制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造

董志強(qiáng)1，楊 浩，張 健， 趙 珂

(1.山西臨汾熱電有限公司，山西 臨汾 041000；2.西安格瑞電力科技有限公司，陜西 西安 710065)

0 引 言

我國的發(fā)電機(jī)組以火電機(jī)組為主，主要配套煤粉燃燒鍋爐。煤粉燃燒鍋爐由于運(yùn)行方式的不合理、參數(shù)選擇不夠合理等原因[1]，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后會造成電站系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)不同程度的偏差，造成磨煤機(jī)電流偏高、煤粉均勻性降低、分離器阻力增加、單耗增加，最終提高了整個(gè)系統(tǒng)的能耗[2]。

隨著環(huán)境問題的日益突出，國家對節(jié)能減排的要求也日益嚴(yán)格。與此同時(shí)，制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)占據(jù)了廠用電的絕大部分，提高制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的效率，降低其能耗對提高電廠的效率、節(jié)能減排具有十分明顯的促進(jìn)作用[3-4]。實(shí)際改造中可以對制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式或設(shè)備的運(yùn)行性能進(jìn)行調(diào)整，從而提高設(shè)備運(yùn)行效率，使制粉系統(tǒng)的運(yùn)行既安全又經(jīng)濟(jì)，同時(shí)滿足鍋爐燃燒的安全性和經(jīng)濟(jì)性要求。

1 鍋爐設(shè)備

制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造的設(shè)備為山西臨汾熱電有限公司2×300 MW機(jī)組#1爐，該鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司制造，型號為DG1060/17.4-Ⅱ4。鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包鍋爐，單爐膛∏型布置，燃用煙煤，一次中間再熱，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐的燃燒器布置在爐膛水冷壁四角,水冷壁四角處燃燒器的中心線分別與爐膛中心的兩個(gè)假想圓相切,兩個(gè)假想切圓的直徑分別為φ681 mm和φ772 mm。燃燒器一二次風(fēng)噴口布置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)選用BBD4060型雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)作為制粉系統(tǒng)，制粉所用磨煤機(jī)的詳細(xì)參數(shù)見表1。

圖1 燃燒器一二次風(fēng)噴口布置圖

表1磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)

2 改造前實(shí)驗(yàn)結(jié)果

改造前通過對鍋爐實(shí)際燃燒工況及制粉系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況的詳細(xì)了解后，分析設(shè)備節(jié)能潛力，再制定詳實(shí)可行的改造方案，對系統(tǒng)的運(yùn)行方式或設(shè)備的運(yùn)行性能進(jìn)行調(diào)整，提高設(shè)備運(yùn)行效率。改造前的實(shí)驗(yàn)主要包括鍋爐效率試驗(yàn)、制粉系統(tǒng)診斷試驗(yàn)、一次風(fēng)系統(tǒng)性能測試及制粉系統(tǒng)阻力特性測試。

試驗(yàn)前使鍋爐保持穩(wěn)定，對鍋爐排煙溫度、排煙處煙氣成分、飛灰、爐渣、原煤進(jìn)行取樣化驗(yàn)，鍋爐熱效率計(jì)算采用國家標(biāo)準(zhǔn)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》(GB10184-88)規(guī)定的反平衡法；試驗(yàn)前根據(jù)目前磨煤機(jī)運(yùn)行狀況，保持制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行，在#2磨正常運(yùn)行工況和最大出力兩個(gè)工況下，在#2磨分離器出口進(jìn)行煤粉取樣及一次風(fēng)速進(jìn)行測量，記錄鍋爐、制粉系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)，據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對#1爐制粉系統(tǒng)進(jìn)行診斷；改造前一次風(fēng)系統(tǒng)及制粉系統(tǒng)阻力性能試驗(yàn)選擇在兩個(gè)不同機(jī)組負(fù)荷工況下(300、230 MW)進(jìn)行，試驗(yàn)測定一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行的煙氣流量、壓力、功率，一次風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)沿程阻力以及其他相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。

