600MW超超臨界機組低負荷少投磨運行淺析

徐葉興 李瞳

摘 要：本文介紹了直吹式制粉系統機組低負荷三臺磨運行的經濟性及安全性，通過分析和試驗，說明了三臺磨運行方式下對降低廠用電及發電煤耗均起到重要作用，并分析其安全性后，認為對于單有等離子點火裝置助燃的燃燒系統的機組，實施低負荷三臺磨運行方式有一定風險，需優化助燃方式及邏輯。

關鍵詞：三臺磨；經濟性；安全性

中圖分類號：TK72.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0170-02

1 概述

廣東某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進日本三菱技術生產的型號為HG-1795/26.15-YM1型的超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用垂直水冷壁，鍋爐采用П型布置、單爐膛、改進型低NOx分級送風燃燒系統、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環泵的啟動系統、一次中間再熱，固態連續排渣。鍋爐的制粉系統為中速磨正壓直吹系統，磨煤機共6臺，BMCR時5臺投運，一臺備用，其中最底層A磨燃燒器四角配有等離子點火助燃裝置，機組最低穩燃負荷為240MW，設計在該負荷下四臺磨運行。因此，研究低負荷工況下三臺磨運行的經濟性、安全性，對節省廠用電、降低機組發電煤耗意義重大。

2 低負荷三臺磨試驗

機組低負荷時，及時停運第四臺磨運行，將其煤量分配到其他磨，使得其余三臺磨煤量相對增加，此負荷點選擇應保證運行磨煤機出力不受限制，為驗證其經濟性，特針對機組300MW運行期間進行了三臺磨運行與四臺磨運行的性能對比，數據對比如表1所示。

從以上參數對比，不難看出，在相同負荷下，在原有制粉系統運行組合方式下，減少一臺磨煤機后，其輔機電流、排煙溫度、煤量均有下降。負荷越低，改成三臺磨運行后，排煙溫度下降幅度越大。值得說明的是，底三層BCD磨運行時由于主再熱氣溫偏低，比上三層CDE磨運行時低30℃左右，此時將影響煤耗增加約2.9g/KWH。排煙溫度相差不大，因此可以說明，同負荷下下三層磨運行較上三層磨運行時經濟性差。從實際煤耗情況也可看出。

從上述分析可知，低負荷時只有采用上層磨運行時才有較好的經濟性。

3 安全性分析

由于制粉系統的不同組合方式會對鍋爐燃燒產生不同的影響，根據上面的試驗結果，低負荷時采用上層磨運行時有較好的經濟性，因此，特針對上層四臺磨運行時與停運一臺下層磨三臺磨的運行工況進行比較分析[1]。

3.1 對鍋爐燃燒的影響

相鄰三層磨煤機投運方式相比四層磨運行方式，其燃燒穩定性和燃燒效率在一定的負荷范圍內均有優越性，且負荷越低越明顯；主要因素有：（1）相鄰三臺磨運行火焰更加集中，對于切圓方式燃燒的鍋爐，火焰越集中，其中心溫度就越高，煤粉的燃燒效率也就越好。（2）煤粉濃度得到了明顯提高，一次風速有所下降，更利于煤粉的穩定、充分燃燒。

3.2 對水冷壁溫度的影響

四臺磨運行期間，停運下層磨，根據鍋爐受熱面吸熱特點，水冷壁溫度有所下降，從試驗中可以看出，停運下層磨后，水冷壁溫度最高點由478℃下降至378℃，與其他水冷壁溫度測點平均值356℃偏差不大。因此，停運下層磨的三臺磨運行方式對水冷壁溫度偏差控制有好處。

3.3 對脫硝運行的影響

由于三臺磨運行相比四臺磨運行，燃燒反應區煤粉濃度增大，還原性氣氛強于四臺磨運行工況，脫硝效果理應好于四臺磨運行工況，但低負荷期間鍋爐氧量控制偏高，本身磨煤機煤量偏低，導致脫硝效果相差不大。另外三臺磨低負荷運行期間，由于整體還原性氣氛不強，火焰中心高度未有明顯變化，最終對SCR入口煙溫影響不大。

3.4 危險點及制約問題分析

雖然說三臺磨運行方式具有可觀的經濟性和燃燒工況的穩定性，但是在此種方式下，出現設備故障和異常工況，能否保證機組的穩定、正常運行，是需要認真思考和努力完善的，分析其危險點如下[2]：

（1）磨煤機出力問題（三臺磨負荷點選擇）。根據機組實際運行情況，選取低負荷時四臺磨運行的一個典型工況，在此基礎上分析三臺磨運行的可行性。機組負荷300MW，BCDE磨運行，入爐煤熱值Qnet=5000Kcal/Kg，此負荷下總煤量120-130T/h，平均分配到單臺磨煤量在43T/h左右，低于磨煤機額定出力59.9T/h。因此，300MW負荷以下工況，入爐煤熱值按5000Kcal/Kg配煤燃燒，磨煤機出力尚有裕量，磨煤機出力安全可控。但電廠燃煤目前基本都是摻燒，低負荷三臺磨煤機運行時，若燃煤摻混不均，煤質變差或運行中磨煤機跳閘，如出現磨煤機滿出力運行的情況，必須啟動備用磨煤機運行以維持機組負荷。否則有堵磨的危險，即煤質、煤量不穩定時，增加啟停磨操作，影響鍋爐燃燒。

