磨煤機(jī)一次風(fēng)壓低保護(hù)邏輯的分析與改進(jìn)

張國峰，武旭升

（大唐陽城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

1 系統(tǒng)概況

大唐陽城電廠二期工程為2臺(tái)600 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐是東方鍋爐廠引進(jìn)美國福斯特-惠勒公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的“W”型火焰鍋爐，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為2060t/h，設(shè)計(jì)煤種為晉東南無煙煤，每臺(tái)鍋爐配有2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)和6臺(tái)雙進(jìn)雙出球磨機(jī)。

2 系統(tǒng)分析

一次風(fēng)機(jī)為動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，并聯(lián)運(yùn)行；制粉采用了正壓直吹式系統(tǒng)，煤粉被具有一定風(fēng)壓的一次風(fēng)吹至爐膛。每套制粉系統(tǒng)分別從冷風(fēng)和熱風(fēng)母管引出一路風(fēng)經(jīng)開度可調(diào)的冷熱風(fēng)擋板后匯合成該套制粉系統(tǒng)的入口總一次風(fēng)。溫度合適的一次風(fēng)經(jīng)該套制粉系統(tǒng)的一次風(fēng)關(guān)斷擋板后，分別從磨煤機(jī)兩端的一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)空心圓管進(jìn)入磨煤機(jī)筒體。

2.1 磨煤機(jī)的通風(fēng)量對煤粉的影響

送入磨煤機(jī)的一次風(fēng)，一方面可干燥原煤與煤粉，另一方面將磨制好的煤粉吹送出來，可見磨煤機(jī)的出力是隨通風(fēng)量的大小而變化的。當(dāng)通風(fēng)量很小時(shí)，燃料將大部分集中在筒體的進(jìn)口端，由于鋼球沿筒體長度方向上的分布基本上是均勻的，因此在筒體后部的鋼球能量沒有充分利用，很大一部分能量消耗在金屬的磨損和發(fā)熱上，同時(shí)因?yàn)橥搀w內(nèi)風(fēng)速低，從筒體帶出的僅僅是少量的細(xì)煤粉；當(dāng)通風(fēng)量過大時(shí)，通風(fēng)電耗增加，同時(shí)由于筒體內(nèi)風(fēng)速過高，大量的不合格粗粉被攜帶出來，使粗粉分離器的回粉量增加，也相應(yīng)提高了輸粉消耗的能量。

綜上所述，當(dāng)筒體內(nèi)通風(fēng)量合適時(shí)，可以改善沿筒體長度方向的煤對鋼球的充滿度，使磨煤機(jī)出力增加，電耗降低，即在一定筒體通風(fēng)量下，可以達(dá)到磨煤機(jī)和通風(fēng)總電耗最小。此時(shí)的通風(fēng)量為最佳通風(fēng)量，它與煤的種類、分離器后煤粉細(xì)度以及鋼球充滿系數(shù)等有關(guān)。

2.2 磨煤機(jī)的負(fù)荷控制

磨煤機(jī)負(fù)荷控制指的是對磨煤機(jī)出力大小的調(diào)節(jié)，對于正壓直吹式系統(tǒng)，主要是調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口的一次風(fēng)流量。從燃料主控系統(tǒng)來的負(fù)荷指令直接作用于負(fù)荷調(diào)節(jié)擋板，通過開大或關(guān)小擋板的開度來改變一次風(fēng)流量，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的煤粉量以達(dá)到調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷的目的。

進(jìn)入磨煤機(jī)的總風(fēng)量指的是進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)量加上進(jìn)入混煤箱的旁路風(fēng)流量的總和。進(jìn)入混煤箱的旁路風(fēng)，可以保證在任何煤粉流量下煤粉管道中都具有足夠的煤粉輸送速度；另外，磨煤機(jī)的出力是靠調(diào)節(jié)進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)量來控制的，所以既要根據(jù)鍋爐的負(fù)荷保證一定的出力，又要保證在煤粉管道中擁有足夠的煤粉輸送速度，這就要對總風(fēng)量、入磨風(fēng)量、旁路風(fēng)量進(jìn)行控制。

