1 000 MW燃煤鍋爐一次風(fēng)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

楊 彪，楊 博，曾壁群，陳韶華

(華能海門(mén)電廠(chǎng)，廣東汕頭 515132)

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1 000 MW燃煤鍋爐一次風(fēng)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

楊 彪，楊 博，曾壁群，陳韶華

(華能海門(mén)電廠(chǎng)，廣東汕頭 515132)

在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析了某1 000 MW火電機(jī)組一次風(fēng)的控制特點(diǎn)，提出了一次風(fēng)節(jié)能調(diào)節(jié)技術(shù)和不同負(fù)荷下各臺(tái)磨煤機(jī)的負(fù)荷優(yōu)化分配，并針對(duì)實(shí)際情況對(duì)磨煤機(jī)風(fēng)煤比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

鍋爐； 一次風(fēng)； 風(fēng)煤比； 節(jié)能

火電機(jī)組中制粉系統(tǒng)是主要的輔助系統(tǒng)，一次風(fēng)機(jī)的耗電量接近制粉系統(tǒng)耗電量的一半。如何降低一次風(fēng)機(jī)的能耗，對(duì)提高鍋爐效率具有重大意義。

1 鍋爐制粉系統(tǒng)概況

某電廠(chǎng)4臺(tái)1 000 MW機(jī)組采用DG3000/26.25-Ⅱ1型、超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，其結(jié)構(gòu)形式為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊П形。設(shè)計(jì)煤種、校核煤種為神府東勝煙煤，校核煤種1為50%神府東勝煙煤+50%澳大利亞蒙托煤，校核煤種2為山西晉北煙煤。鍋爐除了燃燒設(shè)計(jì)煤種和校核煤種以外，還能單獨(dú)燃燒蒙托煤以及蒙托煤與晉北煤的混煤。鍋爐出口蒸汽參數(shù)為26.25 MPa/605 ℃/605 ℃，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為3 033 t/h。采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐配置6臺(tái)HP1203/Dyn型磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)配1臺(tái)電子稱(chēng)重皮帶式給煤機(jī)。煤粉細(xì)度R90為16%～20%，均勻性指數(shù)為1.0～1.1。磨煤機(jī)用設(shè)計(jì)煤種的設(shè)計(jì)最大出力為111 t/h，計(jì)算出力為75.12 t/h。

該廠(chǎng)鍋爐制粉系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)一直采用傳統(tǒng)的平均分配原則，一次風(fēng)機(jī)出口壓力調(diào)節(jié)采用固定參數(shù)調(diào)節(jié)，經(jīng)濟(jì)性較低。經(jīng)過(guò)控制優(yōu)化，采用一次風(fēng)節(jié)能調(diào)節(jié)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷分配不同磨煤機(jī)出力，自動(dòng)調(diào)節(jié)熱一次風(fēng)母管壓力，在保證鍋爐燃燒穩(wěn)定的前提下，降低了一次風(fēng)機(jī)電流，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 控制原理

一次風(fēng)的作用體現(xiàn)在兩方面：煤粉干燥及輸送。一次風(fēng)溫是否合適直接影響磨煤機(jī)的干燥出力，一次風(fēng)壓直接影響磨煤機(jī)煤粉細(xì)度最終影響煤粉著火及火焰剛度。若一次風(fēng)壓過(guò)高，磨煤機(jī)設(shè)備磨損增加，煤粉顆粒變粗，導(dǎo)致煤粉著火推遲，無(wú)法燃盡，鍋爐效率降低，嚴(yán)重時(shí)影響尾部煙道運(yùn)行安全；若一次風(fēng)壓過(guò)低，風(fēng)粉流速降低，攜帶煤粉能力降低，導(dǎo)致磨煤機(jī)堵磨，粉管堵塞，容易發(fā)生回火爆燃，損壞燃燒設(shè)備。

