清河发电厂1～4号炉均为哈尔滨锅炉厂生产的410 t/h煤粉炉，每炉配6台风扇磨，自投产后由于风扇磨出力低，锅炉一直不能带满负荷，降低了机组发电能力和经济性，在前几年电网负荷紧张时尤为突出。原东北电管局曾多次组织专家进行专题研究，进行过多次改造和调整试验，仍不能解决问题。1983～1984年对3、4号炉的制粉系统进行了改造，换成沈阳重型机器厂引进原联邦德国EVT技术生产的S18^.75型风扇磨，锅炉全烧煤仍只能带80%负荷。为提高机组发电能力，1986年引进日本三菱公司技术对1、2号炉的制粉系统和燃烧器进行了改造，将风扇磨改造成双进双出的钢球磨煤机，耗资1亿多元人民币，改造后锅炉达到满负荷运行，燃烧也较好。近些年电网负荷裕度较大，3、4号炉没有必要再耗巨资进行改造。为解决清河发电厂3、4号炉制粉系统存在的问题，东北电力科学研究院进行了大量工作，尤其是在对赤峰热电厂130 t/h锅炉提高风扇磨出力的改造中，积累了宝贵的经验。于1996年对3、4号炉制粉系统和燃烧系统存在的问题进行了分析研究，提出了施工简单、改造工作量少、费用低，又切实可行的改造方案。1997年结合3号炉小修对6号磨煤机的出口流道和分离器进行了改造试验。试验结果证明改造的结果和运行情况良好，为此对3、4号炉的制粉系统和燃烧系统的改造方案进行了修改。1998年结合3号炉大修对其进行了改造，通过改造后的试验和近2个月的运行情况证明，3号炉制粉系统和燃烧器的改造，彻底解决制粉系统带不满出力和燃烧器旋流强度低，锅炉燃烧状况差的问题，锅炉能够达到了长期满负荷全烧煤稳定运行。

1　可行性研究
1.1　原3、4号炉的设备状况
　　3、4号炉系哈尔滨锅炉厂生产的410/100-1型自然循环煤粉锅炉，分别于1974年2月和12月投产，每台炉配有6台1 600/600型风扇磨煤机，正常运行5台，1台备用。投产后风扇磨煤机达不到设计出力，回粉管经常堵塞，磨煤机不能正常运行，煤粉较粗，R₉₀达30%～45%，回粉管堵塞时R₉₀高达55%左右，飞灰可燃物高，锅炉燃烧不稳，长年煤油混烧运行。为此对制粉系统进行多次改造，也没解决问题。最后决定采用沈阳重型机器厂引进原联邦德国EVT技术生产的、并在现有条件下布置出力最大的风扇磨煤机。1984年和1985年分别对3、4号炉的制粉系统进行了改造。
　　风扇磨煤机设计参数
　　　　型号　　　　　S18^.75
　　　　磨煤出力　　　15 t/h
　　　　提升压头　　　2.16 kPa
　　　　通风量　　　　41 000 m³/h
　　　　磨煤机出口温度　　80 ℃
　　　　煤粉细度R₉₀　　25%～35%
　　　　煤质特性(铁法烟煤)：C_ar=46.10%,H_ar=3.00%，O_ar=7.56%，N_ar=0.74%,S_ar=0.60%，W_ar=18.00%，A_ar=24.00%,Q_net.ar=17.17 MJ/kg
　　改造后的鉴定试验结果证明风扇磨煤机提升压头为1.65 kPa，通风量为33 000 m³/h左右，达不到设计值。磨损后期通风量更低，限制了磨煤机出力。从1986年以后磨煤机出力试验记录可知，3、4号炉的磨煤机出力均在9～13 t/h，而且经常在10 t/h左右运行。
　　煤粉粗对炉内燃烧不利，煤中杂质多，使回粉管经常堵塞，回粉管堵塞后煤粉更粗，对炉内燃烧带来更加不利的影响。而且飞灰可燃物高，锅炉效率降低。
　　燃烧器出口风速低，达不到设计值，旋流强度小，燃烧器设计一次风速为20.7 m/s，二次风速为36.4 m/s。改造后调试结果证明，二次风速仅达27 m/s，由于风扇磨通风量低于设计值，一次风喷口速度也达不到设计值，尽管各燃烧器均将旋流器调至最大位置，一、二次风的旋流强度仍不大，影响锅炉燃烧的稳定性。
1.2　存在问题的原因
　　影响磨煤机出力不足的原因很多，有因煤中铁物和炮线等杂质多，挂在分离器出口叶片处后，使分离器阻力增加；有尾部烟道漏风、空气预热器漏风等原因使送风机出口总风压降低，送入磨煤机的风量不足等；但主要原因是磨煤机提升压头低于设计值，分离器阻力大，一次风管道阻力大，造成磨煤机通风量低而影响磨煤机出力。
　　由于二次风速低，使燃烧器的旋流强度不足，影响炉内燃烧的稳定性。造成二次风速低的原因，一是漏风严重，使送风机出口总风压降低；二是二次风喷口速度设计是按10个喷口投运计算，停运的喷口其二次风门应关闭，只留少量的风量以冷却喷口。而实际运行中运行人员很少关闭停运的二次风门，从改造后的调整试验结果可见，停运燃烧器的二次风门开度为20%时，通过燃烧器的风量仍很大，使其它燃烧器的二次风速降低。
1.3　改造的措施
　　从以上的分析可知，磨煤机出力低的主要原因是磨煤机通风量低，影响干燥和输送能力。要提高磨煤机出力，必须提高磨煤机通风量。而提高磨煤机通风量的方法，一是增加风扇磨叶轮的宽度或直径；二是降低分离器和一次风管网的阻力。增加叶轮宽度或直径，必须改动磨煤机机壳，相当于更换磨煤机，投资高，改造工作量大。赤峰热电厂FM220/420型风扇磨原也配有雷蒙式分离器，同清河发电厂3、4号炉的风扇磨结构相同，只是叶轮宽度不同，投产后磨煤机出力也达不到设计值，后将雷蒙式分离器改造成惯性式分离器，将一次风管道重新合理布置，改造后磨煤机通风量由原来26 000 m³/h左右提高到35 000 m³/h左右，磨煤机出力由原来10.5 t/h左右提高到13 t/h左右。通过赤峰热电厂FM220/420型风扇磨的改造，证明改造磨煤机的分离器和一次风管道，降低制粉系统的通风阻力，提高磨煤机的通风能力，改造工作量小，投资少，简单易行，并可大大提高磨煤机出力，是对风扇磨制粉系统的最佳改造方案。

