磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)及其在機(jī)組運(yùn)行調(diào)整中的影響分析

賈文飛 王曉峰 李中堯 谷明亮 霍英海

摘? ?要： 煤泥水分含量高、發(fā)熱量較低，使得火力發(fā)電廠中的煤泥摻燒工藝無法完全得到發(fā)揮。以某火力發(fā)電廠為研究對象，介紹磨煤機(jī)的工作模式，分析得到存在的問題：一是磨煤機(jī)出口溫度偏低使得干燥出力受限;二是三號高壓加熱器進(jìn)汽溫度偏高導(dǎo)致泄漏等。提出磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)方案：將機(jī)組三段抽汽從三號高壓加熱器引入熱一次風(fēng)道的加熱器，降低機(jī)組三段抽汽溫度;降溫后，再將機(jī)組三段抽汽引回三號高壓加熱器。技術(shù)改造實(shí)施后，磨煤機(jī)干燥出力改善，出口溫度升高，再熱汽溫可以達(dá)到額定值，降耗高達(dá)33.0%，提高了高壓加熱器的使用安全性。

關(guān)鍵詞： 磨煤機(jī)干燥出力;高壓加熱器;機(jī)組三段抽汽;出口溫度;煤泥摻燒

中圖分類號：TQ536? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 06-150-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.026

引言

在火力發(fā)電廠中，煤泥摻燒可以起到提高燃料利用率、調(diào)控燃燒穩(wěn)定性等作用。但是，煤泥水分含量高、發(fā)熱量較低，使得煤泥摻燒工藝一直存在諸多問題。例如直流鍋爐可能發(fā)生諸如燃料中斷、堵磨[1]等問題;且由于燃料均是由磨煤機(jī)出口直接進(jìn)入爐膛的，因此燃料中斷還會(huì)進(jìn)一步引起“全燃料喪失”，造成鍋爐滅火[2]和機(jī)組跳閘等后果。近幾年多家火力發(fā)電廠都為煤泥摻燒問題提出了解決方案，但并沒有考慮到各解決方案對機(jī)組運(yùn)行的特征影響，沒有獲得完備的理論和數(shù)據(jù)依據(jù)。

本文調(diào)研的火力發(fā)電廠有兩臺350 MW超臨界直流供熱機(jī)組，分別于2013年底和2014年初投產(chǎn)。機(jī)組鍋爐采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配備5臺ZGM113K-II型磨煤機(jī)。兩臺機(jī)組投產(chǎn)后，當(dāng)燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，磨煤機(jī)能夠滿足額定出力，4臺運(yùn)行、1臺備用，鍋爐燃燒一次風(fēng)率為23%;當(dāng)燃用完全燃燒校核煤種時(shí)，5臺運(yùn)行，鍋爐燃燒一次風(fēng)率為28%。磨煤機(jī)出口溫度維持在 60～80℃之間。2016年，為控制燃料成本，機(jī)組開始引進(jìn)煤泥摻燒工藝[3]，因而引發(fā)了上述一系列問題，導(dǎo)致磨煤機(jī)干燥出力受限。2018年，我公司利用檢修契機(jī)對機(jī)組進(jìn)行了改造，引進(jìn)了磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)，相關(guān)問題得到改善。

本文首先介紹磨煤機(jī)的工作模式，歸納技術(shù)應(yīng)用中存在的問題;然后提出具體的磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)方案;最后總結(jié)分析技術(shù)應(yīng)用后對機(jī)組運(yùn)行調(diào)整的影響，并評估改進(jìn)效果。

1? 磨煤機(jī)工作模式及存在的問題

1.1? 工作模式

磨煤機(jī)的加載模式為液壓變加載，每臺磨煤機(jī)配備一臺液壓加載泵。加載裝置根據(jù)煤量的變化改變磨輥的加載力。當(dāng)加載裝置發(fā)生故障時(shí)，磨煤機(jī)可由變加載切換至定加載。磨煤機(jī)的排渣模式為人工排渣，排渣門采用液壓控制，每臺磨煤機(jī)配備一臺液壓排渣泵。磨煤機(jī)的給煤模式為通過改變給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制給煤量，每臺磨煤機(jī)配備一臺EG2490型電子稱重式給煤機(jī)，給煤機(jī)密封風(fēng)來自冷一次風(fēng)道，用于給煤機(jī)本體的密封。此外，制粉系統(tǒng)中配備兩臺離心式密封風(fēng)機(jī)，用于磨煤機(jī)傳動(dòng)盤和機(jī)殼拉桿的密封以及磨輥和分離器的密封。磨煤機(jī)設(shè)計(jì)的額定出力為47.05 t/h，最大出力為59.03 t/h。

