660MW機(jī)組制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

河北邯峰發(fā)電有限責(zé)任公司 鄒加文 武 森 楊會(huì)彬 彭澤勝 呂俊鵬

近年來，隨著能源革命和電力體制改革的深化，節(jié)能降耗已成為提高火電企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路[1]。影響火電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的因素主要與主機(jī)設(shè)備和輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，或性能指標(biāo)有關(guān)[2]。制粉系統(tǒng)作為火力發(fā)電廠的重要組成部分，其所消耗的電量占鍋爐側(cè)耗電率的一半[3]。為適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)，某電廠進(jìn)行了影響制粉系統(tǒng)耗電率的因素分析，包括磨煤機(jī)襯板情況、鋼球配比、煤位控制、組合方式等，根據(jù)當(dāng)前制粉系統(tǒng)設(shè)備情況，以及電力市場(chǎng)情況做出優(yōu)化調(diào)整。可有效提高鍋爐效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，提高電廠核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠一期工程安裝有2臺(tái)660MW 汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為Foster Wheeler 公司制造。每臺(tái)鍋爐配備2臺(tái)L4N2214-1.0SBV6T 變頻離心式一次風(fēng)機(jī)，6臺(tái)D-12-D 雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)燃用50%無煙煤，50%貧煤，磨煤機(jī)設(shè)計(jì)出力52.164t/h。

某發(fā)電廠2臺(tái)660MW 機(jī)組自1998年投產(chǎn)以來，已經(jīng)運(yùn)行了將近25年，但隨著時(shí)間的推移，制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能下降、設(shè)備老化等原因，使得制粉系統(tǒng)耗電率高居不下，目前電力市場(chǎng)變化、煤炭市場(chǎng)變化造成火電成本顯著升高，降低制粉系統(tǒng)耗電率，降低廠用電率對(duì)提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有著重要意義。

2 制粉系統(tǒng)耗電率高原因

火力發(fā)電廠普遍存在鍋爐制粉耗電偏高的問題，制粉系統(tǒng)耗電率與磨煤機(jī)、一次風(fēng)機(jī)出力直接相關(guān)。制粉系統(tǒng)耗電率升高表現(xiàn)為磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)多、一次風(fēng)壓高、磨煤機(jī)出力下降、襯板磨損等方面，為找出影響制粉系統(tǒng)出力原因，通過分析和調(diào)整影響制粉系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)情況，解決制粉系統(tǒng)耗電率高的問題。

2.1 磨煤機(jī)煤位影響

一是磨煤機(jī)煤位過高，煤與煤之間的摩擦接觸增多，煤不能被鋼球充分擊打和擠壓，就被風(fēng)帶走，從磨出來的粗煤粉在分離器處重新回到磨煤機(jī)內(nèi)部，循環(huán)負(fù)荷增加，二次研磨比例增多，耗電增加；磨煤機(jī)內(nèi)的通風(fēng)面積會(huì)減小，加上煤量的增加，磨煤機(jī)的干燥出力會(huì)明顯下降，磨煤機(jī)的出口溫度會(huì)降低，加上煤粉顆粒的增大會(huì)影響到燃燒的穩(wěn)定性和安全性。

二是磨煤機(jī)煤位過低，在機(jī)組負(fù)荷較高的情況下，磨煤機(jī)內(nèi)的通風(fēng)量過大，煤粉在磨內(nèi)停留的時(shí)間過短，導(dǎo)致煤粉過粗；磨煤機(jī)內(nèi)的存煤量減少，磨煤機(jī)的出力變小，影響機(jī)組帶負(fù)荷；由于鋼球之間的煤量過少，原本用于鋼球、襯板與煤之間擠壓、碰撞、摩擦的能量，過多消耗在鋼球與鋼球、鋼球與襯板之間的碰撞和摩擦，使鋼球和襯板的磨損直線上升，設(shè)備損壞增加。

2.2 磨煤機(jī)煤粉細(xì)度影響

煤粉越細(xì)越能夠完全燃燒但同時(shí)制粉耗電量增大。因此，在鍋爐設(shè)備運(yùn)行中必須選擇適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度，使兩者的損失最小，則是最佳煤粉細(xì)度。影響煤粉細(xì)度的因素有燃料的燃燒特性、磨煤機(jī)及分離器的性能和燃燒方式。

