中速磨煤机入口风量测量的试验与数值计算对比研究_代新瑶.pdf

第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering18文章编号：1005-006X(2023)04-0018-03中速磨煤机入口风量测量的试验与数值计算对比研究*代新瑶1刘维岐1*王金龙2周闯3沈昱旭1关多娇1张猛4（1.沈阳工程学院，2.哈尔滨电站设备成套设计研究所有限公司，3.中电投东北能源科技有限公司，4.大唐内蒙古分公司蒙西新能源事业部）摘要：以某电厂制粉系统为研究对象，由于原设计煤种供应短缺，加之煤炭价格的高涨，该电厂不得不掺烧低品位褐煤。为了克服褐煤高水分、低热值的缺点，保障制粉系统的出力，磨煤机需长期超过最大通风量运行，这使得制粉系统及燃烧系统磨损严重。为了提高磨煤机入口风量测量的准确性，对磨煤机进行风量标定试验，并以该磨煤机入口风道为原型进行数值计算，通过试验分析可知：冷风门开度对风量测量的准确性影响较大。通过数值计算分析可知：在水平风道处设置流量测点，无法保证风量测量的准确性，且风量变化对截面流速的分布也会产生一定影响，可为后续一次风量测量的相关研究提供借鉴。关键词：中速磨煤机；通风量；磨损；压磨；数值计算中图分类号：TK223.25文献标识码：BExperimental and Numerical Comparison of Air Flow Measurement atInlet of Medium Speed PulverizerDAI Xin-yao1,LIU Wei-qi1,WANG Jin-long2,et al.(1.Shenyang Institute of Engineering,2.Harbin Power System Engineering Research Institute Co.,Ltd.,3.CPINortheastEnergyTechnologyCO.,Ltd.,4.DatangInnerMongoliaBranchMengxiNewEnergyDepartment)Abstract：The pulverizing system of a power plant is studied.Because of the shortage of designed coal and the high priceof coal,the power plant has to burn low-grade lignite.In order to overcome the characteristics of high moisture and lowcalorific value of lignite,and to ensure the output of pulverizing system,the pulverizer needs to run longer than themaximum ventilation rate,which makes the pulverizing system and combustion system wear seriously.In order toimprove the accuracy of the air flow measurement at the inlet of the coal mill,the air flow calibration test is carried outon the coal mill,and the numerical calculation is carried out with the inlet air channel of the coal mill as the prototype,through the analysis of the experiment,it can be known that the opening of the cold air door has a great influence on theaccuracy of the air volume measurement.Through numerical calculation and analysis,it can be concluded that theaccuracy of air flow measurement cant be guaranteed by setting flow measurement points in the horizontal air duct,andthe variation of air flow can also have some influence on the distribution of cross-section flow velocity,it can providereference for the related research of the following primary air volume measurement.Key words:medium speed coal mill;ventilation;wear;grinding;numerical calculation当前我国电力生产以火力发电为主，且在较长的时期内，火电将仍然占据主导地位。