制粉系统运行方式对锅炉低负荷运行安全性和经济性的影响
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【摘要】本文通过对中间储仓式热风送粉煤粉炉三次风带粉量大对锅炉低负荷燃烧所产生的负面影响，从安全性和经济性两方面进行分析，提出了锅炉在低负荷阶段制粉系统合理的运行方式。
【关键词】制粉系统；运行方式；二次风；低负荷；安全性；经济性
1.前言
目前，由于电网峰谷差很大，各火电机组参与调峰的深度也越来越大，对火电机组低负荷运行的安全性和稳定性提出了更高的要求。而火电机组低负荷运行的安全性和稳定性则主要取决于锅炉机组的低负荷稳定燃烧能力。对于中间储仓式热风送粉煤粉炉来说，由于三次风煤粉燃烧放热的原因，制粉系统的运行方式直接影响着炉膛的断面热负荷，直接影响着锅炉的低负荷稳定燃烧能力，同时对单元机组的经济性也产生很大的影响。本文从安全性和经济性两方面来分析，讨论制粉系统运行方式对中间储仓式热风送粉煤粉炉在低负荷阶段的影响。
2.系统简介
太原大唐第二热电厂1、2号炉为上海锅炉厂有限公司生产的300MW亚临界中间再热自然循环汽包炉，采用负压中间储仓式制粉系统，一次风热风送粉，现已有4套制粉系统。制粉系统停运时，输粉机调节各粉仓和粉位。磨煤机采用钢球磨，设计煤种为较难燃和难磨的低挥发分的贫煤。锅炉燃烧系统共有4层一次风喷口，9层二次风喷口，2层三次风喷口。锅炉设计时采用了较小的煤粉细度，这就不可避免地造成二次风带粉偏大的问题。因此，制粉系统运行方式（运行套数和不同的组合方式），决定了进入炉膛的二次风的带粉量的多少和三次风的运行方式.直接影响着给粉机的转速和燃烧器区域的断面热负荷，也直接影响着锅炉低负荷阶段的安全性和经济性。
3.安全性影响
在机组减负荷时.随着锅炉负荷的降低，主汽压力降低，水冷壁的温度随之降低，单位质量的燃料燃烧时的散热量较高负荷时增加，不利于锅炉机组的着火和安全稳定燃烧。同时，在锅炉低负荷阶段，对于中间储仓式热风送粉煤粉炉来说，若制粉系统套数较多，进入炉膛的三次风带粉量较严重，由于三次风煤粉的燃烧发热，在负荷不变的情况下，运行给粉机的转速当然进一步降低.炉膛断面热负荷和容积热负荷降低，炉膛温度下降，在锅炉低负荷阶段，制粉系统运行套数增加，三次风带粉导致给粉机转速降低十分明显。运行给粉机转速的降低，使一次风管中的风粉混合物浓度降低，减少了进入炉膛燃烧器区域的给粉量，直接降低了燃烧器区域的断面热负荷，促使整个炉膛温度水平的降低。
热力学温度和煤粉浓度的降低.均使燃烧反应速度减慢.均不利于燃烧的稳定、快速、顺利进行。同时，由于制粉系统运行套数较多，各制粉系统给煤机的给煤量不可能太大.为控制磨煤机口温度，就不可避免的要开大冷风门，使系统漏风量增加，若此时磨煤机入口再循环风门开度较小，将会造成进入炉膛的三次风量和二次风带粉量大幅增加。由于上述分析的原因，除进一步降低炉膛断面热负荷外，大量的低温三次风进人炉膛上部，由于低温三次风的吸热.又会促使炉膛整体温度大幅度降低，特别是三次风和处于上层的制粉系统均在运行时.由于上层三次风距运行燃烧器距离较远，温度较低.将会造成三次风的着火不稳定，容易引起三次风时而着火，时而灭火，进而引起炉膛压力的波动。当三次风突然熄火时（如给煤机断煤等原因），将引起炉膛压力突然大幅降低，使整个火焰中心突然上移，容易引起燃烧器脱火的现象发生。而此时，运行三次风突然熄火，锅炉热负荷下降，主汽压降低，为保证机组负荷的稳定，在机组处于机炉协调方式或锅炉处于汽压自动方式时.调节系统就会自动增加运行给粉机转速和总风量，造成炉膛温度的急剧下降，容易引起锅炉灭火。
