1 000 MW燃煤鍋爐一次風節能技術及應用

楊 彪，楊 博，曾壁群，陳韶華

(華能海門電廠，廣東汕頭 515132)

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1 000 MW燃煤鍋爐一次風節能技術及應用

楊 彪，楊 博，曾壁群，陳韶華

(華能海門電廠，廣東汕頭 515132)

在試驗的基礎上分析了某1 000 MW火電機組一次風的控制特點，提出了一次風節能調節技術和不同負荷下各臺磨煤機的負荷優化分配，并針對實際情況對磨煤機風煤比進行優化調整，取得了較好的經濟效果。

鍋爐； 一次風； 風煤比； 節能

火電機組中制粉系統是主要的輔助系統，一次風機的耗電量接近制粉系統耗電量的一半。如何降低一次風機的能耗，對提高鍋爐效率具有重大意義。

1 鍋爐制粉系統概況

某電廠4臺1 000 MW機組采用DG3000/26.25-Ⅱ1型、超超臨界參數變壓直流鍋爐，其結構形式為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊П形。設計煤種、校核煤種為神府東勝煙煤，校核煤種1為50%神府東勝煙煤+50%澳大利亞蒙托煤，校核煤種2為山西晉北煙煤。鍋爐除了燃燒設計煤種和校核煤種以外，還能單獨燃燒蒙托煤以及蒙托煤與晉北煤的混煤。鍋爐出口蒸汽參數為26.25 MPa/605 ℃/605 ℃，鍋爐最大連續蒸發量為3 033 t/h。采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統。每臺鍋爐配置6臺HP1203/Dyn型磨煤機，每臺磨煤機配1臺電子稱重皮帶式給煤機。煤粉細度R90為16%～20%，均勻性指數為1.0～1.1。磨煤機用設計煤種的設計最大出力為111 t/h，計算出力為75.12 t/h。

該廠鍋爐制粉系統出力調節一直采用傳統的平均分配原則，一次風機出口壓力調節采用固定參數調節，經濟性較低。經過控制優化，采用一次風節能調節，根據機組負荷分配不同磨煤機出力，自動調節熱一次風母管壓力，在保證鍋爐燃燒穩定的前提下，降低了一次風機電流，取得較好的經濟效益。

2 控制原理

一次風的作用體現在兩方面：煤粉干燥及輸送。一次風溫是否合適直接影響磨煤機的干燥出力，一次風壓直接影響磨煤機煤粉細度最終影響煤粉著火及火焰剛度。若一次風壓過高，磨煤機設備磨損增加，煤粉顆粒變粗，導致煤粉著火推遲，無法燃盡，鍋爐效率降低，嚴重時影響尾部煙道運行安全；若一次風壓過低，風粉流速降低，攜帶煤粉能力降低，導致磨煤機堵磨，粉管堵塞，容易發生回火爆燃，損壞燃燒設備。

觀察一次風及制粉系統阻力，發現鍋爐滿負荷情況下，當熱一次風母管壓力控制10 kPa左右時，磨煤機入口風壓一般低于8 kPa，磨煤機風門擋板節流嚴重。很明顯，一次風系統節流損失偏大，降低一次風系統節流損失，進而降低一次風機電流，節能意義明顯。

針對磨煤機冷熱風擋板的運行情況，調整熱一次風母管壓力，實現一次風機系統的節能控制。

一次風節能技術根據磨煤機進口冷熱風門擋板開度動態的控制熱一次風母管壓力。當某臺磨煤機熱風門開度達到100%后，熱一次風母管壓力達到最低，一次風機電流和功率也達到該負荷下的最低值，加減負荷時，通過增加一次風機出力來調節一次風流量，而磨煤機風門始終保持全開。同時為保證制粉系統和一次風機運行安全，對熱一次風母管壓力設定值進行高低限設置，避免熱一次風母管壓力過低導致制粉系統爆燃或者出力不足，熱一次風母管壓力過高導致一次風機過負荷或者風機發生失速現象。

3 穩燃控制技術

在中低負荷下，鍋爐一般3～4臺磨煤機運行，磨煤機出力有較大的調節余量，調節磨煤機出力的不同分配，對鍋爐的效率、汽溫和NOx排放均有較大影響。

筆者通過1號鍋爐中低負荷的磨煤機出力調整試驗，根據試驗結果形成控制策略。在鍋爐上進行試驗，試驗負荷點為500 MW+3臺磨煤機和700 MW+4臺磨煤機。試驗工況如下：

