300 MW 燃煤機組AGC“R”模式下制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化研究

劉建航，石賢捷，歐照華，馬國智

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

火力發(fā)電機組中廠用電率約占機組發(fā)電量的5%～8%，其中，制粉系統(tǒng)是最主要的耗電設(shè)備之一［1］。由于部分設(shè)備存在老化、缺陷多的情況，同時受到節(jié)能降耗、煤質(zhì)較差的影響，重要輔機設(shè)備長期或經(jīng)常處于低負荷和變負荷狀態(tài)下運行，運行工況偏離最佳運行狀態(tài)，運行效率明顯降低［2］。以某發(fā)電公司4 號機組為例，分析造成機組在AGC“R”模式運行下制粉系統(tǒng)單耗升高的原因，通過深入研究和優(yōu)化運行，降低鍋爐制粉系統(tǒng)的廠用耗電率，提高機組的經(jīng)濟效益。

1 基本概況

該機組鍋爐是由英國某公司生產(chǎn)，為單汽包、單爐膛、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、燃煤、半露天式布置、再熱器溫度熱風(fēng)注射控制、亞臨界參數(shù)的自然循環(huán)鍋爐。汽輪機由上海汽輪機廠制造，為亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機［3］。汽輪機在額定進汽參數(shù)、額定背壓、回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運時能保持額定功率300 MW 出力。4 號鍋爐采用“W”型火焰燃燒方式，燃燒系統(tǒng)主要由制粉系統(tǒng)（3 臺磨煤機、6 臺給煤機）、粗粉分離裝置、燃燒器及其噴口、風(fēng)煙系統(tǒng)及輔機設(shè)備等構(gòu)成，磨煤機和燃燒器布置如圖1 所示。

機組鍋爐配備“正壓式”直吹制粉系統(tǒng)，3 臺磨煤機主要參數(shù)如表1 所示。風(fēng)煙系統(tǒng)由鍋爐蒸汽受熱面、蓄熱式空預(yù)器和電除塵等組成，該系統(tǒng)阻力較大，進入吸風(fēng)機的煙氣要克服密度大且堵灰嚴重的空氣預(yù)熱器蓄熱面排放到大氣中。通過對系統(tǒng)阻力分析，風(fēng)壓主要由蓄熱式空預(yù)器消耗，從而造成吸風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機耗電率的增加。

圖1 磨煤機和燃燒器布置

表1 鋼球磨煤機主要技術(shù)參數(shù)

2 存在問題

隨著光伏、風(fēng)電等清潔能源并網(wǎng)發(fā)電運行，山東區(qū)域電網(wǎng)要求所有并網(wǎng)機組容量在125 MW 以上的機組，必須投入AGC（Automatic Generation Control，AGC）功能［4］，但實際運行過程中，AGC 功率調(diào)節(jié)又分為：“O”（Off-regulated）模式是指在任何情況下都不承擔(dān)調(diào)節(jié)功率，即承擔(dān)基礎(chǔ)負荷；“R”（Regulated）模式指在任何需要的情況下，都無條件承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)度中心指令進行功率調(diào)節(jié)。在“R”模式下，機組要快速響應(yīng)電網(wǎng)需求，滿足電力供應(yīng)［5］。同時隨著電網(wǎng)容量的增大，火力發(fā)電機組負荷率愈來愈低。

機組正常工況下，2 臺一次風(fēng)機、吸風(fēng)機、送風(fēng)機、3 臺磨煤機全部運行，負荷調(diào)節(jié)范圍為180～300 MW，機組在正常運行工況下以7 MW／min 的變化速率進行負荷實時調(diào)節(jié)，通過控制磨煤機的料位和調(diào)整一次風(fēng)機靜葉開度來保證爐膛進粉量，以滿足燃燒需要，保證負荷可根據(jù)電網(wǎng)指令進行實時調(diào)整，以減少“兩個細則”的考核。但在實際運行過程中，該方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)對火電發(fā)電機組短時間升降負荷的要求，尤其是在“R”模式工況下，鍋爐頻繁出現(xiàn)超溫、超壓、汽包水位波動等現(xiàn)象，給機組的正常運行帶來很大影響，導(dǎo)致機組廠用電率在低負荷運行時依然很高，經(jīng)濟性較差。對運行負荷長期統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，機組長時間運行在“R”模式下，最低負荷為210 MW，最高負荷為240MW，平均負荷約為230 MW；負荷較低，需要對制粉系統(tǒng)優(yōu)化運行，以降低其廠用電率。

