300 MW“W”型火焰燃煤鍋爐制粉單耗優(yōu)化研究

劉建航，石賢捷，張樹(shù)同，李 琳

（國(guó)電菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

節(jié)能降耗是當(dāng)前火力發(fā)電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)面臨的當(dāng)務(wù)之急?；鹆Πl(fā)電廠輔機(jī)電耗約占其發(fā)電量的5%～9%，對(duì)于300 MW機(jī)組可達(dá)到20 MW，而磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)單耗又是其中重要一項(xiàng)［1］。因此，降低制粉單耗是火力發(fā)電廠提高經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑之一。通過(guò)分析造成鍋爐制粉單耗升高的主要因素，研究和優(yōu)化運(yùn)行方案，減少制粉系統(tǒng)耗電量，提高鍋爐燃燒效率，節(jié)約能源資源。

菏澤發(fā)電公司4號(hào)機(jī)組為英國(guó)MitsuiBabcock（簡(jiǎn)稱(chēng)MBEL）公司生產(chǎn)的300 MW “W”火焰燃燒方式鍋爐。鍋爐為單爐膛、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐，蒸發(fā)量為1 025 t／h。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為85%無(wú)煙煤及15%半無(wú)煙煤，鍋爐燃燒系統(tǒng)由制粉及分離裝置、燃燒器及噴口、風(fēng)煙系統(tǒng)及輔機(jī)、爐膛及燃燒室等組成。爐膛前后兩側(cè)爐拱處各布置了3組直流垂直下射狹縫式燃燒器，分組布置在前后爐拱上，三次風(fēng)從前后墻下部引入。在爐膛后墻爐底處設(shè)置了爐底注入熱風(fēng)，用以負(fù)荷改變時(shí)調(diào)整再熱汽溫。鍋爐制粉系統(tǒng)由6臺(tái)皮帶秤重式給煤機(jī)、3臺(tái)雙進(jìn)雙出滾筒式磨煤機(jī)及分離器、旁路風(fēng)等組成，每臺(tái)磨煤機(jī)的一端分別對(duì)應(yīng)一組燃燒器。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

制粉單耗是指制粉系統(tǒng)（包括磨煤機(jī)、給煤機(jī)、一次風(fēng)機(jī)）所消耗的電量占機(jī)組發(fā)電量的比例［2］。2017年1月以來(lái)，鍋爐制粉單耗指標(biāo)明顯變差，跟蹤分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐2017年1—3月制粉單耗指標(biāo) %

由其中，2017年3月份制粉單耗明顯較低是由于冬季供暖季結(jié)束，工業(yè)供氣量減少。得出2017年1—3月份4號(hào)鍋爐制粉單耗平均率1.451%，制粉單耗指標(biāo)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及公司標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

2 原因分析

2.1 煤質(zhì)

由于煤源緊張，進(jìn)煤渠道多，入廠煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有所下降，嚴(yán)重影響磨煤機(jī)制粉單耗。

燃料配混煤不充分，煤質(zhì)變化快，入爐煤質(zhì)無(wú)法保證在設(shè)計(jì)煤種，給運(yùn)行調(diào)整帶來(lái)一定難度。

原煤中含有木塊、鐵皮等雜物，可能堵塞制粉系統(tǒng)，造成系統(tǒng)通風(fēng)量減小，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞磨煤機(jī)，制粉電耗也隨之增加。

原煤可磨性系數(shù)較低時(shí)，磨制阻力較大，制粉單耗隨之升高。

原煤水分含量高，一方面磨煤機(jī)干燥出力降低，同時(shí)容易造成原煤倉(cāng)蓬煤、磨煤機(jī)出口堵煤發(fā)生，嚴(yán)重降低磨煤機(jī)出力。

2.2 磨煤機(jī)料位

由于AGC負(fù)荷控制投入，鍋爐工況變化較快，磨煤機(jī)料位難以在任何工況下保持最佳位置，影響制粉單耗。

磨煤機(jī)料位動(dòng)態(tài)穩(wěn)定需要一個(gè)過(guò)程，這也是制粉單耗高的一個(gè)重要原因。

2.3 設(shè)備可靠性

制粉系統(tǒng)漏風(fēng)，造成制粉系統(tǒng)干燥出力下降；同時(shí)降低熱風(fēng)的帶粉能力，制粉效率明顯下降，造成制粉系統(tǒng)耗電量增加。

磨煤機(jī)襯瓦的磨損對(duì)磨煤出力會(huì)有很大的影響，波浪形襯瓦磨損加劇，其附著系數(shù)降低，對(duì)鋼球的提升高度減少，因而使磨煤機(jī)的研磨出力也就降低。

磨煤機(jī)密封圈性能差，磨煤機(jī)料位達(dá)不到最佳料位即出現(xiàn)漏粉現(xiàn)象，不僅污染了環(huán)境，也限制了磨煤機(jī)出力。