制粉系統(tǒng)對一次風(fēng)的要求除了需要有滿足磨煤機(jī)出力的流量外，還包括任意出力下應(yīng)有一定的風(fēng)壓，以保證磨煤機(jī)在任何負(fù)荷下一次風(fēng)壓力始終維持在所需范圍內(nèi)，從而保證煤粉的正常輸出。磨煤機(jī)的一次風(fēng)壓力控制是通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)入口動(dòng)葉開度來實(shí)現(xiàn)的。一次風(fēng)母管壓力的設(shè)定值將根據(jù)鍋爐負(fù)荷自動(dòng)生成，同時(shí)可以手動(dòng)設(shè)定偏置值。設(shè)定的一次風(fēng)壓力值同實(shí)際的一次風(fēng)壓力通過PI控制器比較后，最終通過對一次風(fēng)機(jī)入口動(dòng)葉開度的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對一次風(fēng)系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)。

2.3 鍋爐的燃燒控制

鍋爐燃燒過程要組織得好，除從燃燒機(jī)理和熱力條件加以保證，使煤粉氣流能迅速著火和穩(wěn)定燃燒外，還要使煤粉與空氣均勻混合，才能使燃燒過程迅速完成，并能以最小的過量空氣系數(shù)達(dá)到完全燃燒。在煤粉鍋爐中這些要求的實(shí)現(xiàn)與燃燒器的結(jié)構(gòu)、布置及其流體動(dòng)力特性有關(guān)。

燃燒器是鍋爐的主要燃燒設(shè)備，其作用是保證燃料和空氣的充分混合、及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。通過燃燒器送入鍋爐的空氣是根據(jù)對著火、燃燒有利而合理組織、分別送入的。按送入空氣的作用不同，可以將送入的空氣分為一次風(fēng)、二次風(fēng)和三次風(fēng)。一次風(fēng)是攜帶煤粉送入燃燒器的空氣，二次風(fēng)是煤粉著火后再送入的空氣，三次風(fēng)是采用熱風(fēng)送粉時(shí)制粉系統(tǒng)的乏氣。

煤粉與空氣的混合物由燃燒器以射流方式噴入爐膛后，通過紊流擴(kuò)散和內(nèi)回流卷吸周圍的高溫?zé)煔?，同時(shí)又受到爐膛四壁及高溫火焰的輻射，而將懸浮在氣流中的煤粉迅速加熱。煤粉在獲得了足夠的熱量并達(dá)到一定溫度后就開始著火燃燒。在實(shí)際燃燒設(shè)備中，希望煤粉離開噴口不遠(yuǎn)就能穩(wěn)定地著火。如果著火過早，可能使燃燒器噴口過熱而燒壞，也易使噴口附近結(jié)渣；如果著火過遲，就會(huì)推遲整個(gè)燃燒過程，致使煤粉來不及燒完就離開爐膛，增大機(jī)械不完全燃燒熱損失，而且著火推遲，還會(huì)使火焰中心上移，造成爐膛上部或爐膛出口部位受熱面發(fā)生結(jié)渣。

煤粉氣流著火的快慢可用著火時(shí)間或著火速度表示。所謂著火速度就是火焰的傳播速度，也就是指在穩(wěn)定著火后，火焰前沿的擴(kuò)張(移動(dòng))速度。煤粉氣流著火后就開始燃燒，形成火炬。著火以前是吸熱階段，需要從周圍介質(zhì)中吸收一定的熱量來提高煤粉氣流的溫度，著火以后才是放熱過程。將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量成為著火熱，它包括加熱煤粉和一次風(fēng)所需熱量以及煤粉中水份蒸發(fā)、過熱所需熱量。增大煤粉氣流中的一次風(fēng)量，便相應(yīng)地增大了著火熱，將使著火過程推遲；減少一次風(fēng)量，會(huì)使著火熱顯著降低，因?yàn)樵谕瑯拥臓t溫和卷吸煙氣量的情況下，可將煤粉氣流更快地加熱到著火溫度。但是，一次風(fēng)量也不能過低，否則會(huì)由于著火燃燒初期得不到足夠的氧氣，而使反應(yīng)速度減慢，妨礙著火的繼續(xù)擴(kuò)展。另外，對于熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，一次風(fēng)量還必須滿足輸粉的要求，否則會(huì)造成煤粉堵塞。