（2）磨煤機運行方式的問題。本廠現A/B/C制粉系統電源集中布置在6KV工作A段及鍋爐PCA段上，D/E/F制粉系統電源布置在6KV工作B段及鍋爐PCB段上，這種布置方式好處在于當6KV某段失電后運行制粉系統不會隔層燃燒，對鍋爐穩定燃燒有利。鑒于此種電源布置方式下，低負荷三臺磨運行期間，當制粉系統運行方式選擇A/B/C或D/E/F時，若此段6KV失電，將導致鍋爐失去全部燃料MFT滅火跳閘。

（3）鍋爐滅火、MFT、汽溫問題。實際運行中，制粉系統是最易出現故障的，若出現斷煤或堵煤事故，非常容易使一套制粉系統跳閘而退出。此時勢必影響機組負荷，如啟動備用磨煤機不及時或啟動失敗，機組負荷降至200MW以下，一方面鍋爐有可能轉入濕態運行，汽溫下降過快超過規定值需打閘停機，一方面如煤質差，燃燒不穩很容易鍋爐滅火，造成一次非停事故。如等離子磨煤機故障，無法投入該層等離子穩燃，更容易造成鍋爐滅火、MFT。若存在煤質偏離設計值的問題，一旦一臺磨煤機故障跳閘甩負荷，為維持汽溫，如操作疏忽也很可能造成省煤器入口流量低動作，鍋爐MFT。

（4）保護邏輯的問題。現有磨煤機RB保護邏輯是當磨煤機運行臺數小于3臺時，當負荷指令大于310MW時才觸發RB保護，且目標值為300MW，顯然現有磨煤機RB保護不適用于兩臺磨以下的情況，當出現三臺磨運行跳閘一臺磨時，沒有可靠的邏輯保護做依托，單靠運行純手動操作進行事故處理，一是對人手提出要求，要有足夠有操作水平的人；二是對運行操作技能以及處理復雜工況的能力提出更高要求，操作過程中一旦有一點疏忽將有可能導致事故擴大，甚至鍋爐滅火，MFT。

4 三臺磨運行經濟性評價

機組低負荷時三臺磨運行，停運第四臺磨煤機，對于廠用電的消耗大幅降低，鍋爐效率得到一定提高，根據上述試驗結果，試驗中三臺磨運行CDE與四臺磨BCDE運行相比，數據上粗略分析（反平衡）計算得：6KV電機電流減少31A（約290kw，400V電機忽略不計），從理論上分析，三臺磨運行時由于排煙溫度下降4℃，鍋爐效率提高，可以反推得煤耗下降0.75g/KWh左右，300MW時節約標煤0.225T/h，折算后約為0.3T/h。上網電價按0.4605元/KWH，原煤價格按738元/噸，每小時可節約發電成本約為=節省的燃料成本+節省的發電成本，約為0.3*738+290*0.4605≈355元（其中設備的磨損以及脫硝的成本節約未計算在內）[3]。

經過上述分析，可以得知，低負荷下三臺磨運行具有一定的經濟性和燃燒穩定性，但是風險并存。當三臺磨運行時，若其中一臺磨故障跳閘，現有邏輯保護無法自動動作，鍋爐有滅火的重大風險，負荷300MW期間如果鍋爐滅火MFT，以本電廠熱態8小時恢復并網并帶300MW計算，此時所造成的損失粗略計算如下：

（1）熱態啟機過程中電量耗費用約8萬；（2）鍋爐點火至并網燃料費用約8.6萬；（3）電量損失費用：30萬KW*8h* 0.4605元≈111.6萬；（4）水耗等忽略不計。總計損失費用約為8+8.6+111.6=128.2萬。

根據以上經濟估算，低負荷三臺磨運行時間大于3605小時才能與一次MFT損失費用持平。若熱態啟動期間損失的電量后期能補回來不計的情況下，一次熱態啟機的費用約為16.6萬元。相比三臺磨運行每小時節省費用355元，低負荷三臺磨運行時間大于450小時才能與一次MFT損失費用持平。

5 結語

對于配備直吹式制粉系統，僅最下層A磨燃燒器配有等離子穩燃裝置的機組，在低負荷時維持三臺磨合理的運行方式，有一定節能效果及燃燒穩定性，但風險并存。由于斷煤或磨煤機跳閘等事故時等離子磨不能立即啟動穩燃，即使啟動后也至少隔兩層燃燒，不符合鍋爐運行說明書要求，鍋爐有滅火MFT的重大風險，對于全年低負荷時間不長的機組，若發生一次MFT，此前所節省的費用不夠一次熱態啟機的費用，因此像這樣的機組進行三臺磨運行需謹慎，如若實施，需優化助燃方式。

參考文獻

[1]吳波，張維初.600MW超超臨界鍋爐全負荷脫硝運行技術措施及危險點分析[J].中國科技縱橫，2017，（8）：160-161.

[2]王春昌，張偉，王恩澤，王新元.少投磨煤機方式對鍋爐運行的影響[J].熱力發電，2012，（7）：83-84+110.

[3]范鑫，秦建明，劉靜宇，等.超臨界600MW汽輪機低負荷運行優化技術研究[J].中國電力，2012，（11）：18-21.