300 MW“W”型火焰燃煤鍋爐制粉單耗優化研究

劉建航，石賢捷，張樹同，李 琳

（國電菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

節能降耗是當前火力發電廠生產經營面臨的當務之急?；鹆Πl電廠輔機電耗約占其發電量的5%～9%，對于300 MW機組可達到20 MW，而磨煤機制粉系統單耗又是其中重要一項［1］。因此，降低制粉單耗是火力發電廠提高經濟效益的主要途徑之一。通過分析造成鍋爐制粉單耗升高的主要因素，研究和優化運行方案，減少制粉系統耗電量，提高鍋爐燃燒效率，節約能源資源。

菏澤發電公司4號機組為英國MitsuiBabcock（簡稱MBEL）公司生產的300 MW “W”火焰燃燒方式鍋爐。鍋爐為單爐膛、平衡通風、一次中間再熱、亞臨界參數自然循環鍋爐，蒸發量為1 025 t／h。鍋爐設計煤種為85%無煙煤及15%半無煙煤，鍋爐燃燒系統由制粉及分離裝置、燃燒器及噴口、風煙系統及輔機、爐膛及燃燒室等組成。爐膛前后兩側爐拱處各布置了3組直流垂直下射狹縫式燃燒器，分組布置在前后爐拱上，三次風從前后墻下部引入。在爐膛后墻爐底處設置了爐底注入熱風，用以負荷改變時調整再熱汽溫。鍋爐制粉系統由6臺皮帶秤重式給煤機、3臺雙進雙出滾筒式磨煤機及分離器、旁路風等組成，每臺磨煤機的一端分別對應一組燃燒器。

1 運行現狀

制粉單耗是指制粉系統（包括磨煤機、給煤機、一次風機）所消耗的電量占機組發電量的比例［2］。2017年1月以來，鍋爐制粉單耗指標明顯變差，跟蹤分析統計數據，指標統計見表1。

表1 鍋爐2017年1—3月制粉單耗指標 %

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束，工業供氣量減少。得出2017年1—3月份4號鍋爐制粉單耗平均率1.451%，制粉單耗指標超出國家標準及公司標準，嚴重影響機組的經濟性。

2 原因分析

2.1 煤質

由于煤源緊張，進煤渠道多，入廠煤質標準有所下降，嚴重影響磨煤機制粉單耗。

燃料配混煤不充分，煤質變化快，入爐煤質無法保證在設計煤種，給運行調整帶來一定難度。

原煤中含有木塊、鐵皮等雜物，可能堵塞制粉系統，造成系統通風量減小，嚴重時甚至堵塞磨煤機，制粉電耗也隨之增加。

原煤可磨性系數較低時，磨制阻力較大，制粉單耗隨之升高。

原煤水分含量高，一方面磨煤機干燥出力降低，同時容易造成原煤倉蓬煤、磨煤機出口堵煤發生，嚴重降低磨煤機出力。

2.2 磨煤機料位

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

磨煤機料位動態穩定需要一個過程，這也是制粉單耗高的一個重要原因。

2.3 設備可靠性

制粉系統漏風，造成制粉系統干燥出力下降；同時降低熱風的帶粉能力，制粉效率明顯下降，造成制粉系統耗電量增加。

磨煤機襯瓦的磨損對磨煤出力會有很大的影響，波浪形襯瓦磨損加劇，其附著系數降低，對鋼球的提升高度減少，因而使磨煤機的研磨出力也就降低。

磨煤機密封圈性能差，磨煤機料位達不到最佳料位即出現漏粉現象，不僅污染了環境，也限制了磨煤機出力。

2.4 鋼球裝載量及配比

如果鋼球量太少，對煤的研磨能力作用太小，出粉率低，增加電耗，但當鋼球裝載量超過最佳值后其磨煤機出力的增加要小于磨煤機功率消耗的增加，磨煤機電耗反而升高。

規格不同的鋼球在磨煤機內的提升高度不一樣，其撞擊力也就不同。因此，磨煤機大小鋼球配比不合適也直接影響磨煤機出力和電能消耗［3］。

2.5 粗粉分離器擋板調整

磨煤機粗粉分離器調節擋板不合適，煤粉過細限制了制粉系統出力。

長期運行后，分離器調節擋板磨損嚴重，煤粉細度發生改變相應調整不及時，致使煤粉中含有大量顆粒不著火，機組發電量減少。

2.6 節能措施執行

煤質較好情況下，機組負荷低于230 MW時停止一臺磨煤機運行措施執行力度不夠。特別是低負荷情況下，磨煤機未保持最經濟出力運行方式。

3 對策研究

3.1 嚴格控制入廠煤和入爐煤

加強燃煤管理監督和燃煤摻配工作，做到科學配煤，確保入爐煤質合乎要求。加強煤質化驗工作，及時了解燃料入爐煤情況，運行人員根據煤質變化，及時做出相應調整。在運行中必須及時清理木塊木塊、鐵皮等雜物，防止由于雜物多堵塞制粉系統，造成系統通風量減小，甚至堵塞磨煤機，造成制粉電耗增加。保持原煤的干燥程度，防止原煤倉蓬煤、磨煤機出口堵煤發生。當煤濕造成給煤機出口堵煤時，及時停磨處理。遇有劣質煤時，不可強帶負荷，應多觀察燃燒情況，發現燃燒不穩、火檢強度低、火檢強度變化幅度大、爐膛火焰發暗、爐膛負壓波動大等現象時，應立即投油穩燃。