2.4 鍋爐燃燒中出現(xiàn)的問題及可采取的措施

通過合理使用一次風(fēng)，可以使風(fēng)、粉混合均勻，使燃燒既快又完全，這樣爐膛出口煙溫就會(huì)降低；如果一次風(fēng)量太大，火焰中心就會(huì)上移，爐膛出口煙溫亦隨之升高。因此，在運(yùn)行中要適當(dāng)調(diào)整一、二次風(fēng)的風(fēng)速和比例，磨煤機(jī)的一次風(fēng)壓低保護(hù)也就成為鍋爐輔機(jī)的一項(xiàng)重要保護(hù)，其邏輯通常為風(fēng)壓低時(shí)觸發(fā)跳磨保護(hù)。但根據(jù)以上分析，多臺(tái)磨煤機(jī)的同時(shí)跳閘勢必會(huì)引起鍋爐燃燒的急劇惡化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)疱仩t滅火，造成機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)。解決此問題的關(guān)鍵就在于減少風(fēng)壓低時(shí)的跳磨數(shù)量，即當(dāng)出現(xiàn)一次風(fēng)母管壓力低信號(hào)時(shí)，有選擇地停掉一部分磨煤機(jī)，只要一次風(fēng)母管壓力能夠及時(shí)恢復(fù)，就不需要將磨煤機(jī)全部停運(yùn)。此時(shí)由于停磨數(shù)量較少，對鍋爐燃燒的影響也必然較小，也就有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 保護(hù)邏輯的改進(jìn)方案

為了防止一次風(fēng)壓低時(shí)6臺(tái)磨煤機(jī)(編號(hào)A，B，C，D，E，F(xiàn))同時(shí)跳閘導(dǎo)致鍋爐滅火，應(yīng)完善一次風(fēng)母管壓力低跳磨的保護(hù)邏輯。

我廠鍋爐每臺(tái)磨煤機(jī)有6個(gè)煤火嘴，每個(gè)煤火嘴有1支油槍，火嘴的布置方式見圖1。

改進(jìn)思路是：一次風(fēng)母管壓力低觸發(fā)保護(hù)后延時(shí)15 s跳C，D磨煤機(jī)，聯(lián)投A，F(xiàn)組油槍；延時(shí)45 s后，若一次風(fēng)壓力仍低則跳B，E磨煤機(jī)；延時(shí)75 s后，若一次風(fēng)壓力仍低則跳A，F(xiàn)磨煤機(jī)。這期間如果一次風(fēng)壓力恢復(fù)正常值，則停止跳磨。

跳磨時(shí)要具有選擇性，即一次風(fēng)壓低觸發(fā)保護(hù)時(shí)需跳某臺(tái)磨而該磨未運(yùn)行時(shí)，則旁路該磨而跳下一臺(tái)運(yùn)行磨，即按C→B→A，D→E→F的順序選擇。

油槍投運(yùn)也要有選擇性，即一次風(fēng)壓低跳2臺(tái)磨后應(yīng)聯(lián)投2組油槍，若該磨未運(yùn)行則旁路其對應(yīng)的油槍而投運(yùn)下組油槍(按A→B→C，F(xiàn)→E→D的順序選擇)。

另外，在出現(xiàn)4臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)，若出現(xiàn)A，B，C 3臺(tái)磨與D，E，F(xiàn)中的任一臺(tái)組合(或D，E，F(xiàn) 3臺(tái)磨與A，B，C中的任一臺(tái)組合)的情況，在跳磨時(shí)應(yīng)選擇先跳C，B 2臺(tái)磨(或D，E 2臺(tái)磨)。

4 實(shí)施后的效果

在該方案獲得批準(zhǔn)后，利用2臺(tái)機(jī)組的小修機(jī)會(huì)，對磨煤機(jī)一次風(fēng)壓低的保護(hù)邏輯進(jìn)行了改進(jìn)。僅僅過了不到4個(gè)月，就有1臺(tái)鍋爐因單側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)發(fā)生RB，使得本側(cè)的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)全部跳閘，造成磨煤機(jī)入口的一次風(fēng)壓瞬間低于保護(hù)值，觸發(fā)了磨煤機(jī)跳閘的保護(hù)信號(hào)。在完成2臺(tái)磨煤機(jī)的跳閘后，磨煤機(jī)入口的一次風(fēng)壓順利恢復(fù)到了正常值，避免了全部6臺(tái)磨煤機(jī)跳閘給鍋爐燃燒帶來的巨大影響，有效避免了一次機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)束語

通過對該項(xiàng)保護(hù)的分析與改進(jìn)，既能確保磨煤機(jī)運(yùn)行所要求的正常一次風(fēng)母管壓力值，又能減少多臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)跳閘對鍋爐燃燒的巨大影響，大大增強(qiáng)了保護(hù)邏輯的可靠性和鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。