2.4 鋼球裝載量及配比

如果鋼球量太少，對(duì)煤的研磨能力作用太小，出粉率低，增加電耗，但當(dāng)鋼球裝載量超過(guò)最佳值后其磨煤機(jī)出力的增加要小于磨煤機(jī)功率消耗的增加，磨煤機(jī)電耗反而升高。

規(guī)格不同的鋼球在磨煤機(jī)內(nèi)的提升高度不一樣，其撞擊力也就不同。因此，磨煤機(jī)大小鋼球配比不合適也直接影響磨煤機(jī)出力和電能消耗［3］。

2.5 粗粉分離器擋板調(diào)整

磨煤機(jī)粗粉分離器調(diào)節(jié)擋板不合適，煤粉過(guò)細(xì)限制了制粉系統(tǒng)出力。

長(zhǎng)期運(yùn)行后，分離器調(diào)節(jié)擋板磨損嚴(yán)重，煤粉細(xì)度發(fā)生改變相應(yīng)調(diào)整不及時(shí)，致使煤粉中含有大量顆粒不著火，機(jī)組發(fā)電量減少。

2.6 節(jié)能措施執(zhí)行

煤質(zhì)較好情況下，機(jī)組負(fù)荷低于230 MW時(shí)停止一臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行措施執(zhí)行力度不夠。特別是低負(fù)荷情況下，磨煤機(jī)未保持最經(jīng)濟(jì)出力運(yùn)行方式。

3 對(duì)策研究

3.1 嚴(yán)格控制入廠煤和入爐煤

加強(qiáng)燃煤管理監(jiān)督和燃煤摻配工作，做到科學(xué)配煤，確保入爐煤質(zhì)合乎要求。加強(qiáng)煤質(zhì)化驗(yàn)工作，及時(shí)了解燃料入爐煤情況，運(yùn)行人員根據(jù)煤質(zhì)變化，及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整。在運(yùn)行中必須及時(shí)清理木塊木塊、鐵皮等雜物，防止由于雜物多堵塞制粉系統(tǒng)，造成系統(tǒng)通風(fēng)量減小，甚至堵塞磨煤機(jī)，造成制粉電耗增加。保持原煤的干燥程度，防止原煤倉(cāng)蓬煤、磨煤機(jī)出口堵煤發(fā)生。當(dāng)煤濕造成給煤機(jī)出口堵煤時(shí)，及時(shí)停磨處理。遇有劣質(zhì)煤時(shí)，不可強(qiáng)帶負(fù)荷，應(yīng)多觀察燃燒情況，發(fā)現(xiàn)燃燒不穩(wěn)、火檢強(qiáng)度低、火檢強(qiáng)度變化幅度大、爐膛火焰發(fā)暗、爐膛負(fù)壓波動(dòng)大等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即投油穩(wěn)燃。

3.2 保證磨煤機(jī)料位在最佳位置

4號(hào)機(jī)組“AGC”負(fù)荷控制模式投入為正常方式，“O”模式下因?yàn)楦欂?fù)荷曲線，還能夠預(yù)測(cè)負(fù)荷變化趨勢(shì)，特別是“R”模式跟蹤電網(wǎng)頻率改變負(fù)荷，負(fù)荷很難預(yù)測(cè)，這就對(duì)運(yùn)行人員在多變工況下時(shí)刻保證磨煤機(jī)料位保持在最佳料位提出了更高要求。應(yīng)根據(jù)磨煤機(jī)料位指示、磨煤機(jī)電流、磨煤機(jī)出口溫度、一次風(fēng)壓、密封風(fēng)差壓及就地聲音綜合判斷磨煤機(jī)料位，并不斷積累運(yùn)行調(diào)整經(jīng)驗(yàn)。

磨煤機(jī)料位過(guò)高、過(guò)低都影響制粉系統(tǒng)出力，造成制粉單耗升高。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整，始終保持最經(jīng)濟(jì)磨煤機(jī)料位。

隨著煤量的增加，磨煤機(jī)電流不斷升高，當(dāng)煤量達(dá)一定程度時(shí)，磨煤機(jī)隨煤量增加電流反而下降，電流剛下降時(shí)的料位即為最佳料位；當(dāng)磨煤機(jī)料位較高時(shí)，就地聲音較沉悶，料位較低時(shí)，聲音較刺耳；料位過(guò)高時(shí)，磨煤機(jī)電流及出口溫度急劇下降，出現(xiàn)以上情況及時(shí)調(diào)整。

根據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓及密封風(fēng)差壓判斷料位；進(jìn)出口差壓降低，密封風(fēng)差壓減小時(shí)，料位有可能過(guò)高，要及時(shí)調(diào)整。煤質(zhì)不變時(shí)，機(jī)組負(fù)荷與一次風(fēng)壓有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果一次壓過(guò)高，則料位過(guò)低。