改造前鍋爐效率實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在300 MW工況時(shí)修正后鍋爐熱效率為89.25%，在230 MW工況時(shí)修正后鍋爐熱效率為89.61%，鍋爐效率較低。改造前制粉系統(tǒng)診斷實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：#1磨出力在55 t/h時(shí)，磨煤機(jī)入口實(shí)際風(fēng)量在90 t/h左右，一次風(fēng)速在28.51 m/s左右，符合正常運(yùn)行中，磨出口一次風(fēng)速不低于25 m/s的要求；分離器出口煤粉細(xì)度R90在16.07%，因此可認(rèn)為目前#1磨磨煤機(jī)最大出力在55 t/h左右；磨煤機(jī)設(shè)計(jì)出力為60 t/h，磨煤機(jī)并未達(dá)到設(shè)計(jì)出力；#2磨最大出力在55.5 t/h左右，分離器出口煤粉細(xì)度R90在15.7%；磨煤機(jī)設(shè)計(jì)出力為60 t/h，磨煤機(jī)并未達(dá)到設(shè)計(jì)出力。改造前制粉系統(tǒng)阻力特性測試實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：300 MW工況下，#1爐一次風(fēng)機(jī)全壓效率為72.5%，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率較低。

3 改造后實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 改造前后磨煤機(jī)最大出力試驗(yàn)結(jié)果對比

試驗(yàn)期間，保持分離器擋板在最佳開度下(65°)，保持合適的一次風(fēng)速，試驗(yàn)選取#2磨作為試驗(yàn)對象，試驗(yàn)期間#2磨磨煤機(jī)出力首先穩(wěn)定在50 t/h，觀察磨煤機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，磨煤機(jī)運(yùn)行正常則增加#2磨磨煤機(jī)出力至55 t/h，觀察磨煤機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，磨煤機(jī)運(yùn)行正常則繼續(xù)增加#2磨磨煤機(jī)出力至62 t/h，磨煤機(jī)料位稍有升高，但較穩(wěn)定，穩(wěn)定后記錄磨煤機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)；繼續(xù)增加#2磨磨煤機(jī)出力至65 t/h，磨煤機(jī)料位持續(xù)升高，直至達(dá)到最高限位，試驗(yàn)停止，減小給煤量，開大容量風(fēng)門。改造前后磨煤機(jī)最大出力試驗(yàn)結(jié)果對比見表2。

表2改造前后磨煤機(jī)最大出力試驗(yàn)參數(shù)

從表2可以看出，改造前后，#2磨煤機(jī)最大出力工況下，#2磨煤機(jī)最大出力由55.5 t/h提高到63.7 t/h，改造后磨煤機(jī)電流由124A下降至122A，磨煤單耗由20.0 kW·h/t下降到17.14 kW·h/t，分離器出口煤粉細(xì)度R90由15.7%下降到14.01%；改造后，#2磨煤機(jī)出力提高14.8%，磨煤單耗下降14.3%，分離器出口煤粉細(xì)度R90下降1.69%。由此可見，改造后#2磨煤機(jī)出力在煤粉細(xì)度下降1.69%的基礎(chǔ)上提高了14.8%，在同等煤粉細(xì)度的前提下磨煤機(jī)出力可提高20%，改造效果十分顯著。

3.2 二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)

分別在230、300 MW下調(diào)整周界風(fēng)和CD/DE/EF/FF等二次風(fēng)的開度，以探究能保證最低的燃盡率、最高的鍋爐效率的改造方法。表3和表4分別為230、300 MW工況下調(diào)整周界風(fēng)和二次風(fēng)得到的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，表3中的工況1、2、3分別代表了當(dāng)前負(fù)荷下正常運(yùn)行、關(guān)小周界風(fēng)至10%、開大CD/DE/EF/FF二次風(fēng)的工況，表4中的工況1、2分別代表了當(dāng)前負(fù)荷下正常運(yùn)行、關(guān)小周界風(fēng)至10%的工況。

表3 230MW二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

表4 300 MW二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

從表3可以看出，在230 MW工況下，對比三種配風(fēng)方式，工況3飛灰含碳量最低為2.59%，修正后的鍋爐效率最高，為91.81%；工況2關(guān)小周界風(fēng)開度后，飛灰下降0.76%，鍋爐效率提高0.53%，周界風(fēng)主要起冷卻噴口的作用，對燃燒不利，因此，建議周界風(fēng)開度調(diào)整至10%以下；工況3開大中間二次風(fēng)開度，CD層二次風(fēng)由35%開大至50%，DE層由45%開至50%，調(diào)整后鍋爐效率提高了0.37%。