(1) 500 MW+3臺磨煤機(下2臺磨煤機+中間1臺磨煤機)，磨煤機出力調整工況為均勻給煤、下多上少給煤、下少上多給煤等，根據實際運行情況選擇調整工況。

(2) 700 MW+4臺磨煤機(中下2層)，磨煤機出力調整工況為均勻給煤、下多上少給煤、下少上多給煤等，根據實際運行情況選擇調整工況。

根據試驗結果進行綜合評估，尋找確定性的規律形成控制策略，必要時改變煤種再進行試驗。為保證低負荷工況下鍋爐燃燒穩定，確定某些磨煤機作為鍋爐穩燃磨煤機，當鍋爐負荷下降時，這些磨煤機運行且給煤機投入自動后，其給煤機最小煤量不低于某下限值。目前，在負荷低于500 MW時，設定給煤機A最小煤量為50%、給煤機C最小煤量為40%、給煤機D和E預留接口，但最小煤量設定值為0%。

4 一次風量控制設定曲線優化

一次風煤比的確定要兼顧磨煤機的碾磨出力和干燥出力的雙重影響，因此給出了如下不同煤種的一次風煤比控制曲線。對于正壓中速直吹式制粉系統如忽略磨煤機密封風，鍋爐的一次風量即為每臺磨煤機風量之和，鍋爐最小一次風量的確定就是磨煤機最小風量的確定。

為了滿足煤粉的輸送及初期著火要求，粉管風速不得小于20 m/s，而實際運行中考慮到各個出粉管的偏差，往往需要在這個風速上再加一定裕量[1]。筆者取粉管風速為22 m/s 來計算輸送煤粉需要的最小風量，這個最小風量沒有包括煤中的部分水分會變成水蒸氣以及一部分密封風的流量，這部分流量一般會使速度增加10%～15%，所以最終算得的輸送煤粉所需的最小風量在各管的一次風速調平以后還有足夠安全裕量[2]。

一次風密度公式為：

(1)

式中：ρ0為標準狀態下空氣密度，kg/m3；T0為標準狀態下溫度，K；p為標準狀態大氣壓力，Pa；ρ0為當地空氣密度，kg/ m3；T為粉管一次風溫度，K；p為當地大氣壓力，Pa。

該電廠當地常年平均大氣壓力為101 kPa，磨煤機出口粉管的溫度變化一般為62～80 ℃，取70 ℃，則一次風的密度為1.029 kg/m2。

一次風粉管道內徑為813 mm，若風速低限為22 m/s，則每臺磨煤機的最小一次風量為：

(2)

式中：G為一次風量，t/h；d為一次風粉管內徑，mm；v為粉管一次風速，m/s；A為1臺磨煤機一次風粉管根數。

為了能為煤粉著火初期提供合適的氧質量分數以及保證煤粉著火點、火焰剛度在正常范圍內，要求磨煤機風量與煤量之比不應小于1.8，即以風煤比為1.8計算得到的磨煤機風量為能滿足煤粉著火初期提供合適的氧質量分數以及能保證燃燒器安全運行的最小磨煤機風量[3]。不同磨煤機負荷下的該最小風流量以及該最小風量對應的一次風粉管風速見表1。

表1 磨煤機不同負荷的最小風量

由表1看出：當磨煤機負荷小于52.2 t/h時，按風煤比1.8計算得到的一次風量93 t/h對應的粉管一次風速小于22 m/s，不滿足煤粉的輸送要求。因此，磨煤機最小風量應大于93 t/h，取100 t/h。

磨煤機不同負荷下一次風量和煤量關系見表2。在某一個一次風量運行條件下，石子煤不明顯增加，磨煤機也沒有堵煤現象，爐內燃燒著火點位置正常且無貼壁現象，該風量即為正常。但是由于該電廠燃煤大多為高揮發分、高水分煤質，因此磨煤機實際設定風煤比要比最小一次風量大。

表2 磨煤機不同煤量的一次風量

圖1為不同負荷時磨煤機的風-煤曲線。

圖1 不同負荷時磨煤機的風-煤曲線

在當前運行方式下，受干燥出力影響，燃用高水分w(Mt)>27%低熱值印尼煤時的磨煤機出力很難超過75 t/h，此時磨煤機出口溫度很難超過60 ℃，所以熱一次風母管壓力的設定應更多考慮惡劣工況時磨煤機的正常運行。

5 應用分析

一次風節能技術根據磨煤機進口熱風門擋板開度動態地控制一次風機出口壓力，最終通過降低熱一次風母管壓力達到一次風機節能的目的。圍繞著穩定負荷的一次風降壓降阻節能，以及瞬變負荷的實時響應能力，開展降低一次風壓及廠用電率目的，確保以下問題：