1.2? 存在的問題

該電廠通過汽車煤的供應(yīng)來完成燃料供給。2016年起，該電廠的燃料供給結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，低熱值煤、高硫煤、煤泥開始摻燒入廠，造成了燃料配比的不均衡，尤其是煤泥的配比額度不均、水分含量較高，嚴(yán)重影響了磨煤機(jī)干燥出力情況，甚至在機(jī)組負(fù)荷偏離計(jì)劃負(fù)荷時(shí)，也來不及對煤泥摻燒比例進(jìn)行調(diào)整，煤種的使用與設(shè)計(jì)偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出容許的范疇[4]。煤泥摻燒后燃料主要數(shù)據(jù)對比如表1所示。

1.2.1? 磨煤機(jī)出口溫度偏低

劣質(zhì)煤，尤其是煤泥的摻燒不僅影響了入爐煤的發(fā)熱量，而且對磨煤機(jī)運(yùn)行效果造成了一定影響。由于煤泥水分含量較高，因此有時(shí)入爐煤收到基水分可達(dá)30%以上，而磨煤機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為對收到基水分為13%左右的煙煤進(jìn)行研磨。大量的煤泥摻燒致使磨煤機(jī)出口溫度無法達(dá)到設(shè)計(jì)的60～80℃，而是僅能長期維持在50～58℃。此外，出于保證負(fù)荷接帶和降低成本的考慮，通常在低負(fù)荷下大量摻燒煤泥，高負(fù)荷時(shí)少量摻燒煤泥，若煤泥發(fā)熱量不足，且煤泥配比過大，也可能出現(xiàn)磨煤機(jī)出口溫度低于52℃的情況[5]。

1.2.2? 磨煤機(jī)干燥出力受限

磨煤機(jī)內(nèi)部風(fēng)溫下降，且燃料中水分較多，導(dǎo)致煤粉氣流粘性增加。而且，部分煤泥是洗煤時(shí)沖刷產(chǎn)生的，組成比較復(fù)雜，甚至含有細(xì)沙、石子等。未摻燒煤泥前，當(dāng)磨煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，入口一次風(fēng)壓維持在7～7.5 kPa，出口風(fēng)壓維持在2.5～3.5 kPa，煤量只能維持在45 t/h以下。但煤泥摻燒后，尤其是煤泥含有大量細(xì)沙、石子時(shí)，由于其密度較大又無法研磨，它們在磨煤機(jī)內(nèi)部大量堆積，且無法及時(shí)排出，導(dǎo)致磨煤機(jī)出口風(fēng)壓急劇下降[6]（一度降至不足2 kPa），不僅使得磨煤機(jī)干燥出力嚴(yán)重受限，而且增加了磨煤機(jī)堵磨的風(fēng)險(xiǎn)。此外，煤泥摻燒時(shí)要根據(jù)負(fù)荷的高低調(diào)整摻配比例，使得磨煤機(jī)的運(yùn)行工況頻繁改變，由于磨煤機(jī)采用液壓加載調(diào)整模式，一旦調(diào)整不及時(shí)，也會(huì)加劇磨煤機(jī)的磨損。

1.2.3? 高壓加熱器進(jìn)汽溫度偏高引起泄漏

該電廠自投運(yùn)以來，機(jī)組三段抽汽溫度偏高。在100%THA工況下，若維持額定再熱蒸汽溫度為566℃，則機(jī)組三段抽汽溫度高達(dá)495℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高壓加熱器設(shè)計(jì)的進(jìn)汽溫度488℃。該電廠三號高壓加熱器發(fā)生過多次泄漏事件，經(jīng)分析，主要原因來自機(jī)組運(yùn)行過程中進(jìn)汽溫度長期偏高[7]。為保證設(shè)備安全，在機(jī)組運(yùn)行調(diào)整中不得不壓低再熱汽溫運(yùn)行，在100%THA工況下，一度壓低至550℃左右，甚至在事故減溫水全開的情況下，不得不連同壓低主汽溫運(yùn)行，最低壓低至540℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于超臨界直流鍋爐汽溫控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2? 磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)方案