從表4可以看出，在300 MW工況下，對比兩種配風(fēng)方式，工況2飛灰含碳量為3.25%，修正后的鍋爐效率最高，為91.30%；工況2關(guān)小周界風(fēng)及BC/CD二次風(fēng)后，飛灰下降0.63%，鍋爐效率提高0.43%，針對煙煤，周界風(fēng)同樣主要起冷卻噴口的作用，對燃燒不利，因此，同樣建議周界風(fēng)開度調(diào)整至10%以下。

4 改造后經(jīng)濟(jì)性分析

改造后，#2磨煤機(jī)正常出力工況下，磨煤單耗由24.48 kW·h/t下降到24.05 kW·h/t，#2磨煤機(jī)最大出力工況下，磨煤單耗由20.0 kW·h/t下降到17.14 kW·h/t。根據(jù)負(fù)荷分配按照磨煤機(jī)平均單耗下降1.6 kW·h/t計(jì)算，每天平均給煤量按照100 t/h，全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按照7 200 h，廠用電價(jià)0.37元/kW·h計(jì)算，全年可節(jié)約費(fèi)用1.6×100×7 200×0.37=42.6萬元；

#1爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造前，300MW工況下修正后鍋爐熱效率為89.25%，210 MW工況下修正后鍋爐熱效率為89.61%；#1爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造后，300 MW正常運(yùn)行工況下修正后的鍋爐效率為91.06%，230 MW正常運(yùn)行工況下修正后的鍋爐效率為91.31%，改造后飛灰平均值下降1.09%，爐渣含碳量下降1.275%，鍋爐效率提高約1.81%、1.7%；同等條件下綜合考慮，發(fā)電煤耗平均下降2.4 g/kw·h。按照300 MW機(jī)組70%負(fù)荷率年運(yùn)行7 200 h的情況下，單臺機(jī)年發(fā)電量約15.12億度電，煤價(jià)按500元/t計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用2.4×1.512×103×500=181.4萬元；

#1爐配風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，230 MW工況下鍋爐效率由90.91%提高到91.81%，效率提高0.9%；300 MW工況下鍋爐效率由90.97%提高到91.30%，效率提高0.33%；按照平均鍋爐效率提高0.6%計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，折算至煤耗，可降低煤耗約1.9 g/kW·h，按照300 MW機(jī)組70%負(fù)荷率年運(yùn)行7 200 h的情況下，單臺機(jī)年發(fā)電量約15.12億度電，煤價(jià)按500元/t計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用為1.9×1.512×103×500=143.6萬元；

綜合分析，#1鍋爐制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造項(xiàng)目后，年可節(jié)約費(fèi)用42.6+181.4+143.6=367.6萬元，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

(1)改造后，#2磨煤機(jī)最大出力提高14.8%，電流由124A下降至122A，磨煤單耗由20.0 kW·h/t下降到17.14 kW·h/t，下降14.3%，分離器出口煤粉細(xì)度R90由15.7%下降到14.01%；下降1.69%；改造后#2磨煤機(jī)出力在煤粉細(xì)度下降1.69%的基礎(chǔ)上提高了14.8%，在同等煤粉細(xì)度的前提下磨煤機(jī)出力可提高20%，改造效果顯著。

(2)#1爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造前，300 MW工況下修正后的鍋爐熱效率為89.25%，#1爐制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造后，300 MW正常運(yùn)行工況下修正后的鍋爐效率為91.06%；230 MW工況下修正后的鍋爐熱效率為89.61%，改造后230 MW正常運(yùn)行工況下修正后的鍋爐效率為91.31%，分別提高了1.81%、1.7%，同等條件下綜合考慮，發(fā)電煤耗平均下降了2.4 g/kW·h，改造成果明顯。

(3)#1鍋爐制粉及一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造后，磨煤單耗下降年節(jié)約42.6萬元，分離器改造后煤耗降低節(jié)約費(fèi)用181.4萬元，鍋爐燃燒調(diào)整后煤耗降低年節(jié)約費(fèi)用143.6萬元，年可節(jié)約總費(fèi)用為367.6萬元，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。