周國平，黃素華，呂曉東，沈叢奇，夏 杰

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

0 引言

由于直吹式制粉系統(tǒng)具有設(shè)備少、布置緊湊、投資省、磨煤電耗低、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點，現(xiàn)代大容量電站鍋爐較多地采用這種形式的制粉系統(tǒng)。由于磨煤機及制粉系統(tǒng)的運行與鍋爐的運行緊密地聯(lián)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(yīng)煤種水分多變的情況，在大多數(shù)情況下，空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫度比磨煤機入口干燥介質(zhì)要求溫度高許多。

傳統(tǒng)中速磨直吹式制粉系統(tǒng)通過冷、熱一次風(fēng)的混合來調(diào)節(jié)磨煤機的入口風(fēng)溫，這樣勢必有相當(dāng)一部分冷一次風(fēng)不通過空氣預(yù)熱器，減少了通過預(yù)熱器的冷風(fēng)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(fēng)道安裝一次風(fēng)冷卻器，可以大大減少旁路的冷風(fēng)量，使大部分一次風(fēng)通過預(yù)熱器，從而降低鍋爐排煙溫度，降低機組煤耗。

1 傳統(tǒng)直吹式制粉系統(tǒng)運行控制特點

以常見的中速磨直吹式制粉系統(tǒng)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(tǒng)流程圖［2］，見圖1。

圖1 中速磨煤機直吹式冷一次風(fēng)機制粉系統(tǒng)

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

圖2 典型的中速磨風(fēng)量控制曲線

由圖2可知，與煤量相比，風(fēng)量變化是比較平緩的。

直吹式制粉系統(tǒng)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(fēng)煤比或干燥劑進口溫度都可達到調(diào)節(jié)作用。但是由于風(fēng)量變化比較平緩，同時為了維持風(fēng)煤比曲線并使制粉更經(jīng)濟，在煤質(zhì)允許的條件下，一般主要通過改變干燥介質(zhì)入口溫度的方法來調(diào)節(jié)磨煤機出口溫度。

傳統(tǒng)直吹式制粉系統(tǒng)根據(jù)煤種及煤量的變化，通過冷、熱一次風(fēng)不同的混合比例，來調(diào)節(jié)磨煤機的入口風(fēng)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(nèi)。這種調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點是響應(yīng)速度比較快，能夠快速適應(yīng)磨煤機煤種及煤量的變化，缺點是有相當(dāng)一部分冷一次風(fēng)要從空氣預(yù)熱器旁路通過，而且冷一次風(fēng)流量隨著煤量和煤種的變化而變化。一般，燃煤水分比設(shè)計值越小，旁路的冷一次風(fēng)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(shè)計思路是保證制粉系統(tǒng)對煤種有足夠的適應(yīng)性能力，主要指收到基水分，對預(yù)熱器出口一次風(fēng)溫的選取都有相當(dāng)大的富裕度，大都取為320℃～330℃，以保持制粉系統(tǒng)有足夠的干燥能力。這就使得鍋爐對大多數(shù)煤種所能提供的干燥能力，是大于或遠大于制粉系統(tǒng)干燥出力要求的。在實際運行中，根據(jù)煤種水分的不同，磨煤機入口風(fēng)溫大都在150℃～260℃，與預(yù)熱器出口一次風(fēng)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(fēng)來降低干燥介質(zhì)的入口溫度，因此勢必有相當(dāng)一部分冷一次風(fēng)要旁路空氣預(yù)熱器，從而使鍋爐排煙溫度升高。

最理想的狀況是，熱一次風(fēng)溫剛好能夠滿足磨煤機入口風(fēng)溫要求，不需要摻混冷一次風(fēng)進行調(diào)節(jié)，此時所有冷一次風(fēng)都要通過空氣預(yù)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(fēng)冷卻器可以最大限度地滿足這一要求。