2　改造方案设计
　　对清河发电厂3、4号炉的制粉和燃烧系统分4个部分进行改造。
2.1　风扇磨改造
　　将风扇磨出口流道加宽100 mm，降低磨煤机出口速度，使磨煤机出口阻力下降。此改造方案1987年曾在沈阳加压气化厂的S9^.100型风扇磨上应用过，改造效果较好。
2.2　分离器改造
　　3、4号炉风扇磨现配有雷蒙式分离器，分离器阻力约为1 200 Pa左右，阻力较大。赤峰热电厂FM220/420型风扇磨将原雷蒙式分离器改造成惯性分离器，改造后磨煤机通风量由原来26 000 m³/h左右提高到35 000 m³/h左右，磨煤机出力由原来10.5 t/h左右，提高到13.0 t/h左右。由于分离器的容积强度选择合理，所以煤粉细度达到了设计要求R₉₀=45%。清河发电厂3、4号炉燃用铁法烟煤，设计煤粉细度为R₉₀=25%～35%，如将雷蒙式分离器改造成惯性式分离器则容积强度应比赤峰热电厂的分离器选择要低，即分离器要比赤峰热电厂的分离器做得还要大，而清河发电厂的空间位置是容纳不下的，所以改成惯性式分离器是不可行的。
　　分离器的改造仍保持原来的雷蒙式分离器结构，将雷蒙式分离器的外筒体直径加大140 mm，高度加高200 mm。将回粉管加粗，由原来直径ø 273 mm改为直径ø 377 mm，并增加锁气器，其结构见图1所示。改造前分离器的容积强度，设计容积强度6 885 m³/m^3.h，按实际通风量33 000 m³/h计算，容积强度约为5 543 m³/(m^3.h)；改造后通风量按设计通风量4 100 m³/h计算，容积强度约为5 362 m³/(m^3.h)，容积强度比改造前降低。为保证煤粉细度R₉₀=25%～35%，分离器筒体加高后，仍保持原来进入分离器切向挡板的切向速度不变，即煤粉粒子的离心力不改变，从而保证煤粉的分离效果不变。分离器容积加大后，容积强度比改造前降低，使煤粉气流的上升流速降低，分离器阻力降低，通风量增加，同时上升流速降低，即可增加分离器的重力分离效果，又大大地减轻了煤粉气流对分离器筒体的磨损。分离器的回粉管加粗，可减少回粉管堵塞的机会，增加磨煤机运行的安全性。