3.3 確定鋼球最佳裝載量及配比

磨煤機(jī)內(nèi)鋼球的大小，裝載量及大小鋼球的比例會(huì)直接影響煤粉的研磨和研碎能力；如果鋼球量太少，對(duì)煤的研磨能力作用太小，出粉率低，增加電耗；但當(dāng)鋼球裝載量超過(guò)最佳值后其磨煤機(jī)出力的增加要小于磨煤機(jī)功率消耗的增加，電耗反而升高。通過(guò)試驗(yàn)得出：鍋爐A和C磨煤機(jī)電流低于120 A時(shí)及時(shí)補(bǔ)加新鋼球；4號(hào)爐B磨進(jìn)行鋼球優(yōu)化級(jí)配，維持電流110 A左右，保持磨煤機(jī)最經(jīng)濟(jì)出力運(yùn)行。

鍋爐A和C磨煤機(jī)選用鋼球直徑為25 mm、40 mm、50mm、60 mm 的鋼球，按 35%、29%、21%、15%比例加入磨煤機(jī)，φ25 mm鋼球主要對(duì)細(xì)粉進(jìn)行研磨，填充間隙，φ40 mm鋼球主要對(duì)稍粗煤粉進(jìn)行研磨，φ50 mm鋼球?qū)^粗煤粉的研磨性能較好，φ60 mm鋼球主要起著粗研、擠壓和撞擊的作用。運(yùn)行中根據(jù)煤質(zhì)變化適當(dāng)微調(diào)，鋼球磨損速度大大降低，保證了制粉出力［4］。隨著磨運(yùn)行時(shí)間的推移，鋼球會(huì)磨損。磨煤機(jī)一般運(yùn)行2 000～3 000 h后，應(yīng)篩選滾筒內(nèi)不合格的鋼球，通常鋼球磨損超過(guò)40%即可視為不合格。

3.4 調(diào)整粗粉分離器擋板

煤粉細(xì)度與燃燒工況有很大的關(guān)系，煤粉越細(xì)，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒雖然充分，但制粉單耗就越高；煤粉越粗，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒會(huì)越不完全，一部分煤粉顆粒未用于發(fā)電，同樣造成制粉單耗高。因此，要對(duì)各個(gè)工況下有關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，不斷摸索最經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

經(jīng)過(guò)多次調(diào)整試驗(yàn)［5］，調(diào)整各磨煤機(jī)粗粉分離器擋板位置，使各擋板位置統(tǒng)一，使煤粉細(xì)度和均勻性合格。目前，4號(hào)爐A磨已調(diào)整好擋板位置在M-105位置，B磨在M-0.55位置，C磨在M-0.48位置，制粉單耗得到明細(xì)改善。

3.5 提高設(shè)備運(yùn)行可靠性

定期檢查襯瓦的磨損情況，當(dāng)襯瓦的凸峰磨損達(dá)到2／3時(shí)，或發(fā)現(xiàn)有脫落現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)更換襯瓦。

加強(qiáng)一次風(fēng)機(jī)變頻器模塊監(jiān)督，避免一次風(fēng)機(jī)變頻器模塊經(jīng)常損壞，一次風(fēng)機(jī)被迫改工頻運(yùn)行，致使耗電率增加。

當(dāng)機(jī)組AGC投“O模式”，若可預(yù)見(jiàn)的負(fù)荷曲線長(zhǎng)時(shí)間較低（2 h以上）、負(fù)荷在230 MW以下、煤質(zhì)較好、在滿足機(jī)組負(fù)荷和保證安全穩(wěn)定的前提下，停運(yùn)一臺(tái)磨，保持磨煤機(jī)最經(jīng)濟(jì)出力運(yùn)行［6］。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

通過(guò)一系列的運(yùn)行調(diào)整和優(yōu)化研究，對(duì)4號(hào)爐制粉單耗進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 4號(hào)鍋爐2018年1—3月制粉單耗指標(biāo) %

與表1相比較，經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整后單月較同期制粉單耗均降低，取得了一定的效果。同時(shí)，從表2中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出：2018年1—3月份4號(hào)爐制粉單耗平均完成1.417%，同比2017年1—3月份平均降低0.034%。

2018年二期3～4號(hào)機(jī)組計(jì)劃發(fā)電量按33億kWh計(jì)算，這樣2018年全年將節(jié)約電量為：1 122 000 kWh。電價(jià)按0.38元/kWh計(jì)算，則二期全年節(jié)約費(fèi)用為426 360元。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)磨煤機(jī)制粉單耗研究發(fā)現(xiàn)，可以采取優(yōu)化入爐煤質(zhì)、運(yùn)行措施調(diào)整以及適當(dāng)控制鋼球比例等具體措施可以在一定程度上降低機(jī)組耗電率。通過(guò)制定具體的對(duì)策與優(yōu)化措施實(shí)施后，鍋爐制粉系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，既降低了廠用電率，又使得鍋爐穩(wěn)定燃燒性能大大提高，具有很大的應(yīng)用參考價(jià)值。同時(shí)，仍需對(duì)其進(jìn)一步研究，進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化改造、技術(shù)升級(jí)和合理運(yùn)行操作，在更大程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)組的節(jié)能降耗。