磨煤機干燥出力技術及其在機組運行調整中的影響分析

賈文飛 王曉峰 李中堯 谷明亮 霍英海

摘? ?要： 煤泥水分含量高、發熱量較低，使得火力發電廠中的煤泥摻燒工藝無法完全得到發揮。以某火力發電廠為研究對象，介紹磨煤機的工作模式，分析得到存在的問題：一是磨煤機出口溫度偏低使得干燥出力受限;二是三號高壓加熱器進汽溫度偏高導致泄漏等。提出磨煤機干燥出力技術方案：將機組三段抽汽從三號高壓加熱器引入熱一次風道的加熱器，降低機組三段抽汽溫度;降溫后，再將機組三段抽汽引回三號高壓加熱器。技術改造實施后，磨煤機干燥出力改善，出口溫度升高，再熱汽溫可以達到額定值，降耗高達33.0%，提高了高壓加熱器的使用安全性。

關鍵詞： 磨煤機干燥出力;高壓加熱器;機組三段抽汽;出口溫度;煤泥摻燒

中圖分類號：TQ536? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 06-150-05

工業技術創新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.026

引言

在火力發電廠中，煤泥摻燒可以起到提高燃料利用率、調控燃燒穩定性等作用。但是，煤泥水分含量高、發熱量較低，使得煤泥摻燒工藝一直存在諸多問題。例如直流鍋爐可能發生諸如燃料中斷、堵磨[1]等問題;且由于燃料均是由磨煤機出口直接進入爐膛的，因此燃料中斷還會進一步引起“全燃料喪失”，造成鍋爐滅火[2]和機組跳閘等后果。近幾年多家火力發電廠都為煤泥摻燒問題提出了解決方案，但并沒有考慮到各解決方案對機組運行的特征影響，沒有獲得完備的理論和數據依據。

本文調研的火力發電廠有兩臺350 MW超臨界直流供熱機組，分別于2013年底和2014年初投產。機組鍋爐采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統，每臺鍋爐配備5臺ZGM113K-II型磨煤機。兩臺機組投產后，當燃用設計煤種時，磨煤機能夠滿足額定出力，4臺運行、1臺備用，鍋爐燃燒一次風率為23%;當燃用完全燃燒校核煤種時，5臺運行，鍋爐燃燒一次風率為28%。磨煤機出口溫度維持在 60～80℃之間。2016年，為控制燃料成本，機組開始引進煤泥摻燒工藝[3]，因而引發了上述一系列問題，導致磨煤機干燥出力受限。2018年，我公司利用檢修契機對機組進行了改造，引進了磨煤機干燥出力技術，相關問題得到改善。

本文首先介紹磨煤機的工作模式，歸納技術應用中存在的問題;然后提出具體的磨煤機干燥出力技術方案;最后總結分析技術應用后對機組運行調整的影響，并評估改進效果。

1? 磨煤機工作模式及存在的問題

1.1? 工作模式

磨煤機的加載模式為液壓變加載，每臺磨煤機配備一臺液壓加載泵。加載裝置根據煤量的變化改變磨輥的加載力。當加載裝置發生故障時，磨煤機可由變加載切換至定加載。磨煤機的排渣模式為人工排渣，排渣門采用液壓控制，每臺磨煤機配備一臺液壓排渣泵。磨煤機的給煤模式為通過改變給煤機轉速控制給煤量，每臺磨煤機配備一臺EG2490型電子稱重式給煤機，給煤機密封風來自冷一次風道，用于給煤機本體的密封。此外，制粉系統中配備兩臺離心式密封風機，用于磨煤機傳動盤和機殼拉桿的密封以及磨輥和分離器的密封。磨煤機設計的額定出力為47.05 t/h，最大出力為59.03 t/h。

1.2? 存在的問題

該電廠通過汽車煤的供應來完成燃料供給。2016年起，該電廠的燃料供給結構發生變化，低熱值煤、高硫煤、煤泥開始摻燒入廠，造成了燃料配比的不均衡，尤其是煤泥的配比額度不均、水分含量較高，嚴重影響了磨煤機干燥出力情況，甚至在機組負荷偏離計劃負荷時，也來不及對煤泥摻燒比例進行調整，煤種的使用與設計偏差遠遠超出容許的范疇[4]。煤泥摻燒后燃料主要數據對比如表1所示。

