磨煤機一次風壓低保護邏輯的分析與改進

張國峰，武旭升

（大唐陽城發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

1 系統概況

大唐陽城電廠二期工程為2臺600 MW燃煤汽輪發電機組。鍋爐是東方鍋爐廠引進美國福斯特-惠勒公司技術設計制造的“W”型火焰鍋爐，鍋爐的最大連續蒸發量為2060t/h，設計煤種為晉東南無煙煤，每臺鍋爐配有2臺一次風機和6臺雙進雙出球磨機。

2 系統分析

一次風機為動葉可調軸流式風機，并聯運行；制粉采用了正壓直吹式系統，煤粉被具有一定風壓的一次風吹至爐膛。每套制粉系統分別從冷風和熱風母管引出一路風經開度可調的冷熱風擋板后匯合成該套制粉系統的入口總一次風。溫度合適的一次風經該套制粉系統的一次風關斷擋板后，分別從磨煤機兩端的一次風進風空心圓管進入磨煤機筒體。

2.1 磨煤機的通風量對煤粉的影響

送入磨煤機的一次風，一方面可干燥原煤與煤粉，另一方面將磨制好的煤粉吹送出來，可見磨煤機的出力是隨通風量的大小而變化的。當通風量很小時，燃料將大部分集中在筒體的進口端，由于鋼球沿筒體長度方向上的分布基本上是均勻的，因此在筒體后部的鋼球能量沒有充分利用，很大一部分能量消耗在金屬的磨損和發熱上，同時因為筒體內風速低，從筒體帶出的僅僅是少量的細煤粉；當通風量過大時，通風電耗增加，同時由于筒體內風速過高，大量的不合格粗粉被攜帶出來，使粗粉分離器的回粉量增加，也相應提高了輸粉消耗的能量。

綜上所述，當筒體內通風量合適時，可以改善沿筒體長度方向的煤對鋼球的充滿度，使磨煤機出力增加，電耗降低，即在一定筒體通風量下，可以達到磨煤機和通風總電耗最小。此時的通風量為最佳通風量，它與煤的種類、分離器后煤粉細度以及鋼球充滿系數等有關。

2.2 磨煤機的負荷控制

磨煤機負荷控制指的是對磨煤機出力大小的調節，對于正壓直吹式系統，主要是調節磨煤機入口的一次風流量。從燃料主控系統來的負荷指令直接作用于負荷調節擋板，通過開大或關小擋板的開度來改變一次風流量，從而調節進入爐膛的煤粉量以達到調節鍋爐負荷的目的。

進入磨煤機的總風量指的是進入磨煤機的一次風量加上進入混煤箱的旁路風流量的總和。進入混煤箱的旁路風，可以保證在任何煤粉流量下煤粉管道中都具有足夠的煤粉輸送速度；另外，磨煤機的出力是靠調節進入磨煤機的一次風量來控制的，所以既要根據鍋爐的負荷保證一定的出力，又要保證在煤粉管道中擁有足夠的煤粉輸送速度，這就要對總風量、入磨風量、旁路風量進行控制。

制粉系統對一次風的要求除了需要有滿足磨煤機出力的流量外，還包括任意出力下應有一定的風壓，以保證磨煤機在任何負荷下一次風壓力始終維持在所需范圍內，從而保證煤粉的正常輸出。磨煤機的一次風壓力控制是通過調節一次風機入口動葉開度來實現的。一次風母管壓力的設定值將根據鍋爐負荷自動生成，同時可以手動設定偏置值。設定的一次風壓力值同實際的一次風壓力通過PI控制器比較后，最終通過對一次風機入口動葉開度的調節來實現對一次風系統壓力的調節。

2.3 鍋爐的燃燒控制

鍋爐燃燒過程要組織得好，除從燃燒機理和熱力條件加以保證，使煤粉氣流能迅速著火和穩定燃燒外，還要使煤粉與空氣均勻混合，才能使燃燒過程迅速完成，并能以最小的過量空氣系數達到完全燃燒。在煤粉鍋爐中這些要求的實現與燃燒器的結構、布置及其流體動力特性有關。

燃燒器是鍋爐的主要燃燒設備，其作用是保證燃料和空氣的充分混合、及時著火和穩定燃燒。通過燃燒器送入鍋爐的空氣是根據對著火、燃燒有利而合理組織、分別送入的。按送入空氣的作用不同，可以將送入的空氣分為一次風、二次風和三次風。一次風是攜帶煤粉送入燃燒器的空氣，二次風是煤粉著火后再送入的空氣，三次風是采用熱風送粉時制粉系統的乏氣。