觀察一次風(fēng)及制粉系統(tǒng)阻力，發(fā)現(xiàn)鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷情況下，當(dāng)熱一次風(fēng)母管壓力控制10 kPa左右時(shí)，磨煤機(jī)入口風(fēng)壓一般低于8 kPa，磨煤機(jī)風(fēng)門(mén)擋板節(jié)流嚴(yán)重。很明顯，一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)流損失偏大，降低一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)流損失，進(jìn)而降低一次風(fēng)機(jī)電流，節(jié)能意義明顯。

針對(duì)磨煤機(jī)冷熱風(fēng)擋板的運(yùn)行情況，調(diào)整熱一次風(fēng)母管壓力，實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能控制。

一次風(fēng)節(jié)能技術(shù)根據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)口冷熱風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度動(dòng)態(tài)的控制熱一次風(fēng)母管壓力。當(dāng)某臺(tái)磨煤機(jī)熱風(fēng)門(mén)開(kāi)度達(dá)到100%后，熱一次風(fēng)母管壓力達(dá)到最低，一次風(fēng)機(jī)電流和功率也達(dá)到該負(fù)荷下的最低值，加減負(fù)荷時(shí)，通過(guò)增加一次風(fēng)機(jī)出力來(lái)調(diào)節(jié)一次風(fēng)流量，而磨煤機(jī)風(fēng)門(mén)始終保持全開(kāi)。同時(shí)為保證制粉系統(tǒng)和一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全，對(duì)熱一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值進(jìn)行高低限設(shè)置，避免熱一次風(fēng)母管壓力過(guò)低導(dǎo)致制粉系統(tǒng)爆燃或者出力不足，熱一次風(fēng)母管壓力過(guò)高導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)過(guò)負(fù)荷或者風(fēng)機(jī)發(fā)生失速現(xiàn)象。

3 穩(wěn)燃控制技術(shù)

在中低負(fù)荷下，鍋爐一般3～4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，磨煤機(jī)出力有較大的調(diào)節(jié)余量，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)出力的不同分配，對(duì)鍋爐的效率、汽溫和NOx排放均有較大影響。

筆者通過(guò)1號(hào)鍋爐中低負(fù)荷的磨煤機(jī)出力調(diào)整試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果形成控制策略。在鍋爐上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)負(fù)荷點(diǎn)為500 MW+3臺(tái)磨煤機(jī)和700 MW+4臺(tái)磨煤機(jī)。試驗(yàn)工況如下：

(1) 500 MW+3臺(tái)磨煤機(jī)(下2臺(tái)磨煤機(jī)+中間1臺(tái)磨煤機(jī))，磨煤機(jī)出力調(diào)整工況為均勻給煤、下多上少給煤、下少上多給煤等，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇調(diào)整工況。

(2) 700 MW+4臺(tái)磨煤機(jī)(中下2層)，磨煤機(jī)出力調(diào)整工況為均勻給煤、下多上少給煤、下少上多給煤等，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇調(diào)整工況。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)估，尋找確定性的規(guī)律形成控制策略，必要時(shí)改變煤種再進(jìn)行試驗(yàn)。為保證低負(fù)荷工況下鍋爐燃燒穩(wěn)定，確定某些磨煤機(jī)作為鍋爐穩(wěn)燃磨煤機(jī)，當(dāng)鍋爐負(fù)荷下降時(shí)，這些磨煤機(jī)運(yùn)行且給煤機(jī)投入自動(dòng)后，其給煤機(jī)最小煤量不低于某下限值。目前，在負(fù)荷低于500 MW時(shí)，設(shè)定給煤機(jī)A最小煤量為50%、給煤機(jī)C最小煤量為40%、給煤機(jī)D和E預(yù)留接口，但最小煤量設(shè)定值為0%。