為保證章節(jié)1.2所述問題的有效解決，該電廠提出了磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)，其宗旨是將機(jī)組三段抽汽從三號高壓加熱器引入熱一次風(fēng)道的加熱器中，在提高熱一次風(fēng)溫的同時(shí)，降低機(jī)組三段抽汽溫度;降溫后，機(jī)組三段抽汽再引回三號高壓加熱器。技術(shù)方案如圖1所示。

在圖1中，在熱一次左、右風(fēng)道處各加裝一個(gè)磨煤機(jī)干燥出力加熱器，除原有的機(jī)組三段抽汽逆止門及電動(dòng)門外，還在三號高壓加熱器入口安裝一套進(jìn)汽控制調(diào)整閥組，正常運(yùn)行時(shí)，閥組全部關(guān)閉，機(jī)組三段抽汽通過磨煤機(jī)干燥出力加熱器出入口電動(dòng)門控制加熱磨煤機(jī)入口一次風(fēng)[8]。當(dāng)然，以下幾點(diǎn)影響因素也值得考慮：

（1）機(jī)組三段抽汽管道在經(jīng)過長管道及磨煤機(jī)干燥出力加熱器后，壓力必然會(huì)大幅下降，那么三號高壓加熱器的正常疏水是否會(huì)受阻？

（2）磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓在改造后有所降低，是否能夠滿足高負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行需求？

（3）三號高壓加熱器進(jìn)汽溫度的降低，勢必會(huì)引起給水溫度的降低，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響如何？

3? 技術(shù)應(yīng)用對機(jī)組運(yùn)行調(diào)整的影響

該電廠在2018年機(jī)組檢修期間進(jìn)行了改造，磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)正常投入運(yùn)行。2年的運(yùn)行觀察表明，設(shè)計(jì)需求初步實(shí)現(xiàn)，對運(yùn)行調(diào)整的影響也基本顯現(xiàn)，以下就技術(shù)應(yīng)用對機(jī)組運(yùn)行調(diào)整的影響進(jìn)行總結(jié)和分析。

3.1? 對出口溫度的影響

磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)的投入使用，使得磨煤機(jī)運(yùn)行工況大幅改善。技術(shù)投入使用前，在100%THA工況下，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫為290～300℃，磨煤機(jī)出口溫度為50～58℃。技術(shù)投入使用后，在100%THA工況下，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫為320～330℃，磨煤機(jī)出口溫度可以控制到63～70℃范圍[9]。磨煤機(jī)內(nèi)部溫度升高，使得煤粉氣流濕度降低，機(jī)組出力大幅升高，在最近一次磨煤機(jī)干燥出力試驗(yàn)中可以滿足50 t/h的出力。同時(shí)，磨煤機(jī)內(nèi)部運(yùn)行工況的改變，使得磨煤機(jī)的液壓加載力可以設(shè)定得更低，入口風(fēng)量也可大幅下降，進(jìn)而減少磨煤機(jī)內(nèi)部磨損，降低磨煤機(jī)故障率。磨煤機(jī)干燥出力裝置投運(yùn)前后磨煤機(jī)出口平均溫度對比如表2所示。

3.2? 對進(jìn)汽溫度、給水溫度、疏水性能等的影響

在磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)投入使用后，機(jī)組三段抽汽經(jīng)過新加裝管道及加熱器，在對熱一次風(fēng)進(jìn)行加熱之后，再引回三號高壓加熱器入口，使得三號高壓加熱器入口的進(jìn)汽溫度大幅下降，蒸汽溫度較之前下降130℃左右。經(jīng)試驗(yàn)，在100%THA工況下，進(jìn)汽溫度可由495℃下降至365℃左右。溫度的降低為設(shè)備的安全運(yùn)行提供了保障，近2年運(yùn)行當(dāng)中，三號高壓加熱器未發(fā)生過泄漏事件，在機(jī)組檢修期對換熱管進(jìn)行檢查，也未發(fā)現(xiàn)變形變薄現(xiàn)象。但是，抽汽管道的改造，對機(jī)組給水系統(tǒng)運(yùn)行工況帶來了一定的影響。三號高壓加熱器進(jìn)汽在經(jīng)歷一系列長管道及加熱器后，壓力下降0.3 MPa左右，導(dǎo)致三號高壓加熱器疏水調(diào)門增開5%左右;同時(shí)，三號高壓加熱器出口給水溫度下降7℃左右，進(jìn)而影響了鍋爐給水溫度，使鍋爐上水溫度較之前下降4℃左右。