2.3 磨煤機(jī)鋼球加載量的影響

磨煤機(jī)存在最佳裝載量，磨煤機(jī)鋼球裝載量越大磨煤機(jī)出力相對(duì)越大，但當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量后，磨煤機(jī)電流明顯增加，但是出力不變，繼續(xù)添加鋼球后，鋼球有效落下高度減少后，撞擊作用減弱，出力降低；鋼球裝載量越少，磨煤機(jī)出力越低，但是電流也會(huì)下降，須根據(jù)磨煤機(jī)出力及時(shí)調(diào)整鋼球裝載量。

2.4 制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式影響

在制粉系統(tǒng)運(yùn)行中，需要平衡磨煤風(fēng)量、干燥風(fēng)量及一次風(fēng)量[4]。制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式影響主要體現(xiàn)在，每一套制粉系統(tǒng)是否在最佳方式下運(yùn)行，通風(fēng)出力是否最佳，以及磨煤機(jī)啟停時(shí)機(jī)的影響，需要綜合考慮磨煤機(jī)耗電率與一次風(fēng)機(jī)耗電率，做好平衡，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

2.5 磨煤機(jī)設(shè)備情況影響

磨煤機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，襯板磨損對(duì)磨煤機(jī)出力影響較大，如襯板磨損嚴(yán)重，將使鋼球被帶起高度和數(shù)量受到影響，直接影響煤粉被碾磨情況，影響磨煤機(jī)出力，因此襯板改造也是有效措施。

2.6 磨煤機(jī)出口溫度影響

干燥出力作為影響磨煤機(jī)出力的三大因素之一，主要受磨煤機(jī)出口溫度影響。磨煤機(jī)出口溫度高干燥出力高，但是應(yīng)充分考慮磨煤機(jī)防爆，根據(jù)DL/T 5145-2012火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定，磨煤機(jī)出口溫度的控制應(yīng)嚴(yán)格按照入爐煤揮發(fā)分來確定，因此出口溫度上限已確定，關(guān)鍵在于如何使磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到上限值。

3 優(yōu)化措施

3.1 磨煤機(jī)煤位優(yōu)化

采用單一變量試驗(yàn)，保持磨煤機(jī)通風(fēng)量約20kg/s 不變，通過改變磨煤機(jī)煤位，計(jì)算最佳煤位。將磨煤機(jī)煤位分別設(shè)置為25mm H2O、30mm H2O、35mm H2O、40mm H2O，待煤位穩(wěn)定后，統(tǒng)計(jì)磨煤機(jī)出力，經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磨煤機(jī)煤位35mmH2O時(shí)磨煤機(jī)出力最大，如圖1所示，判斷為磨煤機(jī)煤位為35mm H2O 時(shí)，出力最大，統(tǒng)一將磨煤機(jī)煤位設(shè)定為35mm H2O。

圖1 不同煤位磨煤機(jī)出力情況

3.2 磨煤機(jī)煤粉細(xì)度優(yōu)化

對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度試驗(yàn)，通過改變分離器擋板開度，改變磨煤機(jī)煤粉細(xì)度，對(duì)不同煤粉細(xì)度下飛灰含碳量對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度R90=8-10%時(shí)，飛灰含碳量4%左右，達(dá)到優(yōu)秀兩型企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 磨煤機(jī)鋼球加載量?jī)?yōu)化

磨煤機(jī)最佳裝載量時(shí)磨煤機(jī)效率最高，但不一定是制粉系統(tǒng)耗電率最低運(yùn)行方式，最佳加載量只是在制粉系統(tǒng)滿出力時(shí)最經(jīng)濟(jì)，如磨煤機(jī)無法達(dá)到滿出力，耗電率影響較大，因此可以充分利用達(dá)到最佳裝載量前，鋼球與出力成簡(jiǎn)單正比關(guān)系，人為控制磨煤機(jī)出力和電流，制造大出力磨及小出力磨組合配合負(fù)荷情況，達(dá)到制粉系統(tǒng)耗電率最佳情況。

對(duì)2022年4月全月負(fù)荷段分布進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，如圖2所示負(fù)荷分布統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)全月每天430MW負(fù)荷以下10～15h，430～530MW 負(fù)荷5～10h。

圖2 負(fù)荷分布統(tǒng)計(jì)

根據(jù)負(fù)荷以及當(dāng)前入爐煤熱值，430MW 負(fù)荷需要入爐煤量190t，530MW 負(fù)荷需要入爐煤量230t，目前各磨煤機(jī)出力及電流情況見表1。