图1　风扇磨分离器改造结构示意图
(双点线为原结构)

2.3　一次风管道改造
　　3、4号炉的2、4、6号磨带下层燃烧器，一次风从分离器出口经90°弯头，从运转平台下面水平通过，到炉前垂直送入燃烧器。其弯头的局部阻力系数为1.5，阻力约为400 Pa，水平的一次风管道中，由于磨煤机通风量低，使一次风管道流速下降，部分大颗粒的煤粉在管道内沉积，管道内下部的煤粉沉积约有150～200 mm深，使管道阻力增加，更加影响磨煤机出力。从以前的试验记录可见，1、3、5号磨比2、4、6号磨出力可大2 t/h左右。一次风管道改造布置见图2所示。分离器出口一次风管垂直穿过运转平台和给煤机平台后，经弯曲半径1.5 m的弯头向下倾斜至2上层燃烧器中间，再向下经三通管分别接至2下层燃烧器。经计算一次风管道阻力比改造前下降300 Pa左右，大大提高了通风能力。一次风管改造后，取消了水平管道，消除了管道内积粉。该方案只对下排燃烧器的一次风管道改造，上排燃烧器的一次风管道不改变。
　　由于现场空间位置限制，一次风管的改造布置方式非常困难。该一次风管的改造布置方案也需改动一些设施，如上层燃烧器的燃油工作站应做相应的移动。

2.4　燃烧器改造
　　改造其它形式的燃烧器，一次风阻力都将增加，必降低磨煤机出力，所以燃烧器不可能进行大改造。在燃烧器的二次风喷口处的炉墙上，沿燃烧器四周将原来的耐火混凝土打毛后，再用耐火混凝土抹上约30～40 mm。改造后减小了二次风喷口直径，提高二次风喷口速度，使二次风的旋流强度增加。燃烧器改造后喷口速度将由原来的27 m/s左右，提高到36 m/s左右，达到了设计的二次风速。

3　单台磨煤机改造试验
3.1　3号炉6号磨改造结果
　　在1997年5月末的3号炉小修中对6号磨煤机出口流道和分离器进行了改造，并于6月11～12日及7月24日和10月7日进行了测试。
　　6号磨煤机改造后的试验结果和以前的试验记录比较，改造后磨煤机在新磨状态下，磨煤机出力为14.28 t/h，运行人员认为磨煤机出力还有一定余量。从以前的记录看，1992年9月磨煤机运行65 h，也是新磨状态，磨煤机出力最大只有10.37 t/h，通风量30 980 m³/h。10月7日的试验结果是6号磨煤机出力为13.9 t/h，和其运行时间相近的3号磨出力也为13.9 t/h，但3号磨系统阻力在6台磨中是最小的，磨煤出力一直比6号磨高3 t/h左右。比较改造前后的试验结果，证明分离器和磨出口流道的改造效果是非常显著的，磨煤机出力提高了3 t/h左右。如果一次风管再改造后，系统阻力还可降低300 Pa左右，磨煤机出力还可进一步提高。分离器的回粉管加粗后，几乎未发生回粉管堵塞现象，减少了回粉管堵塞的机会，增加了磨煤机的运行的安全性。
3.2　存在的问题
　　3号炉6号磨煤机出口流道和分离器改造后，磨煤机出力有了较大的提高，但运行半年左右，分离器内锥体磨损严重，将内锥体下部和回粉管磨穿。分析其原因，可能是由于分离器改造后使磨煤机通风量增加和出口流道加宽过大使磨煤机出口气流的流线改变，从而冲刷到内锥体下部使之磨损。

