660MW機組制粉系統節能優化

河北邯峰發電有限責任公司 鄒加文 武 森 楊會彬 彭澤勝 呂俊鵬

近年來，隨著能源革命和電力體制改革的深化，節能降耗已成為提高火電企業競爭力的必由之路[1]。影響火電機組運行經濟性的因素主要與主機設備和輔機設備的運行經濟性，或性能指標有關[2]。制粉系統作為火力發電廠的重要組成部分，其所消耗的電量占鍋爐側耗電率的一半[3]。為適應當前形勢，某電廠進行了影響制粉系統耗電率的因素分析，包括磨煤機襯板情況、鋼球配比、煤位控制、組合方式等，根據當前制粉系統設備情況，以及電力市場情況做出優化調整。可有效提高鍋爐效率，達到節能降耗的目的，提高電廠核心競爭力。

1 設備概況

某發電廠一期工程安裝有2臺660MW 汽輪發電機組，鍋爐為Foster Wheeler 公司制造。每臺鍋爐配備2臺L4N2214-1.0SBV6T 變頻離心式一次風機，6臺D-12-D 雙進雙出鋼球磨煤機，設計燃用50%無煙煤，50%貧煤，磨煤機設計出力52.164t/h。

某發電廠2臺660MW 機組自1998年投產以來，已經運行了將近25年，但隨著時間的推移，制粉系統調節性能下降、設備老化等原因，使得制粉系統耗電率高居不下，目前電力市場變化、煤炭市場變化造成火電成本顯著升高，降低制粉系統耗電率，降低廠用電率對提升企業的市場競爭力有著重要意義。

2 制粉系統耗電率高原因

火力發電廠普遍存在鍋爐制粉耗電偏高的問題，制粉系統耗電率與磨煤機、一次風機出力直接相關。制粉系統耗電率升高表現為磨煤機運行臺數多、一次風壓高、磨煤機出力下降、襯板磨損等方面，為找出影響制粉系統出力原因，通過分析和調整影響制粉系統的各項參數情況，解決制粉系統耗電率高的問題。

2.1 磨煤機煤位影響

一是磨煤機煤位過高，煤與煤之間的摩擦接觸增多，煤不能被鋼球充分擊打和擠壓，就被風帶走，從磨出來的粗煤粉在分離器處重新回到磨煤機內部，循環負荷增加，二次研磨比例增多，耗電增加；磨煤機內的通風面積會減小，加上煤量的增加，磨煤機的干燥出力會明顯下降，磨煤機的出口溫度會降低，加上煤粉顆粒的增大會影響到燃燒的穩定性和安全性。

二是磨煤機煤位過低，在機組負荷較高的情況下，磨煤機內的通風量過大，煤粉在磨內停留的時間過短，導致煤粉過粗；磨煤機內的存煤量減少，磨煤機的出力變小，影響機組帶負荷；由于鋼球之間的煤量過少，原本用于鋼球、襯板與煤之間擠壓、碰撞、摩擦的能量，過多消耗在鋼球與鋼球、鋼球與襯板之間的碰撞和摩擦，使鋼球和襯板的磨損直線上升，設備損壞增加。

2.2 磨煤機煤粉細度影響

煤粉越細越能夠完全燃燒但同時制粉耗電量增大。因此，在鍋爐設備運行中必須選擇適當的煤粉細度，使兩者的損失最小，則是最佳煤粉細度。影響煤粉細度的因素有燃料的燃燒特性、磨煤機及分離器的性能和燃燒方式。

2.3 磨煤機鋼球加載量的影響

磨煤機存在最佳裝載量，磨煤機鋼球裝載量越大磨煤機出力相對越大，但當達到一定數量后，磨煤機電流明顯增加，但是出力不變，繼續添加鋼球后，鋼球有效落下高度減少后，撞擊作用減弱，出力降低；鋼球裝載量越少，磨煤機出力越低，但是電流也會下降，須根據磨煤機出力及時調整鋼球裝載量。

2.4 制粉系統運行方式影響

在制粉系統運行中，需要平衡磨煤風量、干燥風量及一次風量[4]。制粉系統運行方式影響主要體現在，每一套制粉系統是否在最佳方式下運行，通風出力是否最佳，以及磨煤機啟停時機的影響，需要綜合考慮磨煤機耗電率與一次風機耗電率，做好平衡，達到最經濟運行方式。

2.5 磨煤機設備情況影響

磨煤機長時間運行，襯板磨損對磨煤機出力影響較大，如襯板磨損嚴重，將使鋼球被帶起高度和數量受到影響，直接影響煤粉被碾磨情況，影響磨煤機出力，因此襯板改造也是有效措施。

2.6 磨煤機出口溫度影響

干燥出力作為影響磨煤機出力的三大因素之一，主要受磨煤機出口溫度影響。磨煤機出口溫度高干燥出力高，但是應充分考慮磨煤機防爆，根據DL/T 5145-2012火力發電廠制粉系統設計計算技術規定，磨煤機出口溫度的控制應嚴格按照入爐煤揮發分來確定，因此出口溫度上限已確定，關鍵在于如何使磨煤機出口溫度達到上限值。

