利用一次風冷卻器降低燃煤機組煤耗

周國平，黃素華，呂曉東，沈叢奇，夏 杰

（1.上海上電漕涇發電有限公司，上海 201507；2.上海明華電力技術工程有限公司，上海 200090；3.淮滬煤電有限公司 田集發電廠，安徽 232098）

0 引言

由于直吹式制粉系統具有設備少、布置緊湊、投資省、磨煤電耗低、系統簡單等優點，現代大容量電站鍋爐較多地采用這種形式的制粉系統。由于磨煤機及制粉系統的運行與鍋爐的運行緊密地聯系在一起，其運行性能必須綜合考慮鍋爐運行的要求，兩者的運行性可能相互影響、相互制約。為了適應煤種水分多變的情況，在大多數情況下，空氣預熱器出口熱一次風溫度比磨煤機入口干燥介質要求溫度高許多。

傳統中速磨直吹式制粉系統通過冷、熱一次風的混合來調節磨煤機的入口風溫，這樣勢必有相當一部分冷一次風不通過空氣預熱器，減少了通過預熱器的冷風總量，會使鍋爐排煙溫度升高，機組煤耗升高［1］。而通過在熱一次風道安裝一次風冷卻器，可以大大減少旁路的冷風量，使大部分一次風通過預熱器，從而降低鍋爐排煙溫度，降低機組煤耗。

1 傳統直吹式制粉系統運行控制特點

以常見的中速磨直吹式制粉系統為例，來分析其運行控制特點。典型的中速磨直吹式制粉系統流程圖［2］，見圖1。

圖1 中速磨煤機直吹式冷一次風機制粉系統

對于結構尺寸確定的磨煤機而言，其滿出力下的通風量是固定值。磨煤機在整個可調的出力范圍內其風量變化的范圍是不大的［3］（見圖2）。

圖2 典型的中速磨風量控制曲線

由圖2可知，與煤量相比，風量變化是比較平緩的。

直吹式制粉系統磨煤機出力或煤種的變化是影響磨煤機出口溫度的主要因素之一，通過改變風煤比或干燥劑進口溫度都可達到調節作用。但是由于風量變化比較平緩，同時為了維持風煤比曲線并使制粉更經濟，在煤質允許的條件下，一般主要通過改變干燥介質入口溫度的方法來調節磨煤機出口溫度。

傳統直吹式制粉系統根據煤種及煤量的變化，通過冷、熱一次風不同的混合比例，來調節磨煤機的入口風溫（干燥劑入口溫度），從而將磨煤機的出口溫度控制在一定的范圍內。這種調節方式的優點是響應速度比較快，能夠快速適應磨煤機煤種及煤量的變化，缺點是有相當一部分冷一次風要從空氣預熱器旁路通過，而且冷一次風流量隨著煤量和煤種的變化而變化。一般，燃煤水分比設計值越小，旁路的冷一次風流量就越大，鍋爐的排煙溫度就越高，機組煤耗就偏高。

目前，鍋爐的設計思路是保證制粉系統對煤種有足夠的適應性能力，主要指收到基水分，對預熱器出口一次風溫的選取都有相當大的富裕度，大都取為320℃～330℃，以保持制粉系統有足夠的干燥能力。這就使得鍋爐對大多數煤種所能提供的干燥能力，是大于或遠大于制粉系統干燥出力要求的。在實際運行中，根據煤種水分的不同，磨煤機入口風溫大都在150℃～260℃，與預熱器出口一次風溫相比有60℃～180℃的溫降。此時，就需要通過摻混大量的冷一次風來降低干燥介質的入口溫度，因此勢必有相當一部分冷一次風要旁路空氣預熱器，從而使鍋爐排煙溫度升高。

最理想的狀況是，熱一次風溫剛好能夠滿足磨煤機入口風溫要求，不需要摻混冷一次風進行調節，此時所有冷一次風都要通過空氣預熱器，可以最大限度降低鍋爐排煙溫度，提高鍋爐熱效率。通過安裝一次風冷卻器可以最大限度地滿足這一要求。

2 一次風冷卻器降低排煙溫度機理

為了減少旁路的冷一次風流量，可以在預熱器出口的熱一次風道中安裝一次風冷卻器，如圖3所示。換熱器的冷卻水取自機組給水回熱系統，通過對冷卻水流量的調節，可以將熱一次風溫t2降低至t3，t3等于或略高于磨煤機要求的干燥介質入口溫度，從而大大減少摻混的冷一次風量，使更多的冷一次風通過空氣預熱器，從而降低鍋爐排煙溫度。

圖3 裝有一次風冷卻器的直吹式制粉系統

由此可見，一次風冷卻器降低鍋爐排煙溫度的原理主要是通過其調溫降低熱一次風溫，從而不需要或只要少量的冷風，就可以滿足磨煤機對干燥介質溫度的要求，而通過一次風冷卻器回收的煙氣熱量可以回注到汽機熱力系統中，提高機組的循環效率。

對于中速磨直吹式制粉系統，在實際運行中，由于每臺磨煤機的煤種和煤量不完全相同，因此每臺磨煤機入口的干燥介質溫度要求是不一樣的。為了滿足所有磨煤機對干燥介質溫度的要求，以及變負荷的快速響應需要，還不能取消冷一次風，只能通過一次風冷卻器將熱一次風溫度降低至對干燥介質溫度要求最高的磨煤機入口溫度。而對其他要求較低干燥介質溫度的磨煤機，還要通過摻混部分冷風來滿足其對入口干燥介質溫度的要求。