煤粉與空氣的混合物由燃燒器以射流方式噴入爐膛后，通過紊流擴散和內回流卷吸周圍的高溫煙氣，同時又受到爐膛四壁及高溫火焰的輻射，而將懸浮在氣流中的煤粉迅速加熱。煤粉在獲得了足夠的熱量并達到一定溫度后就開始著火燃燒。在實際燃燒設備中，希望煤粉離開噴口不遠就能穩定地著火。如果著火過早，可能使燃燒器噴口過熱而燒壞，也易使噴口附近結渣；如果著火過遲，就會推遲整個燃燒過程，致使煤粉來不及燒完就離開爐膛，增大機械不完全燃燒熱損失，而且著火推遲，還會使火焰中心上移，造成爐膛上部或爐膛出口部位受熱面發生結渣。

煤粉氣流著火的快慢可用著火時間或著火速度表示。所謂著火速度就是火焰的傳播速度，也就是指在穩定著火后，火焰前沿的擴張(移動)速度。煤粉氣流著火后就開始燃燒，形成火炬。著火以前是吸熱階段，需要從周圍介質中吸收一定的熱量來提高煤粉氣流的溫度，著火以后才是放熱過程。將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要的熱量成為著火熱，它包括加熱煤粉和一次風所需熱量以及煤粉中水份蒸發、過熱所需熱量。增大煤粉氣流中的一次風量，便相應地增大了著火熱，將使著火過程推遲；減少一次風量，會使著火熱顯著降低，因為在同樣的爐溫和卷吸煙氣量的情況下，可將煤粉氣流更快地加熱到著火溫度。但是，一次風量也不能過低，否則會由于著火燃燒初期得不到足夠的氧氣，而使反應速度減慢，妨礙著火的繼續擴展。另外，對于熱風送粉系統，一次風量還必須滿足輸粉的要求，否則會造成煤粉堵塞。

2.4 鍋爐燃燒中出現的問題及可采取的措施

通過合理使用一次風，可以使風、粉混合均勻，使燃燒既快又完全，這樣爐膛出口煙溫就會降低；如果一次風量太大，火焰中心就會上移，爐膛出口煙溫亦隨之升高。因此，在運行中要適當調整一、二次風的風速和比例，磨煤機的一次風壓低保護也就成為鍋爐輔機的一項重要保護，其邏輯通常為風壓低時觸發跳磨保護。但根據以上分析，多臺磨煤機的同時跳閘勢必會引起鍋爐燃燒的急劇惡化，嚴重時甚至會引起鍋爐滅火，造成機組的非計劃停運。解決此問題的關鍵就在于減少風壓低時的跳磨數量，即當出現一次風母管壓力低信號時，有選擇地停掉一部分磨煤機，只要一次風母管壓力能夠及時恢復，就不需要將磨煤機全部停運。此時由于停磨數量較少，對鍋爐燃燒的影響也必然較小，也就有利于機組的穩定運行。

3 保護邏輯的改進方案

為了防止一次風壓低時6臺磨煤機(編號A，B，C，D，E，F)同時跳閘導致鍋爐滅火，應完善一次風母管壓力低跳磨的保護邏輯。

我廠鍋爐每臺磨煤機有6個煤火嘴，每個煤火嘴有1支油槍，火嘴的布置方式見圖1。

改進思路是：一次風母管壓力低觸發保護后延時15 s跳C，D磨煤機，聯投A，F組油槍；延時45 s后，若一次風壓力仍低則跳B，E磨煤機；延時75 s后，若一次風壓力仍低則跳A，F磨煤機。這期間如果一次風壓力恢復正常值，則停止跳磨。

跳磨時要具有選擇性，即一次風壓低觸發保護時需跳某臺磨而該磨未運行時，則旁路該磨而跳下一臺運行磨，即按C→B→A，D→E→F的順序選擇。

油槍投運也要有選擇性，即一次風壓低跳2臺磨后應聯投2組油槍，若該磨未運行則旁路其對應的油槍而投運下組油槍(按A→B→C，F→E→D的順序選擇)。

另外，在出現4臺磨運行時，若出現A，B，C 3臺磨與D，E，F中的任一臺組合(或D，E，F 3臺磨與A，B，C中的任一臺組合)的情況，在跳磨時應選擇先跳C，B 2臺磨(或D，E 2臺磨)。

4 實施后的效果

在該方案獲得批準后，利用2臺機組的小修機會，對磨煤機一次風壓低的保護邏輯進行了改進。僅僅過了不到4個月，就有1臺鍋爐因單側風煙系統發生RB，使得本側的送風機、引風機、一次風機全部跳閘，造成磨煤機入口的一次風壓瞬間低于保護值，觸發了磨煤機跳閘的保護信號。在完成2臺磨煤機的跳閘后，磨煤機入口的一次風壓順利恢復到了正常值，避免了全部6臺磨煤機跳閘給鍋爐燃燒帶來的巨大影響，有效避免了一次機組的非計劃停運，實現了預期目標。

5 結束語

通過對該項保護的分析與改進，既能確保磨煤機運行所要求的正常一次風母管壓力值，又能減少多臺磨煤機同時跳閘對鍋爐燃燒的巨大影響，大大增強了保護邏輯的可靠性和鍋爐運行的穩定性。