- 1 - 2×300MW机组中速磨煤机提高出力 分离器改造方案 - 2 -
一、概况 1、设备概况 某电厂一期工程2×300MW机组，锅炉为 SG－1065/17.5-M890亚临界一次中间再热自然循环汽包炉，采用单炉膛、П型布置、四角切圆燃烧、平衡通风、全钢架悬吊结构、紧身封闭、固态排渣燃煤锅炉。每台锅炉的制粉系统配置5台由北京电力设备总厂生产的ZGM95G中速磨煤机，磨煤机额定出力为40.67t/h，设计煤粉细度R90为18%。磨煤机配置的煤粉分离器为径向式挡板的静态分离器。 BMCR工况下4台运行，1台备用。 2、目前存在的主要问题 锅炉制粉系统是火力发电厂重要的辅助系统，其运行状况直接影响着锅炉的安全经济运行，而粗粉分离器的性能直接影响着制粉系统的运行。ZGM95G中速磨煤机采用径向挡板式粗粉分离器，属于静态分离器，长期以来，粗粉分离器存
在着分离效率低、煤粉细度R90偏大、磨煤机阻力大、飞灰含碳和大渣含碳高，输粉管粉量分配不均匀以及煤粉细度不均匀且不易调节等问题。影响制粉系统出力，机组运行的安全性和经济性，迫切需要一种高性能的粗粉分离器来满足机组运行的需要。 二、改造的必要性 粗粉分离器是火电厂和其他燃煤装置的制粉系统中关键设备之一，它对磨煤机的出力和运行的经济性都有极大的影响。煤粉锅炉在燃烧过程中，为保证其安全性及经济性，对进入炉膛燃烧的煤粉的细度有一定要求，需要其在一定的范围内。而磨煤机的出粉细度与磨煤机通风量、给煤量及分离器性能有关。径向型粗粉分离器由于设计和选择上不足，存在着循环倍率高、设备阻力大的缺点。它的回粉量高达制粉量的2~3倍，并且含有30%~50%的合格煤粉，它的设备阻力占整个系统阻力的20%~25%。由于含有大量合格煤粉重新返回磨煤机，使磨煤机自身阻力不断上升，降低和限制了磨煤机的出力，使制粉系统处在不经济状态下运行。 某电厂一期工程2×300MW机组磨煤机配置的粗粉分离器为径向挡板粗粉分离器。径向型挡板粗粉分离器主要的分离原理就是简单的挡板分离，其性能本身比轴向型粗粉分离器要差；径向型粗粉分离器存在分离器阻力大、分离效率低、- 3 -
循环倍率高、煤粉均匀性低、煤粉细度调节特性差、煤粉细度粗或容易堵、管道磨损严重及综合效率低等诸多问题，造成设备运行既不安全，也不经济。因此，有必要对现有分离器进行改造。 通过煤粉分离器技术改造，将磨煤机径向挡板分离器改成了轴向型挡板分离器。改造后可大大提高了粗粉分离器效率。轴向粗粉分离器分离出来的煤粉均匀性指数较高，均匀性较好，进入炉膛的煤粉均能保证充分燃烧，从而降低炉渣的含碳量及飞灰含碳量，减少了煤粉物理不完全燃烧热损失，有利于低NOx燃烧器的运行，进而提高锅炉经济性。 通过磨煤机分离器改造，能够提高煤粉的均匀性，煤粉细度能够控制在更加合理的范围内，有利于降低飞灰含碳量和炉渣含碳量，提高燃煤利用率，进而达到节能减排的效果。 轴向分离器可使煤粉在分离器中产生较强的旋转，从而使煤粉在分离器中的停留时间增加，并起到一定的风粉混合作用，提高了输粉管粉量分配的均匀性，从而降低炉膛内部温度分布不均，减少炉内受热面部分超温，结焦和高温腐蚀，有利于避免因承压部件泄漏而造成的机组停运，从而保证了机组的安全运行进而提高锅炉安全性。 通过提高粗粉分离器效率减少磨煤机制粉单耗降低厂用电率，进一部提高锅炉经济性。 综上所述，进行锅炉磨煤机分离器改造是十分必要的。 