目前，在中速磨直吹式制粉系統的實際運行中，通常還可以通過降低一次風量和提高磨煤機出口溫度的方法，在一定程度上降低鍋爐排煙溫度。在干燥出力不變的情況下，其本質都是提高磨煤機入口干燥介質溫度，從而減少旁路空氣預熱器的冷一次風量。但是降低一次風量受到煤粉攜帶速度和煤粉燃燒初期需要空氣量的限制，不能降低太多；而提高磨煤機出口溫度，受制粉系統防爆要求的限制，也不能提高太多。中速磨煤機設計出口溫度一般為70℃～90℃。對于高揮發分煤種，最低應維持65℃～70℃；而對于低揮發分煤種不應高過90℃～95℃［4-5］。而通過安裝一次風冷卻器來調節干燥介質溫度，則沒有這些限制，可以最大限度減少旁路冷一次風量，降低鍋爐排煙溫度。

3 安裝一次風冷卻器的制粉系統運行控制分析

傳統的直吹式制粉系統，以熱風門來控制通過磨煤機的風量，而以冷風門來調節磨煤機入口干燥介質的溫度，這種控制方式能夠快速響應磨煤機煤量和煤種的變化。在安裝一次風冷卻器后，可以在這種控制方式的基礎上，增加一路對通過一次風冷卻器的取自低壓給水的冷卻水流量的控制，通過調節流經一次風冷卻器的冷卻水流量，來控制一次風冷卻器下游的熱風溫度。如果冷卻器下游熱風溫度高于所有磨煤機的入口干燥介質要求溫度，則開大調節閥增加冷卻水流量，降低熱風溫度；反之，如果冷卻器下游熱風溫度低于某臺磨入口干燥介質要求溫度，則關小調節閥減少冷卻水流量，提高熱風溫度。

在磨煤機啟停或快速變負荷過程中，還是以冷、熱風門的調節來快速響應，這是粗調。當磨煤機達到穩定運行工況后，通過對冷卻水流量的調節，來控制一次風冷卻器下游溫度，一般是增加冷卻水流量，降低冷卻器下游熱風溫度值，直到某臺磨煤機的冷風門完全關閉。此時，旁路空氣預熱器的冷一次風流量達到最小，最大限度降低了鍋爐排煙溫度。

4 安裝一次風冷卻器的節能潛力

通過分析可知，安裝一次風冷卻器可以降低鍋爐排煙溫度，但需要對其節能潛力進行分析。下面通過對某超超臨界600MW機組進行計算，來分析考察其節能潛力。

以機組設計煤種及電廠目前燃用的某煤種為分析依據，假定機組運行在基本負荷下，冷、熱一次風溫度及燃料向鍋爐輸入的熱量等都取設計值，并且通過一次風冷卻器回收的熱量全部用于加熱4號低加出口給水，出水全部進入除氧器。某超超臨界600MW機組一次風冷卻器節能潛力分析計算結果見表1。

表1 某超超臨界600MW機組一次風冷卻器節能潛力分析計算結果

在表1中，干燥介質溫度通過制粉系統的熱平衡計算獲得，與實際運行情況也比較吻合。由表1中計算結果可見，安裝一次風冷卻器的節能潛力巨大。節能潛力與燃用煤種的收到基水分密切相關，實際燃用煤種的水分越低，則節能潛力越大。這是因為煤種水分越低，需要的干燥介質溫度也就越低，則需要旁路的冷一次風量就越大，安裝一次風冷卻器后可以減少的冷一次風風量也就越多。

在實際運行中，由于每臺磨煤機的煤種和煤量都不一樣。因此，磨煤機入口干燥介質溫度就有高低之分。一次風冷卻器后溫度只能降低到要求較高的干燥介質溫度，而對于其他要求較低干燥介質溫度的磨煤機還要進一步通過摻混冷風來進行調節。因此，在表1的分析計算中，考慮冷一次風的減少量為80%。可見，如果水分相差較大的煤種進行分磨摻燒，就會減弱一次風冷卻器的節能效果。當然在熱一次風道安裝一次風冷卻器后，會增加一次風的阻力，使得一次風機電耗增加；通過低壓給水系統引過來的冷卻水可能還需要增壓泵，也會增加部分能耗；而且由于一次風阻力的增加，在某些運行工況下，還會增加一次風機失速的可能性。

5 結語

安裝一次風冷卻器雖然會增加部分系統阻力，但是不會影響制粉系統的干燥能力，在制粉系統控制方式上，仍然保留原有冷、熱風門快速響應的特點，因此對制粉系統的運行影響不大，但是卻具有巨大的節能潛力。由于一次風冷卻器安裝在空氣預熱器出口的熱一次風道內，周圍工作介質是含少量灰塵的熱空氣，與低溫省煤器相比，幾乎不存在腐蝕、磨損、防塵問題。總之，安裝一次風冷卻器可以大幅降低鍋爐排煙溫度，尤其是對于燃用低水分煤種、制粉系統干燥出力富余量大的機組，節能效果尤為明顯、節能潛力更大，而且適用于所有中速磨直吹式制粉系統。

用于一次風冷卻器的冷卻水取自于機組給水回熱系統，具體采用哪一級加熱器的出水作為冷卻水，需要根據具體的給水回熱系統來分析。這會影響一次風回熱系統最終的節能效果，但是為了達到高效的利用，一個總的原則是“溫度對口，梯級利用”。

［1］ 胡蔭平.電站鍋爐手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］ DL／T 467—2004電站磨煤機及制粉系統性能試驗［S］.

［3］ 劉德來.中速磨煤機直吹式制粉系統運行特性分析［J］.山西焦煤科技，2008（增刊）：131-133.

［4］ 賈鴻祥.制粉系統設計與運行［M］.北京：水利電力出版社，1995.

［5］ 于彥顯.琿春發電廠褐煤鍋爐磨煤機出口溫度的確定［J］.吉林電力技術，1996（3）：27-31.