1.2.1? 磨煤機出口溫度偏低

劣質煤，尤其是煤泥的摻燒不僅影響了入爐煤的發熱量，而且對磨煤機運行效果造成了一定影響。由于煤泥水分含量較高，因此有時入爐煤收到基水分可達30%以上，而磨煤機的設計標準為對收到基水分為13%左右的煙煤進行研磨。大量的煤泥摻燒致使磨煤機出口溫度無法達到設計的60～80℃，而是僅能長期維持在50～58℃。此外，出于保證負荷接帶和降低成本的考慮，通常在低負荷下大量摻燒煤泥，高負荷時少量摻燒煤泥，若煤泥發熱量不足，且煤泥配比過大，也可能出現磨煤機出口溫度低于52℃的情況[5]。

1.2.2? 磨煤機干燥出力受限

磨煤機內部風溫下降，且燃料中水分較多，導致煤粉氣流粘性增加。而且，部分煤泥是洗煤時沖刷產生的，組成比較復雜，甚至含有細沙、石子等。未摻燒煤泥前，當磨煤機正常運行時，入口一次風壓維持在7～7.5 kPa，出口風壓維持在2.5～3.5 kPa，煤量只能維持在45 t/h以下。但煤泥摻燒后，尤其是煤泥含有大量細沙、石子時，由于其密度較大又無法研磨，它們在磨煤機內部大量堆積，且無法及時排出，導致磨煤機出口風壓急劇下降[6]（一度降至不足2 kPa），不僅使得磨煤機干燥出力嚴重受限，而且增加了磨煤機堵磨的風險。此外，煤泥摻燒時要根據負荷的高低調整摻配比例，使得磨煤機的運行工況頻繁改變，由于磨煤機采用液壓加載調整模式，一旦調整不及時，也會加劇磨煤機的磨損。

1.2.3? 高壓加熱器進汽溫度偏高引起泄漏

該電廠自投運以來，機組三段抽汽溫度偏高。在100%THA工況下，若維持額定再熱蒸汽溫度為566℃，則機組三段抽汽溫度高達495℃，遠遠超過高壓加熱器設計的進汽溫度488℃。該電廠三號高壓加熱器發生過多次泄漏事件，經分析，主要原因來自機組運行過程中進汽溫度長期偏高[7]。為保證設備安全，在機組運行調整中不得不壓低再熱汽溫運行，在100%THA工況下，一度壓低至550℃左右，甚至在事故減溫水全開的情況下，不得不連同壓低主汽溫運行，最低壓低至540℃，遠遠低于超臨界直流鍋爐汽溫控制標準，進而嚴重影響機組經濟運行。

2? 磨煤機干燥出力技術方案

為保證章節1.2所述問題的有效解決，該電廠提出了磨煤機干燥出力技術，其宗旨是將機組三段抽汽從三號高壓加熱器引入熱一次風道的加熱器中，在提高熱一次風溫的同時，降低機組三段抽汽溫度;降溫后，機組三段抽汽再引回三號高壓加熱器。技術方案如圖1所示。

在圖1中，在熱一次左、右風道處各加裝一個磨煤機干燥出力加熱器，除原有的機組三段抽汽逆止門及電動門外，還在三號高壓加熱器入口安裝一套進汽控制調整閥組，正常運行時，閥組全部關閉，機組三段抽汽通過磨煤機干燥出力加熱器出入口電動門控制加熱磨煤機入口一次風[8]。當然，以下幾點影響因素也值得考慮：

（1）機組三段抽汽管道在經過長管道及磨煤機干燥出力加熱器后，壓力必然會大幅下降，那么三號高壓加熱器的正常疏水是否會受阻？

（2）磨煤機入口一次風壓在改造后有所降低，是否能夠滿足高負荷時的運行需求？

（3）三號高壓加熱器進汽溫度的降低，勢必會引起給水溫度的降低，對機組經濟性的影響如何？

3? 技術應用對機組運行調整的影響

該電廠在2018年機組檢修期間進行了改造，磨煤機干燥出力技術正常投入運行。2年的運行觀察表明，設計需求初步實現，對運行調整的影響也基本顯現，以下就技術應用對機組運行調整的影響進行總結和分析。

3.1? 對出口溫度的影響

磨煤機干燥出力技術的投入使用，使得磨煤機運行工況大幅改善。技術投入使用前，在100%THA工況下，磨煤機入口一次風溫為290～300℃，磨煤機出口溫度為50～58℃。技術投入使用后，在100%THA工況下，磨煤機入口一次風溫為320～330℃，磨煤機出口溫度可以控制到63～70℃范圍[9]。磨煤機內部溫度升高，使得煤粉氣流濕度降低，機組出力大幅升高，在最近一次磨煤機干燥出力試驗中可以滿足50 t/h的出力。同時，磨煤機內部運行工況的改變，使得磨煤機的液壓加載力可以設定得更低，入口風量也可大幅下降，進而減少磨煤機內部磨損，降低磨煤機故障率。磨煤機干燥出力裝置投運前后磨煤機出口平均溫度對比如表2所示。

