓相空间和稀相空间。在2路汽流中布置不同的调节机构，分别对这2股气流进行调整并重新分配，分配后将浓相和淡相气流在分配器各出口相互混合，每个出口对应一根煤粉管道，从而实现对各根进入燃烧器煤粉管道中的煤粉量及空气流量分别调整和分配。
在设计过程中对煤粉管道阻力特性引起的附加偏差进行均衡，通过调整双可调煤粉分配器上浓相和稀相调节机构，可实现磨煤机出口各并列支管一次风粉混合物分配均匀，达到相关行业标准。该技术已成功应用于数十台600MW机组的锅炉直吹式制粉系统，均取得了良好效果。该分配器在运行中可调，只需将分配器上的浓相和稀相调节机构调整到恰当位置即可达到均匀分配的效果。该分配器可将煤粉和空气的分配偏差控制在#10%以内，最佳工况下煤粉与空气的分配偏差可控制在#5%以内，且阻力较小，一般在0.5kPa以下，气流分支数不受限制，可根据需要设计。
制造的超超临界燃煤锅炉，对冲燃烧方式，每层8只燃烧器，由一台磨煤机供煤粉。在实际运行过程中，由于制粉系统风粉分配偏差达±40%，使炉内热负荷偏差大，在运行中出现两侧烟温偏差大、水冷壁管壁温度偏差大且易超温、高温过热器和高温再热器存在局部超温现象，限制了过热蒸汽和再热蒸汽温度甚至无法带满负荷、NOx排放量偏高、飞灰含碳量偏高等。加装煤粉分配器后，风粉分配偏差达到要求，各受热面壁温偏差大和超温现象得到有效解决，蒸汽品质达到额定参数，机组带负荷能力上升。
4结论
目前运行的大容量直吹式制粉系统风粉分配偏差大，最大可达±40%，造成机组灵活性运行工况下的炉内热负荷偏差大，受热面管壁温度偏差大且易发生传热恶化和超温，极限深度调峰工况下，磨煤机仅1～2台运行，一次风粉分配偏差大可能直接造成燃烧恶化导致灭火事故。现有煤粉分配器技术已可解决大容量直吹式制粉系统风粉偏差大的问题，并成功运行。随着灵活性运行工作的深入，调峰程度的加大，需对灵活性运行机组制粉系统组进行改造，加装相匹配的煤粉分配器，达到合理分布炉内热负荷，减少火焰偏斜，减轻受热面超温，提高机组运行稳定性和安全性。
参考文献
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论文作者:黄碧波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：偏差论文; 制粉论文; 分配论文; 分配器论文; 煤粉论文; 风管论文; 锅炉论文; 《基层建设》2019年第12期论文;