3 優化措施

3.1 磨煤機煤位優化

采用單一變量試驗，保持磨煤機通風量約20kg/s 不變，通過改變磨煤機煤位，計算最佳煤位。將磨煤機煤位分別設置為25mm H2O、30mm H2O、35mm H2O、40mm H2O，待煤位穩定后，統計磨煤機出力，經過試驗發現，磨煤機煤位35mmH2O時磨煤機出力最大，如圖1所示，判斷為磨煤機煤位為35mm H2O 時，出力最大，統一將磨煤機煤位設定為35mm H2O。

圖1 不同煤位磨煤機出力情況

3.2 磨煤機煤粉細度優化

對磨煤機進行經濟煤粉細度試驗，通過改變分離器擋板開度，改變磨煤機煤粉細度，對不同煤粉細度下飛灰含碳量對比分析，結果發現磨煤機煤粉細度R90=8-10%時，飛灰含碳量4%左右，達到優秀兩型企業標準。

3.3 磨煤機鋼球加載量優化

磨煤機最佳裝載量時磨煤機效率最高，但不一定是制粉系統耗電率最低運行方式，最佳加載量只是在制粉系統滿出力時最經濟，如磨煤機無法達到滿出力，耗電率影響較大，因此可以充分利用達到最佳裝載量前，鋼球與出力成簡單正比關系，人為控制磨煤機出力和電流，制造大出力磨及小出力磨組合配合負荷情況，達到制粉系統耗電率最佳情況。

對2022年4月全月負荷段分布進行詳細統計，如圖2所示負荷分布統計，發現全月每天430MW負荷以下10～15h，430～530MW 負荷5～10h。

圖2 負荷分布統計

根據負荷以及當前入爐煤熱值，430MW 負荷需要入爐煤量190t，530MW 負荷需要入爐煤量230t，目前各磨煤機出力及電流情況見表1。

表1 磨煤機出力電流表

根據磨煤機實際運行情況，選用A、C、D 磨作為大出力磨，保持最佳裝載量，B、E、F 磨作為低于最佳裝載量的小電流小出力磨，4臺磨運行時C、D、E、F 磨運行，C、D 磨帶負荷，E、F 小電流小出力磨用來降低制粉耗電率；B 磨作為第5臺磨使用，A 磨作為第6臺磨帶滿負荷使用。通過磨煤機鋼球裝置量調整后，磨煤機電流出力情況見表2。

表2 磨煤機出力電流表

磨煤機鋼球裝載量調整后，全負荷段均可實現制粉系統耗電率下降，負荷分布發生變化只須對未達到最佳裝載量磨煤機添加鋼球即可。

3.4 制粉系統運行方式優化

一是確定磨煤機啟動時間，4臺磨運行一次風壓8kPa 時一次風機電流85A 左右，一次風壓9.5kPa時135A 左右，綜合考慮高一次風壓對燃燒的影響，考慮每天負荷400～420MW 之間時間不超過4h，制定啟第5臺磨時機，負荷420MW 以下保持4臺磨煤機運行，一次風壓高于9.5kPa 時，啟動第5臺磨，負荷高于480MW，一次風壓高于9.5kPa 時，啟動第6臺磨，負荷下降至520MW，一次風壓小于8.5kPa 停運第6臺磨，負荷下降至450MW，一次風壓小于8.5kPa，停運第5臺磨。

二是正常運行期間一次風壓盡量控制8kPa 左右，磨煤機總風門開度大于60%，一次風壓高于8.5kPa 時，不進行切除磨煤機燃燒器運行。

3.5 磨煤機設備技改

該電廠對C 磨煤機進行更換襯板和調整鋼球最佳配比改造，將襯板改造為雙曲波襯板，改進襯板材質為更耐磨高硬度的鑄鋼材質。改造后電流下降，出力升高，如圖3所示C 磨改造前后對比。

圖3 C 磨改造前后對比

3.6 磨煤機出口溫度提升

磨煤機出口溫度低有兩種情況，一種為兩端溫度偏差大，為控制高點不超溫，低點溫度將偏低；另一種為低負荷一次風溫低時磨煤機出口溫度低。為解決此問題，利用檢修機會對磨煤機進行徹底檢查，發現磨煤機出口溫度偏差大主要為給煤機稱重存在偏差、磨煤機分離器處下煤管破損、磨煤機分離開度不一致。磨煤機出口溫度整體低原因為冷風門磨損、變形、零位失準。解決上述問題后，磨煤機出口溫度均能達到上限。

4 優化后效果

通過以上措施的實施，某發電廠制粉系統耗電率明顯降低，2022年2臺機制粉系統耗電率分別為1.49%、1.42%，較2021年分別下降0.11%、0.08%。2022年全年發電量57.73億kWh，按照上網電價均價0.483元/kWh，通過制粉系統耗電率節能優化節約發電成本263萬元。

5 結語

制粉系統能夠得以高效經濟安全運行，直接影響著大型火力發電廠的市場核心競爭力。本文對某電廠雙進雙出鋼球磨制粉系統經濟運行存在的問題進行了分析，可見磨煤機煤位、磨煤機煤粉細度、鋼球裝載量、運行方式，以及設備磨損等方面對制粉系統耗電率影響較大。根據火電廠實際情況分析優化制粉系統經濟運行方式，收益可觀，在火電轉型期間，制粉系統節能優化，降低電廠發電成本勢在必行。