3.3? 對一次風(fēng)壓的影響

既然兩臺磨煤機(jī)干燥出力加熱器分別安裝在熱一次風(fēng)管道左、右側(cè)風(fēng)道處，那么一次風(fēng)道阻力必然會(huì)增加。通過安裝在磨煤機(jī)干燥出力加熱器出入口的差壓測點(diǎn)可知，在100%THA工況下，差壓能夠達(dá)到900 Pa左右，導(dǎo)致磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓下降0.1 kPa左右;在50%THA工況下，磨煤機(jī)干燥出力加熱器出入口差壓能夠達(dá)到180 Pa左右。磨煤機(jī)入口壓力的下降，影響了磨煤機(jī)正常運(yùn)行，不得不增加一次風(fēng)母管壓力，但磨煤機(jī)內(nèi)部溫度的升高又使得內(nèi)部風(fēng)壓需求有所降低。經(jīng)過2年的運(yùn)行觀察，使一次風(fēng)機(jī)電流較之前增加3 A左右，即可滿足磨煤機(jī)正常出力的要求。磨煤機(jī)干燥出力裝置投運(yùn)后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

3.4? 對機(jī)組再熱汽溫的影響

通過對以往數(shù)據(jù)的收集可以看到，為防止三號高壓加熱器超溫泄漏，機(jī)組主、再熱器溫度長期受限，在100%THA工況下，再熱汽溫一般維持在550℃左右，在事故減溫水全開的情況下，甚至需要將主汽溫壓低至540℃左右。在磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)投入使用后，再熱汽溫不再受限，在100%THA工況下，再熱汽溫可以達(dá)到額定再熱汽溫566℃左右，為提高主汽溫度，甚至可以一度將再熱汽溫控制在570℃。主、再熱器溫度的提升，為機(jī)組運(yùn)行帶來了極大的經(jīng)濟(jì)收益。

4? 綜合評估

通過磨煤機(jī)干燥出力的應(yīng)用，不僅改善了燃燒系統(tǒng)相關(guān)的工況更是使得磨煤機(jī)單耗有了大幅度的降低[10]。為此，收集了2016年兩臺機(jī)組未加裝磨煤機(jī)干燥出力時(shí)的數(shù)據(jù)，以及2018年10月，1號機(jī)組加裝磨煤機(jī)干燥出力、2號機(jī)組未加裝磨煤機(jī)干燥出力的數(shù)據(jù)，進(jìn)行對比，如表4和表5所示。

通過數(shù)據(jù)分析可以得知，兩臺機(jī)組在2016年的磨煤機(jī)平均單耗均為8.40 kWh/t。2018年，1號機(jī)組經(jīng)過技術(shù)改造后單耗降至6.73 kWh/t，2號機(jī)組的單耗增長至10.04 kWh/t，表明技術(shù)改造可降耗約33.0%。在此期間內(nèi)磨煤機(jī)無其他重大技改項(xiàng)目，因此磨煤機(jī)干燥出力的應(yīng)用所帶來的降耗效果是顯而易見的。

5? 結(jié)束語

磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)的提出和應(yīng)用，一方面滿足了磨煤機(jī)的出力工況要求，另一方面提高了高壓加熱器的運(yùn)行可靠性。首先，磨煤機(jī)運(yùn)行工況大幅改善，大幅度地提高了磨煤機(jī)的出口溫度，降低了磨煤機(jī)的單耗。其次，機(jī)組三段抽汽的使用，又降低了三號高壓加熱器的入口溫度，提高了三號高壓加熱器的使用安全性。

技術(shù)改造后，雖然在機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該技術(shù)對給水溫度、一次風(fēng)壓、疏水性能等帶來了一定的影響，但2年的運(yùn)行觀察綜合表明，這些方面對機(jī)組運(yùn)行調(diào)整帶來的影響在合理范圍內(nèi)，完全不影響對應(yīng)用需求的滿足。因此總體而言，磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)應(yīng)用較為成功，值得在同行業(yè)中推廣應(yīng)用。

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作者簡介：

賈文飛，通信作者，男，本科，熱動(dòng)工程師。自2011年畢業(yè)后一直從事350 MW超臨界供熱機(jī)組運(yùn)行調(diào)整工作，目前已有近10年工作經(jīng)驗(yàn)，對超臨界機(jī)組特性掌握牢靠，同時(shí)對熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目熟知，熟悉超臨界直流鍋爐特性。此次研究成果為對磨煤機(jī)干燥出力技術(shù)進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)而得。

E-mail： kbsjiawenfei@163.com

（收稿日期：2020-10-09）