300 MW 燃煤機組AGC“R”模式下制粉系統運行優化研究

劉建航，石賢捷，歐照華，馬國智

（國家能源菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

火力發電機組中廠用電率約占機組發電量的5%～8%，其中，制粉系統是最主要的耗電設備之一［1］。由于部分設備存在老化、缺陷多的情況，同時受到節能降耗、煤質較差的影響，重要輔機設備長期或經常處于低負荷和變負荷狀態下運行，運行工況偏離最佳運行狀態，運行效率明顯降低［2］。以某發電公司4 號機組為例，分析造成機組在AGC“R”模式運行下制粉系統單耗升高的原因，通過深入研究和優化運行，降低鍋爐制粉系統的廠用耗電率，提高機組的經濟效益。

1 基本概況

該機組鍋爐是由英國某公司生產，為單汽包、單爐膛、平衡通風、一次中間再熱、燃煤、半露天式布置、再熱器溫度熱風注射控制、亞臨界參數的自然循環鍋爐。汽輪機由上海汽輪機廠制造，為亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機［3］。汽輪機在額定進汽參數、額定背壓、回熱系統正常投運時能保持額定功率300 MW 出力。4 號鍋爐采用“W”型火焰燃燒方式，燃燒系統主要由制粉系統（3 臺磨煤機、6 臺給煤機）、粗粉分離裝置、燃燒器及其噴口、風煙系統及輔機設備等構成，磨煤機和燃燒器布置如圖1 所示。

機組鍋爐配備“正壓式”直吹制粉系統，3 臺磨煤機主要參數如表1 所示。風煙系統由鍋爐蒸汽受熱面、蓄熱式空預器和電除塵等組成，該系統阻力較大，進入吸風機的煙氣要克服密度大且堵灰嚴重的空氣預熱器蓄熱面排放到大氣中。通過對系統阻力分析，風壓主要由蓄熱式空預器消耗，從而造成吸風機、送風機、一次風機耗電率的增加。

圖1 磨煤機和燃燒器布置

表1 鋼球磨煤機主要技術參數

2 存在問題

隨著光伏、風電等清潔能源并網發電運行，山東區域電網要求所有并網機組容量在125 MW 以上的機組，必須投入AGC（Automatic Generation Control，AGC）功能［4］，但實際運行過程中，AGC 功率調節又分為：“O”（Off-regulated）模式是指在任何情況下都不承擔調節功率，即承擔基礎負荷；“R”（Regulated）模式指在任何需要的情況下，都無條件承擔電網調度中心指令進行功率調節。在“R”模式下，機組要快速響應電網需求，滿足電力供應［5］。同時隨著電網容量的增大，火力發電機組負荷率愈來愈低。

機組正常工況下，2 臺一次風機、吸風機、送風機、3 臺磨煤機全部運行，負荷調節范圍為180～300 MW，機組在正常運行工況下以7 MW／min 的變化速率進行負荷實時調節，通過控制磨煤機的料位和調整一次風機靜葉開度來保證爐膛進粉量，以滿足燃燒需要，保證負荷可根據電網指令進行實時調整，以減少“兩個細則”的考核。但在實際運行過程中，該方式已經不能滿足當前電網對火電發電機組短時間升降負荷的要求，尤其是在“R”模式工況下，鍋爐頻繁出現超溫、超壓、汽包水位波動等現象，給機組的正常運行帶來很大影響，導致機組廠用電率在低負荷運行時依然很高，經濟性較差。對運行負荷長期統計發現，機組長時間運行在“R”模式下，最低負荷為210 MW，最高負荷為240MW，平均負荷約為230 MW；負荷較低，需要對制粉系統優化運行，以降低其廠用電率。

3 制定對策

3.1 磨煤機啟停操作優化

根據磨組健康狀況，選擇磨組組合運行方式后，關鍵在于快速啟停操作。通過近一年的摸索調整，參照磨煤機啟停順控程序，對磨煤機啟停操作做了更進一步優化。

停磨：某臺磨煤機熱一次風擋板逐漸關閉、冷一次風擋板逐漸開啟（熱一次風至0，冷一次風至100%）；給煤機煤量減至0，適當提高另2 臺磨煤機磨料位；抽空后關閉冷一次擋板至0；關閉驅動端一次風、非驅動端一次風隔離擋板；停止磨煤機電機運行。

磨組停止后要充分做好啟動前各項準備：開啟濃粉閥、淡粉閥；粗粉分離器出口擋板；給煤機出入口擋板；保持磨組適當溫度，確保磨組能隨時快速啟動，以適應網上對機組負荷的需要。根據運行人員操作經驗，磨煤機從靜止狀態到啟動帶負荷時間控制在20 min 以內，未出現影響機組投運“AGC”現象［6］。

3.2 控制磨煤機運行數量

當機組AGC 投“R”模式運行時，機組負荷保持在230 MW 左右運行時，煤質較好工況下，可選擇停止第三臺磨煤機運行（即C 磨），保持2 臺磨煤機運行。在實際運行中，根據鍋爐形成“W”型火焰的方式以及鍋爐布置方式可選擇A、B 磨運行方式，該方式的優點是利用后墻A 磨煤機所帶兩組噴燃器與前墻B 磨所帶兩組噴燃器在爐膛內經過噴射對沖，能夠形成較好的兩組“W”型火焰，在爐膛內部及四周可以進行均勻燃燒，能夠保證兩側以及前后墻兩端水冷壁輻射換熱更充分，燃燒穩定性得到進一步加強。

3.3 調整料位及風壓

機組運行在“R”模式下時，通過提高磨煤機料位，維持合適的風煤比，及時補充磨煤機內鋼球數量，在負荷變化不大的情況下，通過調整一次風機風壓來調整機組負荷［7］。

經過運行調整后，對停磨煤機前后的制粉系統、廠用電率進行了統計，如表2 所示。特別選取了2018-03-07 和2018-03-16 這兩天時間相近負荷相近的情況進行對比，如圖2 所示。

表2 機組制粉系統單耗率 %

圖2 機組停磨前后制粉系統單耗變化

從圖2 中可以看出磨煤機單耗、制粉單耗、廠用電率均明顯下降的，負荷210 MW 時，影響廠用電率約0.5%；綜合公用系統運行情況，影響廠用電率約0.3%，實現了機組運行在“R”模式下時對制粉系統的優化，經統計，2018 年全年在4 號機組中運行在“R”模式下實現停磨336 h，同比增加336 h，未發生“兩個細則”考核的現象，為其他3 臺機組制粉系統運行優化積累了經驗。按照正常運行時每臺磨煤機運行功率約為1 100 kW 計算，全年節約電量36.96 萬kWh，上網電價按0.43 元/kWh 計算，每年產生經濟效益約為15.8 萬元。

4 結語

經過對鍋爐在“R”模式運行方式下制粉系統及其他相關系統的分析研究調整，通過有重點、有步驟地對磨煤機熱一次風擋板控制方式、磨煤機運行方式及啟停數量進行調整，實現了“W”型火焰燃煤鍋爐參與電網調峰運行能力進一步提升，尤其是在負荷為210～230 MW 時，機組廠用電率得到明顯降低，實現機組經濟高效運行，為同類機組運行調整提供參考經驗。