制粉系统的运行状态直接影响火电机组的安全与经济运行1。磨煤机入口一次风量的准确测量是制粉系统运行的重要指标。磨入口一次风量长期超过磨煤机最大通风量运行时，将导致制粉系统磨损；如果磨入口一次风量长期低于磨煤机最小通风量时，则有堵塞煤粉管道及压磨的风险。由于国内火电机组在建设时设计布置较为紧凑，磨入口风道直管段的长度不能满足风量测量装置的安装要求，因此采用传统的风量测量装置无法实现风量的准确测量24。针对该问题，国内外进行了大量的研究，研发出多种风量测量装置，如双文丘里式、机翼式、孔板型、矩阵收稿日期：2022-10-09*通讯作者：刘维岐代新瑶(1997-)，女，在读硕士研究生。辽宁沈阳，1101361*沈阳工程学院大学生创新创业项目(S202211632028)资助等风量测量装置56，但对于磨煤机入口一次风量的测量，均不能达到满意的效果7。本文通过试验与数值计算相结合的方法，对某电厂磨煤机入口一次风量的测量方法进行研究。通过试验的方法探求一次风量测量的准确性，通过数值计算的方法分析磨煤机入口风量无法准确测量的原因。1设备概况该电厂装有 2600 MW 的国产超临界燃煤发电机组，锅炉型号为 HG1900/25.4-YM3。每台锅炉配有 6 台 MPS235HP-II 型中速磨煤机。锅炉原设计燃煤为烟煤，但随着煤炭市场的变化，锅炉燃煤质量逐年下降，锅炉原设计燃用的烟煤已出现供应短缺的局面。随着煤炭价格的高涨，该厂不得不大量第 4 期代新瑶等：中速磨煤机入口风量测量的试验与数值计算对比研究19掺烧高水分低品位褐煤。设计及掺烧煤种的元素与工业分析见表 1。表 1设计与掺烧煤种元素分析和工业分析结果（%）项目设计煤质掺烧煤质Car47.1723.68Har2.912.08Oar6.678.88Nar0.480.27Sar0.140.19Aar30.6322.20Mt12.042.7Mad2.7610.50Qnet17.758.14由煤质分析结果可知，掺烧的煤种不但热值与设计值相差较大，其水分也比设计煤种有较大的升高。因此，掺烧该褐煤时，其燃煤总量将会大幅增加，同时对制粉系统干燥出力提出了更高的要求。由于热风温度增加有限，在大比例掺烧褐煤时，不得不通过增大磨煤机的通风量来提高出力。在大比例掺烧褐煤后，制粉系统先后出现了煤粉管道磨穿漏粉、分离器出口短接磨穿、磨煤机内部构件磨损严重、燃烧器本体磨损严重等问题，严重影响机组的安全生产运行，并造成较为严重的经济损失。图1 为该电厂掺烧褐煤后制粉系统及燃烧系统的磨损情况。图 1磨煤机内部及燃烧器中心风筒磨损情况该磨煤机入口热风道内装有 2 个矩阵式风量测量装置，冷风道内装有一个矩阵式风量测量装置，磨入口总风量通过对冷热风道内的风量求和就可求得。磨煤机出力均为 43 t/h 时，在热风门开度、热风压力略有不同的情况下，磨入口冷、热风量均表现出较大的差别，且风门开度较大的情况下，实际在线风量显示值更低。如图 2 所示。(a)43 t/h 工况下 C 磨入口在线风量情况一(b)43 t/h 工况下 C 磨入口在线风量情况二图 2同台磨煤机相似工况下在线风量测量情况对比为了分析该问题产生的原因，对制粉系统进行了风量标定试验，并以该制粉系统为原型进行了数值计算分析。2试验内容及分析现场对不同出力下磨煤机通风量进行标定，得到不同出力下磨煤机通风量标定试验结果，见图 3。图 3不同出力下磨煤机通风量标定试验结果由风量标定试验可知，当磨煤机冷、热风门开度变动较大时，风量标定系数常表现出较严重的非线性变化。标定系数随风量的变化没有特定的规律，见图 3 中 E 磨。当冷风门开度变动较小，仅对热风门进行调整时，磨煤机通风量随磨煤机出力的变化也存在一定的非线性，标定系数仍有一定的变化规律，见图 3 中 C 磨。通过风量标定试验结果可知，由于风道布置结构不满足设计要求，因此通过风量标定试验是无法准确标定磨煤机入口风量，且冷风门开度变化对风量测量的准确性影响较大。