3.2? 對進汽溫度、給水溫度、疏水性能等的影響

在磨煤機干燥出力技術投入使用后，機組三段抽汽經過新加裝管道及加熱器，在對熱一次風進行加熱之后，再引回三號高壓加熱器入口，使得三號高壓加熱器入口的進汽溫度大幅下降，蒸汽溫度較之前下降130℃左右。經試驗，在100%THA工況下，進汽溫度可由495℃下降至365℃左右。溫度的降低為設備的安全運行提供了保障，近2年運行當中，三號高壓加熱器未發生過泄漏事件，在機組檢修期對換熱管進行檢查，也未發現變形變薄現象。但是，抽汽管道的改造，對機組給水系統運行工況帶來了一定的影響。三號高壓加熱器進汽在經歷一系列長管道及加熱器后，壓力下降0.3 MPa左右，導致三號高壓加熱器疏水調門增開5%左右;同時，三號高壓加熱器出口給水溫度下降7℃左右，進而影響了鍋爐給水溫度，使鍋爐上水溫度較之前下降4℃左右。

3.3? 對一次風壓的影響

既然兩臺磨煤機干燥出力加熱器分別安裝在熱一次風管道左、右側風道處，那么一次風道阻力必然會增加。通過安裝在磨煤機干燥出力加熱器出入口的差壓測點可知，在100%THA工況下，差壓能夠達到900 Pa左右，導致磨煤機入口一次風壓下降0.1 kPa左右;在50%THA工況下，磨煤機干燥出力加熱器出入口差壓能夠達到180 Pa左右。磨煤機入口壓力的下降，影響了磨煤機正常運行，不得不增加一次風母管壓力，但磨煤機內部溫度的升高又使得內部風壓需求有所降低。經過2年的運行觀察，使一次風機電流較之前增加3 A左右，即可滿足磨煤機正常出力的要求。磨煤機干燥出力裝置投運后數據統計如表3所示。

3.4? 對機組再熱汽溫的影響

通過對以往數據的收集可以看到，為防止三號高壓加熱器超溫泄漏，機組主、再熱器溫度長期受限，在100%THA工況下，再熱汽溫一般維持在550℃左右，在事故減溫水全開的情況下，甚至需要將主汽溫壓低至540℃左右。在磨煤機干燥出力技術投入使用后，再熱汽溫不再受限，在100%THA工況下，再熱汽溫可以達到額定再熱汽溫566℃左右，為提高主汽溫度，甚至可以一度將再熱汽溫控制在570℃。主、再熱器溫度的提升，為機組運行帶來了極大的經濟收益。

4? 綜合評估

通過磨煤機干燥出力的應用，不僅改善了燃燒系統相關的工況更是使得磨煤機單耗有了大幅度的降低[10]。為此，收集了2016年兩臺機組未加裝磨煤機干燥出力時的數據，以及2018年10月，1號機組加裝磨煤機干燥出力、2號機組未加裝磨煤機干燥出力的數據，進行對比，如表4和表5所示。

通過數據分析可以得知，兩臺機組在2016年的磨煤機平均單耗均為8.40 kWh/t。2018年，1號機組經過技術改造后單耗降至6.73 kWh/t，2號機組的單耗增長至10.04 kWh/t，表明技術改造可降耗約33.0%。在此期間內磨煤機無其他重大技改項目，因此磨煤機干燥出力的應用所帶來的降耗效果是顯而易見的。

5? 結束語

磨煤機干燥出力技術的提出和應用，一方面滿足了磨煤機的出力工況要求，另一方面提高了高壓加熱器的運行可靠性。首先，磨煤機運行工況大幅改善，大幅度地提高了磨煤機的出口溫度，降低了磨煤機的單耗。其次，機組三段抽汽的使用，又降低了三號高壓加熱器的入口溫度，提高了三號高壓加熱器的使用安全性。

技術改造后，雖然在機組運行中發現該技術對給水溫度、一次風壓、疏水性能等帶來了一定的影響，但2年的運行觀察綜合表明，這些方面對機組運行調整帶來的影響在合理范圍內，完全不影響對應用需求的滿足。因此總體而言，磨煤機干燥出力技術應用較為成功，值得在同行業中推廣應用。

參考文獻

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作者簡介：

賈文飛，通信作者，男，本科，熱動工程師。自2011年畢業后一直從事350 MW超臨界供熱機組運行調整工作，目前已有近10年工作經驗，對超臨界機組特性掌握牢靠，同時對熱電聯產項目熟知，熟悉超臨界直流鍋爐特性。此次研究成果為對磨煤機干燥出力技術進行相關改進而得。

E-mail： kbsjiawenfei@163.com

（收稿日期：2020-10-09）