電廠燃用低熱值煤的對(duì)策

謝明杰

（華陽(yáng)電業(yè)有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)價(jià)格不斷飆升且居高不下，為降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，后石電廠燃用低熱值、高灰分煤的比例逐年上升。燃用低熱值煤時(shí)須加大給煤量，造成全投磨煤機(jī)、灰渣系統(tǒng)和飛灰傳送系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備一旦故障就須限載[1]。因此，后石電廠經(jīng)研討和優(yōu)化調(diào)整，將CP1～CP4單臺(tái)磨煤機(jī)從常態(tài)出力58t/h提升至最大出力69t/h，將CP5～CP7單臺(tái)磨煤機(jī)出力從常態(tài)出力48t/h提升至最大出力58t/h。改進(jìn)后，燃用18.42～19.25kJ/kg的低熱值煤時(shí)磨煤機(jī)不需要全投，保留1臺(tái)備用。如果磨煤機(jī)全投不考慮備用，當(dāng)燃煤熱值＞16.74kJ/kg時(shí)，機(jī)組可帶滿(mǎn)負(fù)荷，并增設(shè)燃料不足、快速降載邏輯以穩(wěn)定工況。在CP5～CP6的DCC原有外殼體下，將原液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)改為雙變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并重新設(shè)計(jì)傳動(dòng)輪系，更換驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、張緊輪、鏈條和刮板等，優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)，提升DCC出力。對(duì)CP1～CP7飛灰傳送系統(tǒng)進(jìn)行靜電除塵器電源交叉改進(jìn)和優(yōu)化電場(chǎng)二次電流設(shè)定值，擬將第一、二級(jí)輸灰管路由8根管增至16根管，并提升配套壓縮空氣系統(tǒng)和灰?guī)熵?fù)壓系統(tǒng)出力，優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)，配合2023年定檢，擬先于CP3試點(diǎn)，后續(xù)視效果再進(jìn)行推廣[2]。

1 現(xiàn)狀說(shuō)明

后石電廠燃用低熱值、高灰分煤的比例逐年增加，2022年入爐煤平均熱值約18.78kJ/kg，比原設(shè)計(jì)熱值23.86kJ/kg低21.3%以上，其中＜18.84kJ/kg的低熱值煤約428萬(wàn)t，約占全年燃煤47.8%，見(jiàn)表1。

燃用低熱值煤時(shí)須加大給煤量，磨煤機(jī)出力系數(shù)降至0.8左右，負(fù)荷500MW以上就必須全投，導(dǎo)致研磨困難，煤粉顆粒較粗。由于沒(méi)有備用磨煤機(jī)，申請(qǐng)“磨煤機(jī)定保”常常不獲批準(zhǔn)，從而使磨煤機(jī)無(wú)法正常按期定保，造成惡性循環(huán)，任一臺(tái)磨煤機(jī)故障就必須限載[3]，因此提升單臺(tái)磨出力尤其迫切。

燃用低熱值、高灰分煤時(shí)灰渣量變大，DCC出力超出原設(shè)計(jì)值，發(fā)生故障時(shí)容易過(guò)載，無(wú)法正常出渣且容易大塊結(jié)焦，一旦掉渣就可能導(dǎo)致DCC故障，CP5/CP6的DCC出力沒(méi)有得到提升，異常狀況尤為突出，異常統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 CP5～CP6機(jī)組DCC異常統(tǒng)計(jì)表

燃用低熱值、高灰分煤時(shí)，煤粉細(xì)度不足會(huì)導(dǎo)致飛灰顆粒粗、灰量多，EP一、二電場(chǎng)傳送頻率增加，使飛灰傳送管道磨損加劇，常造成堵管、破洞，導(dǎo)致灰無(wú)法正常傳送。同時(shí)對(duì)高負(fù)荷的處理時(shí)間不足，往往以加抱箍、打耐磨膠等方式臨時(shí)處理，造成短時(shí)間內(nèi)可能再次出現(xiàn)異常。如此循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致迎峰度夏期間經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)灰斗料位增高。為了防止灰斗脫落甚至電場(chǎng)坍塌，影響電除塵的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要采取人工放灰的方式，進(jìn)而出現(xiàn)飛灰揚(yáng)塵污染環(huán)境、灰袋無(wú)法自然分解且處理困難的情況，同時(shí)售灰收入也有所減少。

2 改進(jìn)重點(diǎn)

