660 MW機(jī)組中速磨直吹式制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究

劉川槐，， ，，，

(淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131)

0 前言

某電廠4號(hào)機(jī)組為660 MW超超臨界參數(shù)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)制造的超超臨界螺旋管圈直流爐、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)π型燃煤鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為淮南煙煤，配有6臺(tái)北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZGM123N型磨煤機(jī)，采用冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

4號(hào)鍋爐投產(chǎn)后制粉系統(tǒng)一直存在一次風(fēng)量測(cè)量值不準(zhǔn)確、一次風(fēng)煤比偏高、熱一次風(fēng)母管壓力控制方式不合理、低出力下磨煤機(jī)振動(dòng)大等一系列問題。為實(shí)現(xiàn)對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)精細(xì)化控制，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能降耗”的號(hào)召，有必要對(duì)該制粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

本文研究的工作不僅使制粉系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)更加優(yōu)化(風(fēng)機(jī)電耗和排煙溫度[1-2]降低，供電煤耗下降)，而且實(shí)現(xiàn)了將試驗(yàn)成果固化到DCS控制邏輯的目標(biāo)，對(duì)同類中速磨直吹式制粉系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)整具有一定指導(dǎo)意義。

1 設(shè)備概況

4號(hào)鍋爐在BMCR和ECR負(fù)荷時(shí)均五運(yùn)一備，每臺(tái)磨煤機(jī)出口由四根煤粉管接至爐膛四角的同一層燃燒器。磨煤機(jī)主要性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 磨煤機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

試驗(yàn)的主要內(nèi)容如下。

2.1 磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量熱態(tài)標(biāo)定

磨煤機(jī)一次風(fēng)量的精確標(biāo)定是整個(gè)制粉系統(tǒng)調(diào)整以及燃燒調(diào)整的前提和基礎(chǔ)，一次風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性不僅會(huì)受到冷、熱風(fēng)混合后風(fēng)道內(nèi)速度場(chǎng)分布的影響，還會(huì)受到溫度場(chǎng)分布的影響，為此，應(yīng)在熱態(tài)下對(duì)磨煤機(jī)一次風(fēng)測(cè)風(fēng)元件進(jìn)行標(biāo)定。為真實(shí)反映實(shí)際運(yùn)行中一次風(fēng)測(cè)量系統(tǒng)狀態(tài)，得出冷、熱風(fēng)混合后在線測(cè)量元件斷面的速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)分布情況，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量標(biāo)定工作必須在熱態(tài)下運(yùn)行。

2.2 一次風(fēng)煤比、熱一次風(fēng)母管壓力及加載壓力特性試驗(yàn)

試驗(yàn)主要在常用煤種下進(jìn)行，試驗(yàn)煤質(zhì)特性如表2所示。

通過試驗(yàn)重新優(yōu)化相關(guān)控制函數(shù)。其中，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量熱態(tài)標(biāo)定按照《GB10184-88電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的點(diǎn)數(shù)采用等截面網(wǎng)格法進(jìn)行測(cè)試[6]。磨煤機(jī)特性試驗(yàn)依據(jù)《DL/T 467-2004電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行[7]。

表2 試驗(yàn)煤質(zhì)特性分析

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量熱態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)

一次風(fēng)速是電站鍋爐燃燒調(diào)整的重要參數(shù)[8]。超超臨界機(jī)組熱一次風(fēng)系統(tǒng)的壓力和溫度均很高，壓力超過 20 kPa，溫度大于 350℃，是煙風(fēng)系統(tǒng)最重要的參數(shù)之一，是設(shè)計(jì)和校核的重點(diǎn)與難點(diǎn)[9]。

磨煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，在大、中、小三個(gè)不同風(fēng)量下，用S型畢托管按等截面網(wǎng)格法對(duì)4號(hào)鍋爐各磨煤機(jī)入口處的一次風(fēng)量測(cè)量裝置進(jìn)行熱態(tài)標(biāo)定，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量熱態(tài)標(biāo)定結(jié)果

從磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量熱態(tài)標(biāo)定結(jié)果可以看出，六臺(tái)磨煤機(jī)表盤一次風(fēng)量與實(shí)際測(cè)量值相比均有一定偏差，按試驗(yàn)確定的風(fēng)量修正系數(shù)對(duì)表盤一次風(fēng)量值進(jìn)行修正后，表盤一次風(fēng)量更加真實(shí)、準(zhǔn)確。

3.2 磨煤機(jī)一次風(fēng)煤比特性試驗(yàn)