(1) 確保DCS投切的無擾切換。

(2) 節能效果和安全性的匹配，確保安全的一次風壓偏置上下限。

(3) 擾動破壞性試驗測試，確保極端工況和事故下的適應能力。

(4) 接口與調試工作的配合，一次風壓安全邊界和限定。

一次風壓節能試驗條件見表3。

表3 一次風壓節能試驗條件 t/h

表4統計了機組不同出力運行期間，一次風壓節能回路投退前后相關參數記錄。

表4 一次風壓節能回路投入前后參數變化情況

在負荷基本維持穩定的情況下，一次風壓偏置緩慢自動負向增大，一次風壓設定值逐步減小，一次風機電流同步降低。投入過程中，在未手動干預的情況下，節能控制回路自動降低一次風機電耗，節省了機組能耗，很明顯體現出一次風機經濟運行的效果。

從數據可見，優化前一次風母管壓力設定值為定值，不考慮運行人員手動偏置設定情況下，實際的一次風壓基本在10.3 kPa左右波動。當負荷增加時，磨煤機煤量增加，磨煤機一次風門自動開大，以維持合適的風煤比，此時一次風總量增加，使一次風機電流增大。

圖2為一次風壓節能回路投入前后關鍵參數的變化。

圖2 一次風壓節能回路投入前后關鍵參數變化

優化后一次風母管壓力根據磨煤機冷熱風門開度調節，當負荷變化時，一次風機動葉進行調節而磨煤機風門擋板保持全開，最大限度地減少了磨煤機風門擋板的節流損失；當負荷基本不變，磨煤機煤量不變，風煤比維持穩定，一次風量基本保持不變，一次風壓自動逐步降低，最終降低了一次風機電耗。

隨著機組負荷升高，優化后一次風壓不斷接近優化前的風壓值，優化空間逐漸減小；從優化前后電流降低值變化趨勢，可見電流降低幅度最大值出現在700 MW負荷，高負荷特別是1 000 MW工況下節能空間較小。

經過實際運行，一次風壓節能曲線投入后較投入前，一次風壓均值下降0.5～0.6 kPa，2臺一次風機(6 kV)的總電流同等下降至少11 A，700 MW時達到最高39 A，節流效果明顯。

以年平均負荷688 MW計算，一次風機平均節約電功率268 kW,取該廠機組年利用小時5 000 h計算，則運行小時為7 267 h，上網電價(含稅)為0.53元/(kW·h)，則該系統的年經濟效益為103萬元/年。

6 結語

(1) 在計算磨煤機最小運行風量時，要考慮燃煤水分、粘度等參數，保證制粉系統運行安全。

(2) 修正了風煤比曲線，給出了不同煤種對應的最低一次風流量，保證極端工況下滿足制粉系統一次風量、風壓要求。

(3) 針對實際情況對低負荷時磨煤機出力分配進行調整，保證磨煤機運行安全，強化燃燒。

(4) 正常運行中，最大限度降低一次風壓力，開大磨煤機一次風調門到100%，可降低一次風機電耗。

[1] 王加璇,姚文達. 電廠熱力設備及其運行[M]. 北京: 中國電力出版社,1997.

[2] 楊博,林鴻,孫偉鵬,等. 1 036 MW燃煤機組鍋爐制粉系統煤種適應性研究[J]. 電力建設,2012,33(5): 71-74.

[3] 華東電業管理局. 鍋爐運行技術問答[M]. 北京: 中國電力出版社,1997.

Research and Application of Energy-saving Primary Air Adjustment Technology for 1 000 MW Coal-fired Boilers

Yang Biao,Yang Bo,Zeng Biqun,Chen Shaohua

(Huaneng Haimen Power Plant,Shantou 515132,Guangdong Province,China)

Based on experimental results,an analysis was conducted on the control features of primary air in a 1 000 MW coal-fired boiler,after which a energy-saving primary air adjustment technology and an optimal load distribution mode among various coal mills were proposed under different load conditions,while an adjustment optimization was carried out on the coal-air ratio of coal mills according to actual working conditions,thus achieving good economic effects.

boiler; primary air; coal-air ratio; energy saving

2016-09-12；

2016-11-20

楊 彪(1983—)，男，工程師，從事1 000 MW火電機組集控運行管理和性能優化工作。

E-mail: 164044099@qq.com

TK223.24

A

1671-086X(2017)04-0286-04