3.2 对煤粉着火的影响
炉膛内煤粉气流的燃烧过程分为吸热、着火、燃烧、燃尽等阶段。将煤粉气流加热到着火温度所需的热量为煤粉气流的着火热。当制粉系统运行套数增加时，运行中的给粉机转速下降，输粉量减少。一次风管中风粉混合物浓度降低，这相当于增加单位质量煤粉的一次风量，单位质量的煤粉着火热增加，着火点后移。根据现代燃烧理论的研究成果，对于不同的煤质和煤种.煤粉气流着火均存在着最佳着火煤粉浓度。而且，挥发分越低的煤质.其煤粉气流着火的最佳煤粉浓度越高。当制粉系统运行套数增加时，一次风浓度降低较多，偏离最佳着火煤粉浓度越来越远，着火难度增加。
由于制粉系统运行套数增加，炉膛燃烧器区域的断面热负荷和温度水平降低越多。高温烟气的温度降低引起高温烟气对一次风煤粉气流的辐射和对流换热减弱，对煤粉气流的加热能力降低，这均不利于一次风煤粉的着火，造成锅炉低负荷阶段一次风煤粉着火稳定性降低。
3.3 对火检强度的影响
在锅炉低负荷阶段，由于主汽压下降，给水温度降低.以及一次风下部无热源等原因，一次风火焰的散热量增加，稳定性降低。若在锅炉低负荷阶段制粉系统运行套数较多，由于燃烧器区域断面热负荷的下降和炉膛温度的降低，一次风着火距离就会更远.且着火很不稳定，火焰根部的闪烁频率及火焰强度显著下降，火嘴的火检强度在临界值附近摆动。根据给粉机控制逻辑.当火检强度低于临界值，在10秒内不能达到火检门槛值以内时，对应的给粉机就因失去火检而跳闸.从而引起更大的扰动。由此可知。制粉系统运行方式不合理，在锅炉低负荷阶段，对锅炉的安会、稳定运行构成了严重威胁。
4.经济性影响
当制粉系统运行套数增加时，锅炉的过剩空气系数降低。锅炉的化学不完全燃烧损失增加；磨煤机冷风门的开大，又使系统的漏风率增加。由于制粉系统的通风量增加.单位煤粉的能耗大幅度增加而效率却大幅度下降，而且因通风量增加、煤粉变粗、锅炉的机械不完全燃烧换热增大。同时.制粉系统运行套数的增加，又造成单元机组的厂用电率明显增加。
5.较合理的制粉系统运行方式
在锅炉低负荷阶段，随着制粉系统运行套数的减少.炉膛燃烧器区域的断面热负荷明显增加（给粉机转速增加明显）。根据三次风布置的特点，在锅炉低负荷阶段，为保证二次风着火的稳定和减少给煤机断煤等因素对炉膛燃烧稳定性的影响，在输粉绞龙正常运行的情况下，保留2套制粉系统为宜，磨煤机入口冷风门全关，磨煤机出口温度靠调节给煤量、磨煤机入口再循环风门及热风门控制，以减少系统漏风，降低单位煤粉能耗。而且.磨煤机入口再循环风门应尽可能的保持较大开度，以减少进入炉膛上部的三次风量和带粉量。进一步提高运行给粉机转速，提高断而热负荷。在输粉绞龙故障的情况下，在锅炉低负荷阶段.同时运行的制粉系统亦不应超过2套，可采用轮换启停各制粉系统，加大给煤量以迅速提高粉仓粉位；尽可能提高炉膛的断面热负荷，努力营造有利于煤粉气流着火和炉膛燃烧稳定的环境.以确保在低负荷阶段锅炉的安全、经济、稳定运行。
参考文献
[1]王登香.直吹式制粉系统锅炉燃用劣质煤的稳燃分析[J].电力安全技术，2012（11）.