低熱值煤的主要特點(diǎn)是含碳量低、水分高且灰分高，機(jī)組在同樣負(fù)荷下需要加大給煤量，并且研磨困難，煤粉顆粒較粗，燃燒產(chǎn)生的灰渣量和飛灰量加大、顆粒也較粗。該文針對(duì)低熱值煤特點(diǎn)制定改進(jìn)技術(shù)對(duì)策，如圖1所示。

圖1 根據(jù)低熱值煤種特點(diǎn)制定的技術(shù)對(duì)策

2.1 制粉系統(tǒng)改進(jìn)

后石電廠的鍋爐設(shè)計(jì)為CP1～CP4機(jī)組磨煤機(jī)4運(yùn)1備可帶滿(mǎn)負(fù)荷，CP5～CP6磨煤機(jī)5運(yùn)1備可帶滿(mǎn)負(fù)荷，而在燃用低熱值煤后，變成全投磨煤機(jī)才能帶滿(mǎn)負(fù)荷。經(jīng)研究決定，在提升單臺(tái)磨煤機(jī)出力的同時(shí)保證煤粉細(xì)度，即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。但單臺(tái)磨出力增大，一旦出現(xiàn)故障，影響較大，因此通過(guò)增設(shè)邏輯來(lái)迅速降負(fù)荷，以穩(wěn)定工況。

2.1.1 提升單臺(tái)磨煤機(jī)出力

2.1.1.1 優(yōu)化磨煤機(jī)控制參數(shù)

通過(guò)調(diào)研其他電廠，并結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該文通過(guò)調(diào)整磨煤機(jī)入口溫度來(lái)增加干燥出力，并調(diào)整磨煤機(jī)入口風(fēng)量來(lái)增加通風(fēng)出力。改進(jìn)后，CP1～CP4單臺(tái)磨煤機(jī)從常態(tài)出力58t/h提升至最大出力69t/h，燃煤熱值＞19.25kJ/kg時(shí)，磨煤機(jī)4運(yùn)1備可帶滿(mǎn)負(fù)荷。CP5～CP7單臺(tái)磨煤機(jī)從常態(tài)出力48t/h提升至最大出力58t/h，燃煤熱值＞18.42kJ/kg時(shí)，磨煤機(jī)5運(yùn)1備可帶滿(mǎn)負(fù)荷。并根據(jù)磨煤機(jī)最大出力測(cè)試結(jié)果修訂操作規(guī)程（SOP）、報(bào)警值和記錄表。如果磨煤機(jī)全投不考慮備用，燃煤熱值＞16.74kJ/kg時(shí)，機(jī)組可帶滿(mǎn)負(fù)荷。

2.1.1.2 優(yōu)化旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速

良好的煤粉細(xì)度可有效保證燃燒完全，降低灰渣和飛灰中可燃物的含量。通常煤粉細(xì)度會(huì)隨磨煤機(jī)出力的提升而下降，特別是在磨煤機(jī)出力提升的階段，煤粉細(xì)度R75從31.6%升至37.6%，R200由0.8%大幅升至6.8%。確保磨煤機(jī)電流和差壓等參數(shù)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，優(yōu)化旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，煤粉細(xì)度R75和R200分別降至28%和1.2%。具體修訂參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速修訂

2.1.2 新增“RUN DOWN”邏輯

燃用低熱值煤高負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，每臺(tái)磨煤機(jī)出力均接近上限，當(dāng)任一臺(tái)磨煤機(jī)故障跳閘時(shí)，其余磨煤機(jī)無(wú)備用調(diào)節(jié)空間，鍋爐水燃比不匹配，如果降載不及時(shí)或降載速率較慢，可能會(huì)因主蒸汽溫度低而造成鍋爐主燃料跳閘（MFT）。經(jīng)過(guò)探討，該文通過(guò)所有運(yùn)行磨煤機(jī)最大出力演算出最高負(fù)荷，并與鍋爐輸入指令進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)偏差超過(guò)設(shè)定值時(shí)“RUN DOWN”動(dòng)作，自動(dòng)快速降負(fù)荷。目前CP1～CP4新增跳磨“RUN DOWN”邏輯，CP5～CP7新增“總?cè)剂狭坎荒苤萎?dāng)前負(fù)荷” RUN DOWN觸發(fā)條件。當(dāng)“RUN DOWN”動(dòng)作時(shí)，報(bào)警提示“降載動(dòng)作或燃料不足”，控制模式自動(dòng)切換至BI（鍋爐輸入控制），負(fù)荷自動(dòng)降載至“可滿(mǎn)足上限”。