4 一次風(fēng)量控制設(shè)定曲線(xiàn)優(yōu)化

一次風(fēng)煤比的確定要兼顧磨煤機(jī)的碾磨出力和干燥出力的雙重影響，因此給出了如下不同煤種的一次風(fēng)煤比控制曲線(xiàn)。對(duì)于正壓中速直吹式制粉系統(tǒng)如忽略磨煤機(jī)密封風(fēng)，鍋爐的一次風(fēng)量即為每臺(tái)磨煤機(jī)風(fēng)量之和，鍋爐最小一次風(fēng)量的確定就是磨煤機(jī)最小風(fēng)量的確定。

為了滿(mǎn)足煤粉的輸送及初期著火要求，粉管風(fēng)速不得小于20 m/s，而實(shí)際運(yùn)行中考慮到各個(gè)出粉管的偏差，往往需要在這個(gè)風(fēng)速上再加一定裕量[1]。筆者取粉管風(fēng)速為22 m/s 來(lái)計(jì)算輸送煤粉需要的最小風(fēng)量，這個(gè)最小風(fēng)量沒(méi)有包括煤中的部分水分會(huì)變成水蒸氣以及一部分密封風(fēng)的流量，這部分流量一般會(huì)使速度增加10%～15%，所以最終算得的輸送煤粉所需的最小風(fēng)量在各管的一次風(fēng)速調(diào)平以后還有足夠安全裕量[2]。

一次風(fēng)密度公式為：

(1)

式中：ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度，kg/m3；T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，K；p為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)大氣壓力，Pa；ρ0為當(dāng)?shù)乜諝饷芏龋琸g/ m3；T為粉管一次風(fēng)溫度，K；p為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ琍a。

該電廠(chǎng)當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄髿鈮毫?01 kPa，磨煤機(jī)出口粉管的溫度變化一般為62～80 ℃，取70 ℃，則一次風(fēng)的密度為1.029 kg/m2。

一次風(fēng)粉管道內(nèi)徑為813 mm，若風(fēng)速低限為22 m/s，則每臺(tái)磨煤機(jī)的最小一次風(fēng)量為：

(2)

式中：G為一次風(fēng)量，t/h；d為一次風(fēng)粉管內(nèi)徑，mm；v為粉管一次風(fēng)速，m/s；A為1臺(tái)磨煤機(jī)一次風(fēng)粉管根數(shù)。

為了能為煤粉著火初期提供合適的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及保證煤粉著火點(diǎn)、火焰剛度在正常范圍內(nèi)，要求磨煤機(jī)風(fēng)量與煤量之比不應(yīng)小于1.8，即以風(fēng)煤比為1.8計(jì)算得到的磨煤機(jī)風(fēng)量為能滿(mǎn)足煤粉著火初期提供合適的氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及能保證燃燒器安全運(yùn)行的最小磨煤機(jī)風(fēng)量[3]。不同磨煤機(jī)負(fù)荷下的該最小風(fēng)流量以及該最小風(fēng)量對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)粉管風(fēng)速見(jiàn)表1。

表1 磨煤機(jī)不同負(fù)荷的最小風(fēng)量

由表1看出：當(dāng)磨煤機(jī)負(fù)荷小于52.2 t/h時(shí)，按風(fēng)煤比1.8計(jì)算得到的一次風(fēng)量93 t/h對(duì)應(yīng)的粉管一次風(fēng)速小于22 m/s，不滿(mǎn)足煤粉的輸送要求。因此，磨煤機(jī)最小風(fēng)量應(yīng)大于93 t/h，取100 t/h。

磨煤機(jī)不同負(fù)荷下一次風(fēng)量和煤量關(guān)系見(jiàn)表2。在某一個(gè)一次風(fēng)量運(yùn)行條件下，石子煤不明顯增加，磨煤機(jī)也沒(méi)有堵煤現(xiàn)象，爐內(nèi)燃燒著火點(diǎn)位置正常且無(wú)貼壁現(xiàn)象，該風(fēng)量即為正常。但是由于該電廠(chǎng)燃煤大多為高揮發(fā)分、高水分煤質(zhì)，因此磨煤機(jī)實(shí)際設(shè)定風(fēng)煤比要比最小一次風(fēng)量大。