3模型建立及数值计算分析将磨煤机入口风道按 1:1 的比例进行数学建模，按不同工况下磨煤机入口设计参数作为边界条件。根据相关研究，模拟中采用标准的 k-模型，压力项选择 STANDARD，其他选择 QUICK 格式时，数值计算结果与实际情况较为接近810。边界条件如表 2 所示，模型如图 4 所示。表 2边界条件设置项目TMCR（工况 1）80%TMCR（工况 2）40%TMCR（工况 3）磨入口风量/th-1125.71119.21111.46风温/273245206压力/kPa8.4156.3915.5入口面积/m24.004.004.00流速/ms-112.4711.439.96图 4磨煤机入口风道模型20电站系统工程2023 年第 39 卷由磨煤机入口风道布置情况可知，磨入口存在多个弯形风道，且沿着流动方向风道形状也发生了变化。现场风量测量装置安装在风道的水平段区域，因此数值计算主要对该区域内的流场变化进行分析。3.1同一流量下流场分布沿流动方向的变化规律以工况 1 为例，对水平管段沿流动方向上的速度变化规律进行数值计算，以相同的距离，选取 6个截面进行分析，结果如图 5 所示。(1)截面 1(2)截面 2(3)截面 3(4)截面 4(5)截面 5(6)截面 6图 5工况 1 不同截面速度场分布由图 5 的模拟结果可知，在工况 1 的条件下，水平风道不同截面上的速度分布严重不均，且随着风道形状的变化，沿着水平风道方向，不同截面上风速的分布也有较大的变化。工质沿着风道由垂直方向向下流动，经过弯头转为水平方向流动。在水平风道的流动区域，在风道的上部形成低流速区。在水平风道的后半段，由于风道出现了一个垂直向下的缩颈变化，这使得竖直方向上的流速不均的现象更加严重。由此可知，流量测点的布置位置对风量测量的准确性是有影响的，且以单点或多个点来测量风速的平均值时，其测量结果没有代表性。3.2不同流量下同一截面处流场分布的变化规律为了分析不同流量时，同一截面处流场分布的变化规律，以截面 3 为研究对象，在磨煤机通风量变化时，对其流速分布规律进行数值研究，计算结果如图 6 所示。(1)工况 1(2)工况 2(3)工况 3图 6不同工况下截面 3 速度场分布变化规律由图 6 的计算结果可知，在截面 3 处流速分布形状较为相似。但随着流速的降低，风道顶部的低流速区域所占的比例逐渐增大。这说明当流量变化时，相同位置处的流速测点所测得的流速，其所代表的流速在低流速区域占比会增加。因此相同的测点布置方式，当流量变化时，其所测得的流量值并不能代表该截面的平均流速。4结论由于火电机组采用紧凑式布置方式，磨煤机入口风道由于空间限制，无法满足风量测量装置的要求，因此磨煤机入口风量无法实现准确的测量。通过试验研究与数值计算研究的对比，得出结论如下：(1)磨煤机冷风门开度变动较大时，风量标定系数常表现出较为严重的非线性变化，冷风门开度变化对风量测量的准确性影响较大。当磨煤机冷风门变动较小时，磨煤机通风量也存在一定的非线性，但标定系数仍有一定的变化规律。通过标定试验的方法无法实现风量的准确标定；(2)当通风量相同时，水平风道不同截面上的速度分布严重不均，且随着风道形状的变化，风速的分布规律也变化较大，在风道上部形成低流速区。因此选择不同的截面布置风量测量装置，对磨煤机入口风量的准确测量是有一定影响的；(3)当通风量变化时，对水平风道任一相同的截面，当通风量降低时，风道上部的低速区增大，因此在风量测量装置的布置位置固定时，其所测得的流量值并不能代表该截面的平均流速。参考文献1徐启,李乔乔,潘萌萌.中速磨煤机直吹式制粉系统干燥剂和通风量计算分析J.华电技术,2016,38(5):5760,79.2周亚星.MBF-23型中速磨煤机直吹式制粉系统一次风优化研究D.浙江大学,2021.3张健,向柏祥,黄军,等.大型燃煤机组中速磨煤机一次风流场优化及数值模拟J.洁净煤技术,2021,27(5):189195.4房云龙,赵军,张小林.电站锅炉冷热一次风道改进及一次风流场均匀性分析J.热能动力工程,2019,34(11):5968.5沈利.中速磨煤机进口一次风量测量装置的选型及控制方式J.能源工程,2015,(6):6770.6刘晓菲.火电厂钢球磨煤机先进测控技术研发与应用D.山东大学,2018.7汤镭.基于层次聚类算法的火电厂磨煤机一次风量的预测D.上海电机学院,2020.8李健,孟宪举,李少峰,等.C型弯管流量计的数值模拟及分析J.工业计量,2011,21(3):3435.9黎星华.流速分布不均匀流场流量测量装置D.华北电力大学(北京),2019.10 王佳茗,阎维平,李学颜,等.基于CFD数值计算的中速磨煤机进口风量测点选择J.电力建设,2011,32(1):14.编辑：桂如