2.2 灰渣系統(tǒng)DCC改進(jìn)

CP1～CP6灰渣系統(tǒng)DCC原設(shè)計(jì)出力為3t/h～10t/h，其中CP1～CP4三菱鍋爐為雙爐膛結(jié)構(gòu)，灰渣量較多，已于2014年提升出力至10t/h～30t/h后，效果明顯。CP5～CP6的CE鍋爐為單爐膛結(jié)構(gòu)，灰渣量相對(duì)較少，當(dāng)時(shí)并未改進(jìn)。在運(yùn)行方面，優(yōu)化鍋爐吹灰順序，特別是針對(duì)前屏過(guò)熱器LS-02A/B吹灰時(shí)容易掉大渣，將一對(duì)同時(shí)吹灰改為單根吹灰，并通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)視DCC渣量情況，及時(shí)停止吹灰，以匹配DCC出力。但現(xiàn)出力已不能滿(mǎn)足燃用低熱值煤的需求，異常情況見(jiàn)表2。因此擬在CP5～CP6的DCC原有外殼體下，將原液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為雙變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，重新設(shè)計(jì)傳動(dòng)輪系，更換驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、張緊輪、鏈條和刮板等，優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)，提升DCC出力。CP7的DCC原設(shè)計(jì)出力10t/h～30t/h可滿(mǎn)足需求，無(wú)須改進(jìn)。

2.3 飛灰傳送系統(tǒng)改進(jìn)

后石電廠電除塵器采用單室五電場(chǎng)形式，逐級(jí)分4列布置共20個(gè)電場(chǎng)，配置20臺(tái)可控硅整流變以提供高壓電場(chǎng)電源。電場(chǎng)內(nèi)部分布G型陽(yáng)極板與螺旋線(xiàn)圈型陰極絲，每個(gè)電場(chǎng)分別配置2個(gè)集灰斗與飛灰傳送器，共40個(gè)灰斗與飛灰傳送器。配置2臺(tái)除塵空壓機(jī)與干燥器，以提供壓縮空氣，為輸灰系統(tǒng)提供氣源。

首先，原設(shè)計(jì)4臺(tái)ACB開(kāi)關(guān)各帶一列電場(chǎng)，其中一臺(tái)ACB開(kāi)關(guān)故障跳閘，就會(huì)造成一列電場(chǎng)全部跳閘，相應(yīng)跳閘電場(chǎng)對(duì)應(yīng)灰斗灰粒變粗，導(dǎo)致灰無(wú)法正常傳送，也易造成煙囪粉塵濃度超標(biāo)。經(jīng)過(guò)電除塵電源交叉改進(jìn)后（如圖2所示），當(dāng)一臺(tái)ACB開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)一整列電場(chǎng)跳閘，而是不同列個(gè)別電場(chǎng)跳閘，最多失電2個(gè)電場(chǎng)，仍有3個(gè)電場(chǎng)正常運(yùn)行，問(wèn)題得以改進(jìn)。

圖2 電除塵電源交叉改進(jìn)

其次，電除塵飛灰產(chǎn)生量估算如下：總煤量×飛灰含量（百分比）×0.85（0.15底渣）×0.8（一電場(chǎng)收集80%飛灰。同理，二電場(chǎng)收集剩下的80%，以此類(lèi)推）。當(dāng)飛灰含量大于20%時(shí)，高負(fù)荷產(chǎn)生的飛灰量大于傳送量（一電場(chǎng)設(shè)計(jì)飛灰傳送量46t/h），灰斗料位就會(huì)繼續(xù)上升。考慮高料位多發(fā)生在電除塵一、二電場(chǎng)對(duì)應(yīng)的灰斗，因此重新優(yōu)化電場(chǎng)的二次電流與充電比參數(shù)，降低前2個(gè)電場(chǎng)出力，增大后面3個(gè)電場(chǎng)出力。但經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該方案效果有限，燃用低熱值煤種時(shí)，容易出現(xiàn)煙囪粉塵濃度超標(biāo)，并且后面3個(gè)電場(chǎng)對(duì)應(yīng)的灰傳送量超過(guò)設(shè)計(jì)值，高料位灰斗數(shù)量也會(huì)增加。