表2 磨煤機(jī)不同煤量的一次風(fēng)量

圖1為不同負(fù)荷時(shí)磨煤機(jī)的風(fēng)-煤曲線(xiàn)。

圖1 不同負(fù)荷時(shí)磨煤機(jī)的風(fēng)-煤曲線(xiàn)

在當(dāng)前運(yùn)行方式下，受干燥出力影響，燃用高水分w(Mt)>27%低熱值印尼煤時(shí)的磨煤機(jī)出力很難超過(guò)75 t/h，此時(shí)磨煤機(jī)出口溫度很難超過(guò)60 ℃，所以熱一次風(fēng)母管壓力的設(shè)定應(yīng)更多考慮惡劣工況時(shí)磨煤機(jī)的正常運(yùn)行。

5 應(yīng)用分析

一次風(fēng)節(jié)能技術(shù)根據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度動(dòng)態(tài)地控制一次風(fēng)機(jī)出口壓力，最終通過(guò)降低熱一次風(fēng)母管壓力達(dá)到一次風(fēng)機(jī)節(jié)能的目的。圍繞著穩(wěn)定負(fù)荷的一次風(fēng)降壓降阻節(jié)能，以及瞬變負(fù)荷的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，開(kāi)展降低一次風(fēng)壓及廠(chǎng)用電率目的，確保以下問(wèn)題：

(1) 確保DCS投切的無(wú)擾切換。

(2) 節(jié)能效果和安全性的匹配，確保安全的一次風(fēng)壓偏置上下限。

(3) 擾動(dòng)破壞性試驗(yàn)測(cè)試，確保極端工況和事故下的適應(yīng)能力。

(4) 接口與調(diào)試工作的配合，一次風(fēng)壓安全邊界和限定。

一次風(fēng)壓節(jié)能試驗(yàn)條件見(jiàn)表3。

表3 一次風(fēng)壓節(jié)能試驗(yàn)條件 t/h

表4統(tǒng)計(jì)了機(jī)組不同出力運(yùn)行期間，一次風(fēng)壓節(jié)能回路投退前后相關(guān)參數(shù)記錄。

表4 一次風(fēng)壓節(jié)能回路投入前后參數(shù)變化情況

在負(fù)荷基本維持穩(wěn)定的情況下，一次風(fēng)壓偏置緩慢自動(dòng)負(fù)向增大，一次風(fēng)壓設(shè)定值逐步減小，一次風(fēng)機(jī)電流同步降低。投入過(guò)程中，在未手動(dòng)干預(yù)的情況下，節(jié)能控制回路自動(dòng)降低一次風(fēng)機(jī)電耗，節(jié)省了機(jī)組能耗，很明顯體現(xiàn)出一次風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果。

從數(shù)據(jù)可見(jiàn)，優(yōu)化前一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值為定值，不考慮運(yùn)行人員手動(dòng)偏置設(shè)定情況下，實(shí)際的一次風(fēng)壓基本在10.3 kPa左右波動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，磨煤機(jī)煤量增加，磨煤機(jī)一次風(fēng)門(mén)自動(dòng)開(kāi)大，以維持合適的風(fēng)煤比，此時(shí)一次風(fēng)總量增加，使一次風(fēng)機(jī)電流增大。

圖2為一次風(fēng)壓節(jié)能回路投入前后關(guān)鍵參數(shù)的變化。

圖2 一次風(fēng)壓節(jié)能回路投入前后關(guān)鍵參數(shù)變化

優(yōu)化后一次風(fēng)母管壓力根據(jù)磨煤機(jī)冷熱風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)而磨煤機(jī)風(fēng)門(mén)擋板保持全開(kāi)，最大限度地減少了磨煤機(jī)風(fēng)門(mén)擋板的節(jié)流損失；當(dāng)負(fù)荷基本不變，磨煤機(jī)煤量不變，風(fēng)煤比維持穩(wěn)定，一次風(fēng)量基本保持不變，一次風(fēng)壓自動(dòng)逐步降低，最終降低了一次風(fēng)機(jī)電耗。