3 制定對策

3.1 磨煤機啟停操作優(yōu)化

根據(jù)磨組健康狀況，選擇磨組組合運行方式后，關(guān)鍵在于快速啟停操作。通過近一年的摸索調(diào)整，參照磨煤機啟停順控程序，對磨煤機啟停操作做了更進一步優(yōu)化。

停磨：某臺磨煤機熱一次風(fēng)擋板逐漸關(guān)閉、冷一次風(fēng)擋板逐漸開啟（熱一次風(fēng)至0，冷一次風(fēng)至100%）；給煤機煤量減至0，適當(dāng)提高另2 臺磨煤機磨料位；抽空后關(guān)閉冷一次擋板至0；關(guān)閉驅(qū)動端一次風(fēng)、非驅(qū)動端一次風(fēng)隔離擋板；停止磨煤機電機運行。

磨組停止后要充分做好啟動前各項準(zhǔn)備：開啟濃粉閥、淡粉閥；粗粉分離器出口擋板；給煤機出入口擋板；保持磨組適當(dāng)溫度，確保磨組能隨時快速啟動，以適應(yīng)網(wǎng)上對機組負荷的需要。根據(jù)運行人員操作經(jīng)驗，磨煤機從靜止?fàn)顟B(tài)到啟動帶負荷時間控制在20 min 以內(nèi)，未出現(xiàn)影響機組投運“AGC”現(xiàn)象［6］。

3.2 控制磨煤機運行數(shù)量

當(dāng)機組AGC 投“R”模式運行時，機組負荷保持在230 MW 左右運行時，煤質(zhì)較好工況下，可選擇停止第三臺磨煤機運行（即C 磨），保持2 臺磨煤機運行。在實際運行中，根據(jù)鍋爐形成“W”型火焰的方式以及鍋爐布置方式可選擇A、B 磨運行方式，該方式的優(yōu)點是利用后墻A 磨煤機所帶兩組噴燃器與前墻B 磨所帶兩組噴燃器在爐膛內(nèi)經(jīng)過噴射對沖，能夠形成較好的兩組“W”型火焰，在爐膛內(nèi)部及四周可以進行均勻燃燒，能夠保證兩側(cè)以及前后墻兩端水冷壁輻射換熱更充分，燃燒穩(wěn)定性得到進一步加強。

3.3 調(diào)整料位及風(fēng)壓

機組運行在“R”模式下時，通過提高磨煤機料位，維持合適的風(fēng)煤比，及時補充磨煤機內(nèi)鋼球數(shù)量，在負荷變化不大的情況下，通過調(diào)整一次風(fēng)機風(fēng)壓來調(diào)整機組負荷［7］。

經(jīng)過運行調(diào)整后，對停磨煤機前后的制粉系統(tǒng)、廠用電率進行了統(tǒng)計，如表2 所示。特別選取了2018-03-07 和2018-03-16 這兩天時間相近負荷相近的情況進行對比，如圖2 所示。

表2 機組制粉系統(tǒng)單耗率 %

圖2 機組停磨前后制粉系統(tǒng)單耗變化

從圖2 中可以看出磨煤機單耗、制粉單耗、廠用電率均明顯下降的，負荷210 MW 時，影響廠用電率約0.5%；綜合公用系統(tǒng)運行情況，影響廠用電率約0.3%，實現(xiàn)了機組運行在“R”模式下時對制粉系統(tǒng)的優(yōu)化，經(jīng)統(tǒng)計，2018 年全年在4 號機組中運行在“R”模式下實現(xiàn)停磨336 h，同比增加336 h，未發(fā)生“兩個細則”考核的現(xiàn)象，為其他3 臺機組制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化積累了經(jīng)驗。按照正常運行時每臺磨煤機運行功率約為1 100 kW 計算，全年節(jié)約電量36.96 萬kWh，上網(wǎng)電價按0.43 元/kWh 計算，每年產(chǎn)生經(jīng)濟效益約為15.8 萬元。

4 結(jié)語

經(jīng)過對鍋爐在“R”模式運行方式下制粉系統(tǒng)及其他相關(guān)系統(tǒng)的分析研究調(diào)整，通過有重點、有步驟地對磨煤機熱一次風(fēng)擋板控制方式、磨煤機運行方式及啟停數(shù)量進行調(diào)整，實現(xiàn)了“W”型火焰燃煤鍋爐參與電網(wǎng)調(diào)峰運行能力進一步提升，尤其是在負荷為210～230 MW 時，機組廠用電率得到明顯降低，實現(xiàn)機組經(jīng)濟高效運行，為同類機組運行調(diào)整提供參考經(jīng)驗。