1000MW對(duì)沖燃燒鍋爐制粉系統(tǒng) 電源配置的改造

楊 帆 郭建仙

（1.神華（福建）能源有限責(zé)任公司，福州 350500； 2.神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 石獅 362712）

目前，大型火力發(fā)電廠的廠用電高壓段一般配置兩段母線，磨煤機(jī)平均分配在兩段母線上[1-4]。當(dāng)某段母線發(fā)生故障失電時(shí)，將導(dǎo)致一半的磨煤機(jī)跳閘，這將嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全。在這種情況下，如何合理配置磨煤機(jī)的電源，使得部分磨煤機(jī)跳閘情況下，仍然能夠維持鍋爐燃燒穩(wěn)定，不發(fā)生MFT事故是十分重要的[5]。本文結(jié)合某電廠超超臨界對(duì)沖燃燒鍋爐的制粉系統(tǒng)電源配置的改進(jìn)，探討了不同電源配置方案對(duì)機(jī)組安全性的影響。

1 概述

某電廠兩臺(tái)1000MW 超超臨界機(jī)組于2014年基建調(diào)試。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的型直流爐。采用中速磨一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，系統(tǒng)配置6 臺(tái)中速磨煤機(jī)，燃用設(shè)計(jì)煤種和校核煤種I 時(shí)，5 臺(tái)運(yùn)行，1 臺(tái)備用，燃用校核煤種II 時(shí)，6 臺(tái)運(yùn)行。設(shè)計(jì)煤種、校核煤種 I 按神華煙煤考慮，校核煤種 II 按晉北煙煤 考慮。

廠用電接線圖如圖1所示，廠用電電源設(shè)6kV和0.4kV 兩級(jí)電壓。發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過(guò)高廠變分別接廠用6kV 工作A 段和廠用6kV 工作B 段。磨煤機(jī)電源分別接至6kV A、B 段。6kV A、B 段下設(shè)0.4kV汽機(jī)、鍋爐動(dòng)力中心（PC）A、B 段，PC 段下設(shè)鍋爐電動(dòng)機(jī)負(fù)荷中心（MCC）A、B 段。0.4kV 給煤機(jī)電機(jī)電源分別取自電動(dòng)機(jī)負(fù)荷中心（MCC）A、B 段。

圖1 廠用電接線示意

2 制粉系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)存在的安全隱患

2.1 磨煤機(jī)

某電廠3、4 號(hào)機(jī)組每臺(tái)鍋爐設(shè)置6 臺(tái)中速磨煤機(jī)，與鍋爐燃燒器相匹配，每個(gè)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一層燃燒器。鍋爐本體燃燒器采用前后墻對(duì)沖布置：前墻從下到上為A、B、C 層；后墻從下到上為D、E、F 層。在機(jī)組起動(dòng)及正常運(yùn)行中，磨煤機(jī)起動(dòng)順序：A→D→B（E）→E（B）→C（F），在機(jī)組80%負(fù)荷（800MW）以下時(shí)，正常情況保持A、B、D、E磨煤機(jī)運(yùn)行，即保證兩層對(duì)沖燃燒，80%以上負(fù)荷再起動(dòng)C 磨或F 磨。機(jī)組大多數(shù)工況下保持A、B、D、E 磨煤機(jī)或其中的1 到3 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的磨煤機(jī)動(dòng)力電源接線圖：6 臺(tái)磨煤機(jī)動(dòng)力電源采用兩路電源供應(yīng)，其中A、B、D 磨煤機(jī)接入A 段電源；C、E、F 磨煤機(jī)接入B 段電源，具體如圖2所示。

圖2 原設(shè)計(jì)磨煤機(jī)動(dòng)力電源接線

磨煤機(jī)電源的這種接線方式存在嚴(yán)重的安全隱患。在正常運(yùn)行中，多數(shù)時(shí)間保持下層4 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，即A、B、D、E 層燃燒器運(yùn)行（可帶80%負(fù)荷）。當(dāng)6kV 廠用A 段母線故障跳閘時(shí)，A、B、D磨煤機(jī)將同時(shí)失去電源發(fā)生跳閘，僅剩E 磨運(yùn)行，這直接影響到鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，將導(dǎo)致燃燒工況急劇惡化，易發(fā)生鍋爐MFT，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2.2 給煤機(jī)

與磨煤機(jī)配套使用的6 臺(tái)給煤機(jī)電源為0.4kV，分別接入兩段0.4kV 鍋爐MCC 母線，接線方式類似于磨煤機(jī)：A、B、D 給煤機(jī)接入鍋爐MCC A 段母線，C、E、F 給煤機(jī)接入鍋爐MCC B 段母線。因此，給煤機(jī)電源接線存在和磨煤機(jī)一樣的隱患。

3 不同磨煤機(jī)電源改造方案的比較

通過(guò)上述分析，有必要對(duì)磨煤機(jī)的電源接線方案進(jìn)行改進(jìn)，最大限度降低3 臺(tái)磨煤機(jī)（3 層燃燒器）跳閘對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響。

3.1 磨煤機(jī)電源配置改進(jìn)方案

方案一

六臺(tái)磨煤機(jī)A、E、C 磨煤機(jī)接入A 段母線，B、D、F 磨煤機(jī)接入B 段母線，如圖3所示。

圖3 方案一

方案二

六臺(tái)磨煤機(jī)A、B、E 磨煤機(jī)接入A 段母線，C、D、F 磨煤機(jī)接入B 段母線，如圖4所示。

圖4 方案二

方案三

六臺(tái)磨煤機(jī)A、B、E 磨煤機(jī)接入A 段母線，C、D、F 磨煤機(jī)接入B 段母線，如圖5所示。

圖5 方案三

3.2 三種方案下機(jī)組穩(wěn)定性比較分析

方案一：正常運(yùn)行方式下（A、B、D、E 層運(yùn)行，帶80%負(fù)荷），任意一段故障母線失電，制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)只剩下A、E 或B、D 運(yùn)行。此時(shí)，鍋爐燃燒器隔層燃燒，且沒(méi)有形成對(duì)沖，鍋爐燃燒工況將難以穩(wěn)定，容易導(dǎo)致機(jī)組MFT，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。高負(fù)荷（大于800MW）情況類似。