三、改造方案及可行性 为了使得改造后能达到预期效果，使改造方案能更适合机组的实际运行工况，给改造方案设计提供可靠的数据支持，需进行改前锅炉燃烧与制粉系统专项诊断试验。 轴向分离器的煤粉分离原理：一方面是利用轴向挡板的撞击和折向作用带来的拦截和惯性分离，当气流携带煤粉通过调节挡板时，质量较大的煤粉颗粒惯性大，与调节挡板撞击产生撞击分离，质量较小的煤粉颗粒惯性小，随气流通过挡板进入上部分离室；另一方面是利用轴向挡板的导流作用，气流在上部空间形成一个旋转气流场，气流场向外部分的煤粉颗粒较大，向心部分煤粉较细。大颗粒受离心力及重力的作用被甩到外锥体的内壁，并沿壁面降落分离。合格煤粉从出- 4 -
口管由气流携带离开分离器。 轴向分离器结构简单，安全可靠；阻力小，比原径向分离器降低200Pa-250Pa；煤粉均匀性好，在同样制粉出力下，煤粉细度R90较原径向分离器下降5%-10%；可在大风量和大出力下运行，其性能优良，在相同煤粉细度下，较原径向分离器提高制粉出力20%；可降低制粉电耗，较原径向分离器下降10%；调节灵活，调节范围较大；由于平均流速降低，分离器磨损减轻；由于煤粉细度R90减小，在一定程度上可降低飞灰含碳量，对稳定燃烧和及时燃尽非常有利，必然带来锅炉效率的提高，并产生较大的经济效益。 1、改前诊断实验内容 1）煤粉细度测量试验； 2）热态一次风速调平试验； 3）煤粉浓度测量试验； 4）煤粉细度对锅炉效率的影响试验； 5）磨煤机出力试验； 6）提高一次风温对锅炉燃烧的影响（着火、NOx、锅炉效率）。 2、改造方案描述 改造方案如下图所示：
轴向式粗粉分离器对煤粉分离是利用轴向挡板的拦截惯性分离，以及煤粉在- 5 -
上部空间形成的旋转离心力分离，在此双重作用下对煤粉进行分离。 改造时保留原分离器外锥体，对内椎体进行部分切割改造，增大通流面积降低气流流速。拆除原分离器顶部径向挡板调节装置，保留顶板及分离器出口接管部分；将轴向调节挡板分离器改造部分（图中实线部分）与原分离器内外锥体部分连接，对内椎体进行封闭改造防止气流短路；将原分离器顶板及出口接管与改造后的分离器上部连接；最后恢复送粉管道及其他管线。改造后分离器出口比原分离器出口实际抬高约0.5米，(原分离器出口高度为2830mm，改造后分离器出口高度为3320mm)因此，改造后对设备现场影响很小。 实施改造后，在煤粉细度降低的同时，可确保磨煤机出力。在一个磨煤机大
修周期（累计运行12000小时）内，煤粉细度R90低于18％前提下，能保证磨煤机出力和机组负荷。 3、改造后预期达到的效果 1）煤粉细度降低，调节特性良好 在确保磨煤机出力的情况下，煤粉细度R90（筛余）在15%～40％范围内可调，并能确保在一个磨煤机大修周期（累计运行12000小时）内，煤粉细度R90（筛余）低于20％。 2）分离均匀，煤粉均匀性指数高 当煤粉通过轴向挡板进行一次分离后进入离心分离区域，带粉气流旋转，粒子受到的离心力较均匀，因此该项分离器具有均匀性指数高的特点，煤粉均匀性指数大于1.1，叶片在使用两个大修期基本无磨损。 3）分离效率高，循环倍率低，降低制粉电耗 轴向式粗粉分离器在分离过程中可将磨煤机磨出来的合格的煤粉基本送入出粉管内，分离效率可达90%以上，可大大减少合格煤粉的回粉量，减少煤粉的循环倍率，从而降低制粉电耗，约降低制粉电耗10%左右。 4）满足锅炉在不同负荷下运行，有利于锅炉运行的稳定性 轴向分离器能确保煤粉细度始终满足锅炉燃烧的要求，更好地满足锅炉在不同负荷下稳燃的要求，使锅炉始终保持燃烧的稳定。 5）降低灰渣含碳量 轴向粗粉分离器分离出来的煤粉均匀性指数较高，且均匀性好，进入炉膛的- 6 -