最后，參考麥寮電廠，擬將靜電除塵器（EP）傳送負(fù)荷最大的第一、二電場(chǎng)，由原來(lái)的2個(gè)傳送器共享一根輸灰管道改進(jìn)為獨(dú)立傳送，即將原8根輸灰管道增至16根，并提升配套的壓縮空氣系統(tǒng)和灰?guī)熵?fù)壓系統(tǒng)出力，優(yōu)化改進(jìn)PLC控制系統(tǒng)，傳送負(fù)荷較輕的第三、四、五電場(chǎng)輸灰管道保持不變。

2.4 設(shè)備保養(yǎng)和改進(jìn)

在燃用低熱值、高灰分煤后，磨煤機(jī)故障率增加，如磨輥和磨盤(pán)磨損嚴(yán)重造成磨本體差壓升高。為防止出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，需要降低單臺(tái)磨出力。沖刷會(huì)使煤粉管漏粉頻發(fā)，磨煤機(jī)襯板脫落，造成磨煤機(jī)內(nèi)部故障。鍋爐受熱面受沖刷影響而增大（高灰分），發(fā)生爆管概率也隨之增大。保養(yǎng)和改進(jìn)方法如下：1）更換磨輥、磨盤(pán)焊材。磨輥、磨盤(pán)磨損后通常采用堆焊的方式進(jìn)行修復(fù)，升級(jí)磨輥、磨盤(pán)堆焊材料材質(zhì)，提升其耐磨性能。2）磨煤機(jī)襯板螺栓頭部原為外凸式，容易受到磨損，無(wú)法牢固固定襯板，改為沉孔式可避免磨損[4]。3）檢查旋轉(zhuǎn)分離器葉片。結(jié)合定檢檢查，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的葉片，有效保持合格的煤粉細(xì)度，盡量避免產(chǎn)生較粗的飛灰顆粒。4）充分利用定檢、調(diào)停機(jī)會(huì)檢查鍋爐受熱面是否存在出列或變形的管排，如果有應(yīng)及時(shí)恢復(fù)，對(duì)無(wú)法及時(shí)恢復(fù)增加防磨瓦并采取防偏轉(zhuǎn)措施進(jìn)行防護(hù)[5]。對(duì)重點(diǎn)部位和發(fā)生過(guò)異常的部位逢停必檢，縮短保養(yǎng)周期，并適當(dāng)提前更換磨損嚴(yán)重的爐管。

3 完成情況

截至2022年11月30日，全廠38臺(tái)磨煤機(jī)均已完成最大出力測(cè)試和調(diào)整，CP1～CP4磨煤機(jī)最大出力為69t/h、CP5～CP7磨煤機(jī)最大出力為58t/h，可連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。新增“RUN DOWN”快速降載邏輯，CP1～CP7邏輯已載入，機(jī)組啟動(dòng)后測(cè)試正常。CP5/CP6的DCC已于2022年7月11日訂購(gòu)，待結(jié)合2023年定檢實(shí)施。改進(jìn)了飛灰傳送系統(tǒng)，配合2023年定檢擬先擇CP3試點(diǎn)，后續(xù)視經(jīng)營(yíng)狀況和改進(jìn)效果，再擇1～2部機(jī)實(shí)施改進(jìn)，逐步滿(mǎn)足燃用低熱值煤的需求。

4 改進(jìn)效果

節(jié)約煤炭采購(gòu)成本：以每年可多燃用100萬(wàn)t低熱值煤、采購(gòu)低熱值煤以40元/t有利價(jià)差保守估算，年節(jié)約煤炭采購(gòu)成本人民幣4000萬(wàn)元，折單部機(jī)組效益約571.4萬(wàn)元。

減少限載：經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2022年煤質(zhì)因素限載次數(shù)比2021年同比下降約75%，限載負(fù)荷由500MW～520MW提升至550MW～570MW。

減少跳機(jī)：新增“總?cè)剂狭坎荒苤萎?dāng)前負(fù)荷” RUN DOWN快速降載邏輯，提高機(jī)組自動(dòng)控制水平，降低了磨煤機(jī)跳閘后水燃比嚴(yán)重失配導(dǎo)致跳機(jī)的可能性[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述改進(jìn)措施，后石電廠成功提升了機(jī)組燃用低熱值煤能力，降低了煤炭采購(gòu)成本，同時(shí)減少了機(jī)組限載和被迫停機(jī)的情況，確保了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。在今后的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，后石電廠將繼續(xù)優(yōu)化技術(shù)策略和工作方法，使機(jī)組運(yùn)行更高效、穩(wěn)定、可靠而安全。