表1 磨煤機(jī)出力電流表

根據(jù)磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，選用A、C、D 磨作為大出力磨，保持最佳裝載量，B、E、F 磨作為低于最佳裝載量的小電流小出力磨，4臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)C、D、E、F 磨運(yùn)行，C、D 磨帶負(fù)荷，E、F 小電流小出力磨用來降低制粉耗電率；B 磨作為第5臺(tái)磨使用，A 磨作為第6臺(tái)磨帶滿負(fù)荷使用。通過磨煤機(jī)鋼球裝置量調(diào)整后，磨煤機(jī)電流出力情況見表2。

表2 磨煤機(jī)出力電流表

磨煤機(jī)鋼球裝載量調(diào)整后，全負(fù)荷段均可實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)耗電率下降，負(fù)荷分布發(fā)生變化只須對(duì)未達(dá)到最佳裝載量磨煤機(jī)添加鋼球即可。

3.4 制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化

一是確定磨煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，4臺(tái)磨運(yùn)行一次風(fēng)壓8kPa 時(shí)一次風(fēng)機(jī)電流85A 左右，一次風(fēng)壓9.5kPa時(shí)135A 左右，綜合考慮高一次風(fēng)壓對(duì)燃燒的影響，考慮每天負(fù)荷400～420MW 之間時(shí)間不超過4h，制定啟第5臺(tái)磨時(shí)機(jī)，負(fù)荷420MW 以下保持4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，一次風(fēng)壓高于9.5kPa 時(shí)，啟動(dòng)第5臺(tái)磨，負(fù)荷高于480MW，一次風(fēng)壓高于9.5kPa 時(shí)，啟動(dòng)第6臺(tái)磨，負(fù)荷下降至520MW，一次風(fēng)壓小于8.5kPa 停運(yùn)第6臺(tái)磨，負(fù)荷下降至450MW，一次風(fēng)壓小于8.5kPa，停運(yùn)第5臺(tái)磨。

二是正常運(yùn)行期間一次風(fēng)壓盡量控制8kPa 左右，磨煤機(jī)總風(fēng)門開度大于60%，一次風(fēng)壓高于8.5kPa 時(shí)，不進(jìn)行切除磨煤機(jī)燃燒器運(yùn)行。

3.5 磨煤機(jī)設(shè)備技改

該電廠對(duì)C 磨煤機(jī)進(jìn)行更換襯板和調(diào)整鋼球最佳配比改造，將襯板改造為雙曲波襯板，改進(jìn)襯板材質(zhì)為更耐磨高硬度的鑄鋼材質(zhì)。改造后電流下降，出力升高，如圖3所示C 磨改造前后對(duì)比。

圖3 C 磨改造前后對(duì)比

3.6 磨煤機(jī)出口溫度提升

磨煤機(jī)出口溫度低有兩種情況，一種為兩端溫度偏差大，為控制高點(diǎn)不超溫，低點(diǎn)溫度將偏低；另一種為低負(fù)荷一次風(fēng)溫低時(shí)磨煤機(jī)出口溫度低。為解決此問題，利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行徹底檢查，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)出口溫度偏差大主要為給煤機(jī)稱重存在偏差、磨煤機(jī)分離器處下煤管破損、磨煤機(jī)分離開度不一致。磨煤機(jī)出口溫度整體低原因?yàn)槔滹L(fēng)門磨損、變形、零位失準(zhǔn)。解決上述問題后，磨煤機(jī)出口溫度均能達(dá)到上限。

4 優(yōu)化后效果

通過以上措施的實(shí)施，某發(fā)電廠制粉系統(tǒng)耗電率明顯降低，2022年2臺(tái)機(jī)制粉系統(tǒng)耗電率分別為1.49%、1.42%，較2021年分別下降0.11%、0.08%。2022年全年發(fā)電量57.73億kWh，按照上網(wǎng)電價(jià)均價(jià)0.483元/kWh，通過制粉系統(tǒng)耗電率節(jié)能優(yōu)化節(jié)約發(fā)電成本263萬元。

5 結(jié)語(yǔ)

制粉系統(tǒng)能夠得以高效經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，直接影響著大型火力發(fā)電廠的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。本文對(duì)某電廠雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在的問題進(jìn)行了分析，可見磨煤機(jī)煤位、磨煤機(jī)煤粉細(xì)度、鋼球裝載量、運(yùn)行方式，以及設(shè)備磨損等方面對(duì)制粉系統(tǒng)耗電率影響較大。根據(jù)火電廠實(shí)際情況分析優(yōu)化制粉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，收益可觀，在火電轉(zhuǎn)型期間，制粉系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化，降低電廠發(fā)電成本勢(shì)在必行。