煤粉均能保证充分燃烧，从而降低灰渣的含碳量，有利于锅炉的经济运行。 6）保证制粉系统的安全运行 轴向粗粉分离器在设计过程中从结构上、密封上及控制上充分考虑到了设备运行的安全性。轴向分离器无机械传动控制，即就是运行调整不当，仅会影响煤粉细度变化，不影响制粉系统的安全运行。 3、改造可行性 磨煤机轴向分离器改造可以在机组运行期间改造，现场具备改造条件，在轴向分离器改造部分到货后，可根据制粉系统运行情况逐台停磨改造，不影响机组正常运行。根据我们在现场和实验室多年的经验和研究成果，陕西府谷清水川电厂一期工程2×300MW机组配置的粗粉分离器在空间上是满足改造条件，改造后粗粉分离器的阻力将降低，无须对一次风机进行增容。因此，从现场情况和技术方案上来看，对磨煤机分离器进行改造是可行的，本方案改造具有费用低、施工简单、不需要机组停运等优点。 四、项目规模及项目概算 1、项目施工范围： 1）将原磨煤机静态分离器上部径向挡板拆除，分离器出口部分回用。 2）保留外椎体，对内椎体进行局部改造。 3）将轴向挡板改造部分与原分离器外锥体连接。 ４）安装分离器出口部分。 ５）恢复送粉管道。 ６）待磨煤机启动后进行热态调整。 2、项目概算 磨煤机轴向分离器改造项目投资概算见下表，投资总计270万元。
序号 名 称 规格 数量 单价 (万元) 总价 (万元) 备注 1 轴向分离器改造部分设备 5 40 200 2 粗粉分离器安装费用 5 10 50
3 改造前试验和改造后的性能考核试验 20 20 - 7 -
序号 名 称 规格 数量 单价 (万元) 总价 (万元) 备注 4 总计 270 六、经济性分析 以下分析均以1台锅炉5台磨煤机全部改造后计算。 1、对于提高系统和本单位综合生产能力与经济效益的计算分析，包括节能降损、提高效益、降低成本、增加利润等。 轴向粗粉分离器改造后，在保证制粉系统出力的情况下，可降低煤粉细度，从而减低灰渣的含碳量以及飞灰含碳量，减少了煤粉物理不完全燃烧热损失，进而提高锅炉经济性。通过提高粗粉分离器效率减少磨煤机制粉单耗降低厂用电率，进一部提高锅炉经济性。试验数据显示，煤粉平均细度下降 4%，可有效降低飞灰可燃物指标约 1%～2%。 2、对投资回报等指标的分析计算 1）煤粉均匀性指数提高，通过改造后，在煤粉细度R90下降到18%以下，可以降低飞灰含量约2.0%，进而降低煤耗。 通过降低含碳量每年给发电厂带来的经济效益计算公式如下： H×C×A×G×Qc×B/Qb 其中： H — 锅炉年运行小时数 C — 降低的碳含量% A — 煤中灰含量% G — 煤耗量 吨/小时 Qc— 碳的标准发热量 Qb— 标准煤发热量 B — 标准煤单价（元/吨） 以300MW负荷，每年按H=6000h，煤耗量按150t/h计算： 煤中灰含量为28%，按碳的标准发热量7860千卡/公斤，标准煤发热量7000千卡/公斤，标准煤按500元/吨计算，每年可节约的资金为： （6000×0.02×0.28×150×7860×500）/7000=283(万元/年) 2）分离效率高，降低制粉耗电率每年给发电厂带来的经济效益