由于4號(hào)鍋爐各臺(tái)磨煤機(jī)入口在線一次風(fēng)量測(cè)量值不準(zhǔn)確，運(yùn)行人員無(wú)法準(zhǔn)確判斷一次風(fēng)量大小，為了防止粉管內(nèi)積粉堵塞，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，運(yùn)行人員習(xí)慣對(duì)各磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量設(shè)置了“+15～+25 t/h”的偏置。但由此導(dǎo)致磨煤機(jī)出口粉管的一次風(fēng)速相對(duì)較高，C、D、E、F磨煤機(jī)大出力情況下粉管風(fēng)速超過30 m/s。一次風(fēng)量過大，長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)對(duì)燃燒器造成極大的磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)磨損套筒[10]。

因此，在對(duì)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量準(zhǔn)確標(biāo)定的基礎(chǔ)上，需要通過試驗(yàn)重新確定合適的一次風(fēng)煤比。一次風(fēng)煤比特性試驗(yàn)在C、D磨煤機(jī)進(jìn)行，其試驗(yàn)結(jié)果可推廣至其他磨煤機(jī)。一次風(fēng)煤比特性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 磨煤機(jī)一次風(fēng)煤比特性試驗(yàn)

一次風(fēng)煤比的確定要兼顧到磨煤機(jī)的碾磨出力和干燥出力的雙重影響，同時(shí)，粉管一次風(fēng)速最低不能低于18 m/s，否則煤粉容易在粉管內(nèi)沉積；一次風(fēng)速最高不宜高于30 m/s，否則容易增大粉管及燃燒器磨損，由于燃燒器的磨損和風(fēng)速的平方成正比，所以隨著粉管風(fēng)速的提高，燃燒器的磨損呈指數(shù)級(jí)上升。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般粉管一次風(fēng)速在22～28 m/s為宜。因此，根據(jù)一次風(fēng)煤比試驗(yàn)情況，對(duì)一次風(fēng)量控制函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化(見表5)。

表5 磨煤機(jī)一次風(fēng)煤比控制函數(shù)

3.3 一次風(fēng)母管壓力特性試驗(yàn)(見表6)

在保證磨煤機(jī)通風(fēng)量的前提下，若能合理降低一次風(fēng)壓，則磨煤機(jī)入口風(fēng)門自動(dòng)開大，可有效降低一次風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)流阻力，降低一次風(fēng)機(jī)電耗以及減小空氣預(yù)熱器一次風(fēng)側(cè)的漏風(fēng)率。4號(hào)鍋爐原一次風(fēng)母管壓力控制函數(shù)如表7所示，原一次風(fēng)母管壓力控制存在兩方面不足之處：

(1)控制方式不合理。

一次風(fēng)母管壓力的設(shè)定應(yīng)以保證較大出力磨煤機(jī)的正常運(yùn)行為原則。按照原一次風(fēng)母管壓力控制策略，當(dāng)超過3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)母管壓力隨燃料主控變化。這種控制策略忽略了單臺(tái)磨煤機(jī)出力偏置對(duì)一次風(fēng)母管壓力的影響。

(2)磨煤機(jī)中低出力下一次母管壓力偏高。磨煤機(jī)中低出力工況下，一次風(fēng)母管壓力超過8.5 kPa，磨煤機(jī)的冷熱風(fēng)門開度大部分在30%以內(nèi)，一次風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)流阻力較大。

因此，需要通過試驗(yàn)對(duì)原一次風(fēng)母管壓力控制函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)主要選擇在C磨煤機(jī)上進(jìn)行。

一次風(fēng)母管壓力的控制應(yīng)在滿足一次風(fēng)量調(diào)節(jié)需要的前提下，保持熱風(fēng)門開度50%～70%為宜。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)原一次風(fēng)母管壓力控制函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的控制函數(shù)如表8所示。

表6 4號(hào)鍋爐一次風(fēng)母管壓力特性試驗(yàn)

表7 4號(hào)鍋爐原一次風(fēng)母管壓力控制函數(shù)

注：燃料主控等于所有運(yùn)行磨煤機(jī)的平均煤量。

表8 優(yōu)化后一次風(fēng)母管壓力控制函數(shù)

表9 磨煤機(jī)加載壓力特性試驗(yàn)

3.4 磨煤機(jī)加載壓力特性試驗(yàn)(見表9)