3.2 保證磨煤機料位在最佳位置

4號機組“AGC”負荷控制模式投入為正常方式，“O”模式下因為跟蹤負荷曲線，還能夠預測負荷變化趨勢，特別是“R”模式跟蹤電網頻率改變負荷，負荷很難預測，這就對運行人員在多變工況下時刻保證磨煤機料位保持在最佳料位提出了更高要求。應根據磨煤機料位指示、磨煤機電流、磨煤機出口溫度、一次風壓、密封風差壓及就地聲音綜合判斷磨煤機料位，并不斷積累運行調整經驗。

磨煤機料位過高、過低都影響制粉系統出力，造成制粉單耗升高。應根據負荷變化及時調整，始終保持最經濟磨煤機料位。

隨著煤量的增加，磨煤機電流不斷升高，當煤量達一定程度時，磨煤機隨煤量增加電流反而下降，電流剛下降時的料位即為最佳料位；當磨煤機料位較高時，就地聲音較沉悶，料位較低時，聲音較刺耳；料位過高時，磨煤機電流及出口溫度急劇下降，出現以上情況及時調整。

根據磨煤機進出口差壓及密封風差壓判斷料位；進出口差壓降低，密封風差壓減小時，料位有可能過高，要及時調整。煤質不變時，機組負荷與一次風壓有一一對應關系，如果一次壓過高，則料位過低。

3.3 確定鋼球最佳裝載量及配比

磨煤機內鋼球的大小，裝載量及大小鋼球的比例會直接影響煤粉的研磨和研碎能力；如果鋼球量太少，對煤的研磨能力作用太小，出粉率低，增加電耗；但當鋼球裝載量超過最佳值后其磨煤機出力的增加要小于磨煤機功率消耗的增加，電耗反而升高。通過試驗得出：鍋爐A和C磨煤機電流低于120 A時及時補加新鋼球；4號爐B磨進行鋼球優化級配，維持電流110 A左右，保持磨煤機最經濟出力運行。

鍋爐A和C磨煤機選用鋼球直徑為25 mm、40 mm、50mm、60 mm 的鋼球，按 35%、29%、21%、15%比例加入磨煤機，φ25 mm鋼球主要對細粉進行研磨，填充間隙，φ40 mm鋼球主要對稍粗煤粉進行研磨，φ50 mm鋼球對較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。運行中根據煤質變化適當微調，鋼球磨損速度大大降低，保證了制粉出力［4］。隨著磨運行時間的推移，鋼球會磨損。磨煤機一般運行2 000～3 000 h后，應篩選滾筒內不合格的鋼球，通常鋼球磨損超過40%即可視為不合格。

3.4 調整粗粉分離器擋板

煤粉細度與燃燒工況有很大的關系，煤粉越細，煤粉在爐膛內燃燒雖然充分，但制粉單耗就越高；煤粉越粗，煤粉在爐膛內燃燒會越不完全，一部分煤粉顆粒未用于發電，同樣造成制粉單耗高。因此，要對各個工況下有關參數進行對比分析，不斷摸索最經濟煤粉細度，提高機組的經濟性。

經過多次調整試驗［5］，調整各磨煤機粗粉分離器擋板位置，使各擋板位置統一，使煤粉細度和均勻性合格。目前，4號爐A磨已調整好擋板位置在M-105位置，B磨在M-0.55位置，C磨在M-0.48位置，制粉單耗得到明細改善。

3.5 提高設備運行可靠性

定期檢查襯瓦的磨損情況，當襯瓦的凸峰磨損達到2／3時，或發現有脫落現象，應及時更換襯瓦。

加強一次風機變頻器模塊監督，避免一次風機變頻器模塊經常損壞，一次風機被迫改工頻運行，致使耗電率增加。

當機組AGC投“O模式”，若可預見的負荷曲線長時間較低（2 h以上）、負荷在230 MW以下、煤質較好、在滿足機組負荷和保證安全穩定的前提下，停運一臺磨，保持磨煤機最經濟出力運行［6］。

4 經濟性分析

通過一系列的運行調整和優化研究，對4號爐制粉單耗進行跟蹤統計，數據見表2。

表2 4號鍋爐2018年1—3月制粉單耗指標 %

與表1相比較，經過優化調整后單月較同期制粉單耗均降低，取得了一定的效果。同時，從表2中統計數據得出：2018年1—3月份4號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號機組計劃發電量按33億kWh計算，這樣2018年全年將節約電量為：1 122 000 kWh。電價按0.38元/kWh計算，則二期全年節約費用為426 360元。

5 結語

對磨煤機制粉單耗研究發現，可以采取優化入爐煤質、運行措施調整以及適當控制鋼球比例等具體措施可以在一定程度上降低機組耗電率。通過制定具體的對策與優化措施實施后，鍋爐制粉系統節能效果明顯，既降低了廠用電率，又使得鍋爐穩定燃燒性能大大提高，具有很大的應用參考價值。同時，仍需對其進一步研究，進行設備優化改造、技術升級和合理運行操作，在更大程度上實現機組的節能降耗。