5　整体改造后效果
5.1　3号炉改造后运行状况
　　3号炉改造后运行人员发现一次风压提高了，锅炉燃烧状况有明显的改善，点火后仅8 h即将助燃油枪全部撤出。改造后炉膛内燃烧非常稳定，飞灰可燃物降低，改造前飞灰可燃物含量为4.35%，改造后为2.60%，由此可说明炉膛内的燃烧状况较改造前有很大的改善，使锅炉效率提高，提高了机组的经济性。
　　改造后3号机组负荷除调峰时间外，基本都是在100 MW负荷运行，提高了机组发电能力，增加了电网的经济效益。
　　改造后分离器内锥体没有冲刷磨损，只在护板上打了一些麻点，用尺测量护板还是原来厚度，内锥体没有磨损。
　　分离器回粉管改造后，运行了近2个月没有发生回粉管堵塞现象，提高了磨煤机运行的安全性。
5.2　3号炉改造后试验结果
　　改造后试验结果证明磨煤机的出力、通风量有较大的提高。改造前由于3号磨煤机与其它磨煤机相比通风阻力较小，出力最大时达13.9 t/h，通风量为34 870 m³/h，其它磨煤机出力较小，平均出力为10 t/h左右，通风量在33 000 m³/h左右。改造后磨煤机在新磨状态，平均出力达到16 t/h，3号磨出力达17.76 t/h，磨煤机通风量为38 045 m³/h，3号磨改造前后比较出力提高了3.84 t/h，通风量增加了3 000 m³/h。1号磨煤机出力也达17.46 t/h，5号磨煤机在磨制铁法煤时，磨煤机出力为15.62 t/h，通风量为40 502 m³/h，且磨煤机出入口风压均比其它磨高，说明磨煤机出力还是可以增加的。2、6号磨煤机出力和通风量均达到设计值。比较改造前后的试验数据，3号炉改造后每台磨煤机出力平均提高了4～5 t/h，而且改造后各磨煤机的煤粉细度都比改造前细。因磨煤机出力均达到或超过设计值，能够满足锅炉带负荷需要，所以保持煤粉细一些，对锅炉燃烧有利。改造后锅炉燃烧稳定，飞灰可燃物降低，也有煤粉细的因素。
　　改造后由于锅炉燃用的煤质较好，磨煤机裕度较大，正常运行磨煤机出力仅在70%。于10月14日进行了4台磨煤机运行带满负荷试验，机组发电负荷为100 MW，试验进行了2个多小时。
　　从试验情况看，由于燃用煤质较好，平均热值为21.38 MJ/kg，4台磨煤机带100 MW负荷，锅炉炉膛燃烧和各部参数都非常稳定，且磨煤机并不都是在最大出力下运行，说明在煤质略好于设计值时，4台磨煤机足可以带100 MW负荷的。
　　于11月12日又进行了磨煤机运行中期时磨制铁法煤的测试。这次试验对1、5、6号磨进行了测试，试验结果6号磨煤机运行了701 h，磨煤机出力14.75 t/h，通风量为35 635 m³/h；1号磨煤机运行了547 h，磨煤机出力14.98 t/h，通风量为35 449 m³/h；5号磨煤机运行了641 h，磨煤机出力14.87 t/h，通风量为42 905 m³/h，从通风量看5号磨出力是还有一定裕度的；从磨煤机运行中期时磨制铁法煤的试验结果可见，磨煤机运行到中期时，磨煤机出力还是可以达到设计出力的。

6　结论
　　3号炉制粉系统和燃烧器改造后，使每台磨煤机出力提高4t/h左右，机组达到了满负荷运行，锅炉燃烧稳定，飞灰可燃物降低了20%左右，使锅炉效率提高了0.8%，降低了发电煤耗，提高了机组的经济性。
　　分离器回粉管改造后，解决了分离器回粉管的堵塞问题，提高了磨煤机运行的安全性。
　　3号炉改造后磨煤机通风量有了很大的提高，磨煤机出力达到了设计值，提高了锅炉的带负荷能力，在燃用煤质略好于设计煤种或在机组调峰时，可采用4台磨运行，大大降低了制粉电耗，为电厂节省了大量的电费。
　　改造后试验结果和机组2个月的运行实践证明，清河发电厂3号炉制粉系统和燃烧器改造是非常成功的，解决了投产近30a来一直没有解决的问题。4号炉可以借鉴3号炉的改造经验，将为国家节省1亿多元的改造投资。