磨煤機(jī)碾磨力由液壓加載系統(tǒng)產(chǎn)生，加載系統(tǒng)直接影響到煤粉研磨效率及磨煤機(jī)出力，是至關(guān)重要的設(shè)備組成部分。加載壓力的大小可以改變磨輥與磨碗的間隙，間隙過大，磨煤機(jī)粉碎煤的能力降低，石子煤增加，磨煤機(jī)出力降低；間隙過小，會(huì)發(fā)生磨輥與磨碗襯板碰擦，引起振動(dòng)，這對(duì)碾磨件、軸承、齒輪和電機(jī)的壽命有不利影響[11]。

4號(hào)鍋爐磨煤機(jī)加載壓力很長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行過針對(duì)性的優(yōu)化調(diào)整，其自動(dòng)控制函數(shù)已不能滿足日常運(yùn)行的需要，主要表現(xiàn)為：

(1)日常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員時(shí)常需要通過設(shè)置偏置的方式對(duì)磨煤機(jī)加載壓力進(jìn)行設(shè)定，加載壓力自動(dòng)控制函數(shù)未能起到有效作用；

(2)磨煤機(jī)在30 t/h以下低出力情況下，加載壓力控制在4.5 MPa左右，此時(shí)，磨煤機(jī)振動(dòng)較大。特別是在啟機(jī)點(diǎn)火過程中，受磨煤機(jī)振動(dòng)的影響，磨煤機(jī)投運(yùn)被迫推遲。

因此，迫切需要進(jìn)行磨煤機(jī)加載壓力特性試驗(yàn)，以對(duì)原加載壓力控制函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過磨煤機(jī)加載壓力特性試驗(yàn)，確定了不同磨煤機(jī)出力下加載壓力的控制函數(shù)，按照優(yōu)化后的控制函數(shù)，既能保證磨煤機(jī)的正常出力，又能避免磨煤機(jī)低出力情況下出現(xiàn)振動(dòng)問題。優(yōu)化前后磨煤機(jī)加載壓力控制函數(shù)如表10所示。

表10 優(yōu)化前后磨煤機(jī)加載壓力控制函數(shù)

3.5 制粉系統(tǒng)優(yōu)化前后對(duì)比試驗(yàn)

通過前述一系列優(yōu)化過程試驗(yàn)及結(jié)果，將制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)(一次風(fēng)母管壓力、磨煤機(jī)一次風(fēng)量等)調(diào)整至最佳運(yùn)行狀態(tài)，并將試驗(yàn)結(jié)果與調(diào)整前進(jìn)行比較，以對(duì)比分析通過制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整帶來的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)在600 MW負(fù)荷工況下進(jìn)行，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如表11所示。

表11 制粉系統(tǒng)優(yōu)化前后對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果匯總

4 結(jié)論

(1)原六臺(tái)磨煤機(jī)表盤一次風(fēng)量與實(shí)際測(cè)量值相比均有一定偏差，按照磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量熱態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)確定的風(fēng)量修正系數(shù)對(duì)表盤一次風(fēng)量值進(jìn)行修正后，表盤一次風(fēng)量更加真實(shí)、準(zhǔn)確。

(2)原磨煤機(jī)入口在線一次風(fēng)量測(cè)量值不準(zhǔn)確，再加上原一次風(fēng)煤比控制函數(shù)不合理，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)磨煤機(jī)出口粉管的一次風(fēng)速相對(duì)較高。在對(duì)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量準(zhǔn)確標(biāo)定的基礎(chǔ)上，通過一次風(fēng)煤比特性試驗(yàn)，優(yōu)化了原一次風(fēng)煤比控制函數(shù)，降低了一次風(fēng)機(jī)電耗。

(3)原一次風(fēng)母管壓力控制存在控制方式不合理、一次風(fēng)系統(tǒng)阻力大等問題。通過一次風(fēng)母管壓力特性試驗(yàn)，優(yōu)化了原一次風(fēng)母管壓力控制函數(shù)，使一次風(fēng)母管壓力的控制方式更加合理，同時(shí)有效降低了一次風(fēng)系統(tǒng)的阻力，降低了一次風(fēng)機(jī)電耗。

(4)原磨煤機(jī)加載壓力自動(dòng)控制函數(shù)已不能滿足日常運(yùn)行的需要，且在磨煤機(jī)低出力情況下振動(dòng)較大。通過加載壓力特性試驗(yàn)，優(yōu)化了原加載壓力控制函數(shù)，有效解決了磨煤機(jī)振動(dòng)問題。

(5)通過降低一次風(fēng)率和一次風(fēng)母管壓力等優(yōu)化措施，與制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)前相比，600 MW負(fù)荷工況下，一次風(fēng)機(jī)電流降低了約42 A，排煙溫度下降約3.5℃，折合供電煤耗降低約0.8 g/kWh，節(jié)能降耗效果十分明顯。