隨著機(jī)組負(fù)荷升高，優(yōu)化后一次風(fēng)壓不斷接近優(yōu)化前的風(fēng)壓值，優(yōu)化空間逐漸減小；從優(yōu)化前后電流降低值變化趨勢(shì)，可見(jiàn)電流降低幅度最大值出現(xiàn)在700 MW負(fù)荷，高負(fù)荷特別是1 000 MW工況下節(jié)能空間較小。

經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，一次風(fēng)壓節(jié)能曲線(xiàn)投入后較投入前，一次風(fēng)壓均值下降0.5～0.6 kPa，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)(6 kV)的總電流同等下降至少11 A，700 MW時(shí)達(dá)到最高39 A，節(jié)流效果明顯。

以年平均負(fù)荷688 MW計(jì)算，一次風(fēng)機(jī)平均節(jié)約電功率268 kW,取該廠(chǎng)機(jī)組年利用小時(shí)5 000 h計(jì)算，則運(yùn)行小時(shí)為7 267 h，上網(wǎng)電價(jià)(含稅)為0.53元/(kW·h)，則該系統(tǒng)的年經(jīng)濟(jì)效益為103萬(wàn)元/年。

6 結(jié)語(yǔ)

(1) 在計(jì)算磨煤機(jī)最小運(yùn)行風(fēng)量時(shí)，要考慮燃煤水分、粘度等參數(shù)，保證制粉系統(tǒng)運(yùn)行安全。

(2) 修正了風(fēng)煤比曲線(xiàn)，給出了不同煤種對(duì)應(yīng)的最低一次風(fēng)流量，保證極端工況下滿(mǎn)足制粉系統(tǒng)一次風(fēng)量、風(fēng)壓要求。

(3) 針對(duì)實(shí)際情況對(duì)低負(fù)荷時(shí)磨煤機(jī)出力分配進(jìn)行調(diào)整，保證磨煤機(jī)運(yùn)行安全，強(qiáng)化燃燒。

(4) 正常運(yùn)行中，最大限度降低一次風(fēng)壓力，開(kāi)大磨煤機(jī)一次風(fēng)調(diào)門(mén)到100%，可降低一次風(fēng)機(jī)電耗。

[1] 王加璇,姚文達(dá). 電廠(chǎng)熱力設(shè)備及其運(yùn)行[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社,1997.

[2] 楊博,林鴻,孫偉鵬,等. 1 036 MW燃煤機(jī)組鍋爐制粉系統(tǒng)煤種適應(yīng)性研究[J]. 電力建設(shè),2012,33(5): 71-74.

[3] 華東電業(yè)管理局. 鍋爐運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社,1997.

Research and Application of Energy-saving Primary Air Adjustment Technology for 1 000 MW Coal-fired Boilers

Yang Biao,Yang Bo,Zeng Biqun,Chen Shaohua

(Huaneng Haimen Power Plant,Shantou 515132,Guangdong Province,China)

Based on experimental results,an analysis was conducted on the control features of primary air in a 1 000 MW coal-fired boiler,after which a energy-saving primary air adjustment technology and an optimal load distribution mode among various coal mills were proposed under different load conditions,while an adjustment optimization was carried out on the coal-air ratio of coal mills according to actual working conditions,thus achieving good economic effects.

boiler; primary air; coal-air ratio; energy saving

2016-09-12；

2016-11-20

楊 彪(1983—)，男，工程師，從事1 000 MW火電機(jī)組集控運(yùn)行管理和性能優(yōu)化工作。

E-mail: 164044099@qq.com

TK223.24

A

1671-086X(2017)04-0286-04