方案二：從圖4可以看出，在正常運(yùn)行方式下（A、B、D、E 層運(yùn)行，帶80%負(fù)荷），6kV 廠用母線B 段失電時(shí)，保證鍋爐底層A、D 磨運(yùn)行，能維持鍋爐對(duì)沖燃燒，通過(guò)操作調(diào)整，可避免鍋爐MFT，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行影響較小。但是當(dāng)6kV 廠用母線A段失電時(shí)，下層僅剩下D 層燃燒器，對(duì)爐膛擾動(dòng)較大，易導(dǎo)致鍋爐MFT。高負(fù)荷（大于800MW）情況下，若母線A 段失電將導(dǎo)致僅剩D 和C（F）層燃燒器，隔層且無(wú)對(duì)沖燃燒，鍋爐難以維持燃燒的穩(wěn)定。

方案三：在800MW 以下負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（4 臺(tái)磨運(yùn)行）的電源故障分兩種情況：①若機(jī)組中下層4 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，6kV 廠用母線A、B 任一段電源失電，均可保持下層或中層兩臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)沖燃燒，通過(guò)操作調(diào)整，可保持鍋爐燃燒工況穩(wěn)定；②若中下層任一臺(tái)（A、B、D、E）磨檢修或故障，需要投入上層磨維持負(fù)荷時(shí)，應(yīng)保證檢修（故障）磨同段母線上層磨運(yùn)行，以維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，防止母線失電造成4 臺(tái)運(yùn)行磨3 臺(tái)跳閘。在機(jī)組800MW 以上負(fù)荷時(shí)（5 臺(tái)磨運(yùn)行）也分為兩種情況：①若C（F）層燃燒器運(yùn)行時(shí)，6kV 廠用母線A（B）失電，將導(dǎo)致5 臺(tái)磨煤機(jī)中的3 臺(tái)跳閘，此時(shí)鍋爐僅保留中（底）層對(duì)沖燃燒，鍋爐負(fù)荷短時(shí)間大幅下降，很可能造成MFT；②機(jī)組中下層任一臺(tái)（A、B、D、E）磨檢修或故障，其余5 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，若為非檢修磨所在母線失電，則5 臺(tái)磨煤機(jī)中3 臺(tái)跳閘，鍋爐可能MFT。

通過(guò)以上比較可以看出來(lái)，在正常負(fù)荷下（4臺(tái)磨運(yùn)行），方案一和方案二都存在因一段母線失電導(dǎo)致鍋爐MFT 的安全隱患，方案三則由于始終能保持一層的對(duì)沖燃燒，而能避免MFT 的發(fā)生；而在高負(fù)荷下（需要投入5 臺(tái)磨），三種方案都存在鍋爐因某段母線失電，造成燃燒不穩(wěn)定，進(jìn)而MFT 的可能性，而這是由于僅設(shè)置A、B 兩段6kV 母線，某段母線失電將導(dǎo)致3 臺(tái)磨跳閘，這是沒(méi)辦法避免的。

綜合比較，方案三在運(yùn)行可靠性、運(yùn)行方式靈活性上有比較大的提高，發(fā)生一段母線失電導(dǎo)致鍋爐MFT 的可能性相對(duì)于原始方案、方案一和方案二要小，所以最終選擇方案三。

3.3 改造措施

給煤機(jī)按照對(duì)應(yīng)配套磨煤機(jī)電源接線方式進(jìn)行相應(yīng)的改造，即將給煤機(jī)A、C、D 電源接入0.4kV鍋爐MCC A 段母線，給煤機(jī)B、E、F 電源接入0.4kV鍋爐MCC B 段母線，以保障機(jī)組安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

在電廠的電源系統(tǒng)配置方案的設(shè)計(jì)中要考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)安全性和穩(wěn)定性。對(duì)于對(duì)沖燃燒鍋爐，要做到在一段高壓母線失電，部分磨煤機(jī)跳閘時(shí)，仍然能夠維持燃燒的穩(wěn)定性。本文通過(guò)對(duì)比四種制粉系統(tǒng)電源配置方案，得到結(jié)論：

1）A、B、E 磨煤機(jī)接入A 段母線，C、D、F磨煤機(jī)接入B 段母線是對(duì)沖燃燒鍋爐最優(yōu)的配置方案，能夠最大程度降低機(jī)組運(yùn)行的安全隱患。

2）在高負(fù)荷下，無(wú)論哪種配置方案，都沒(méi)法避免因某段母線失電造成鍋爐MFT 的可能性。

[1] 劉慧軍.關(guān)于1000MW 機(jī)組高壓廠用電配置的探討[J].電力建設(shè),2004,25(12): 1-3,9.

[2] 姚雯,唐翠峰.1000MW 機(jī)組高壓廠用電系統(tǒng)電壓和接線選擇[J].湖北電力,2012,34(1): 24-27,44.

[3] 熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].北京: 中國(guó)電力出版社,2004.

[4] 王士博,林勇,李鵬.1000MW 機(jī)組廠用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].華電技術(shù),2008,30(5): 55-59.

[5] 李會(huì)東，劉雪飛，武珍唐.600MW 機(jī)組制粉系統(tǒng)電源配置的改造[J].河北電力技術(shù),2008(S1): 4-5,23.