2 一次風(fēng)冷卻器降低排煙溫度機理

為了減少旁路的冷一次風(fēng)流量，可以在預(yù)熱器出口的熱一次風(fēng)道中安裝一次風(fēng)冷卻器，如圖3所示。換熱器的冷卻水取自機組給水回?zé)嵯到y(tǒng)，通過對冷卻水流量的調(diào)節(jié)，可以將熱一次風(fēng)溫t2降低至t3，t3等于或略高于磨煤機要求的干燥介質(zhì)入口溫度，從而大大減少摻混的冷一次風(fēng)量，使更多的冷一次風(fēng)通過空氣預(yù)熱器，從而降低鍋爐排煙溫度。

圖3 裝有一次風(fēng)冷卻器的直吹式制粉系統(tǒng)

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

對于中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，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(zhì)溫度要求是不一樣的。為了滿足所有磨煤機對干燥介質(zhì)溫度的要求，以及變負(fù)荷的快速響應(yīng)需要，還不能取消冷一次風(fēng)，只能通過一次風(fēng)冷卻器將熱一次風(fēng)溫度降低至對干燥介質(zhì)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(zhì)溫度的磨煤機，還要通過摻混部分冷風(fēng)來滿足其對入口干燥介質(zhì)溫度的要求。

目前，在中速磨直吹式制粉系統(tǒng)的實際運行中，通常還可以通過降低一次風(fēng)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(zhì)都是提高磨煤機入口干燥介質(zhì)溫度，從而減少旁路空氣預(yù)熱器的冷一次風(fēng)量。但是降低一次風(fēng)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(tǒng)防爆要求的限制，也不能提高太多。中速磨煤機設(shè)計出口溫度一般為70℃～90℃。對于高揮發(fā)分煤種，最低應(yīng)維持65℃～70℃；而對于低揮發(fā)分煤種不應(yīng)高過90℃～95℃［4-5］。而通過安裝一次風(fēng)冷卻器來調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)溫度，則沒有這些限制，可以最大限度減少旁路冷一次風(fēng)量，降低鍋爐排煙溫度。

3 安裝一次風(fēng)冷卻器的制粉系統(tǒng)運行控制分析

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

在磨煤機啟?；蚩焖僮冐?fù)荷過程中，還是以冷、熱風(fēng)門的調(diào)節(jié)來快速響應(yīng)，這是粗調(diào)。當(dāng)磨煤機達到穩(wěn)定運行工況后，通過對冷卻水流量的調(diào)節(jié)，來控制一次風(fēng)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(fēng)溫度值，直到某臺磨煤機的冷風(fēng)門完全關(guān)閉。此時，旁路空氣預(yù)熱器的冷一次風(fēng)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(fēng)冷卻器的節(jié)能潛力

通過分析可知，安裝一次風(fēng)冷卻器可以降低鍋爐排煙溫度，但需要對其節(jié)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(jié)能潛力。

以機組設(shè)計煤種及電廠目前燃用的某煤種為分析依據(jù)，假定機組運行在基本負(fù)荷下，冷、熱一次風(fēng)溫度及燃料向鍋爐輸入的熱量等都取設(shè)計值，并且通過一次風(fēng)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(fēng)冷卻器節(jié)能潛力分析計算結(jié)果見表1。

表1 某超超臨界600MW機組一次風(fēng)冷卻器節(jié)能潛力分析計算結(jié)果

在表1中，干燥介質(zhì)溫度通過制粉系統(tǒng)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(jié)果可見，安裝一次風(fēng)冷卻器的節(jié)能潛力巨大。節(jié)能潛力與燃用煤種的收到基水分密切相關(guān)，實際燃用煤種的水分越低，則節(jié)能潛力越大。這是因為煤種水分越低，需要的干燥介質(zhì)溫度也就越低，則需要旁路的冷一次風(fēng)量就越大，安裝一次風(fēng)冷卻器后可以減少的冷一次風(fēng)風(fēng)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(zhì)溫度就有高低之分。一次風(fēng)冷卻器后溫度只能降低到要求較高的干燥介質(zhì)溫度，而對于其他要求較低干燥介質(zhì)溫度的磨煤機還要進一步通過摻混冷風(fēng)來進行調(diào)節(jié)。因此，在表1的分析計算中，考慮冷一次風(fēng)的減少量為80%?？梢?，如果水分相差較大的煤種進行分磨摻燒，就會減弱一次風(fēng)冷卻器的節(jié)能效果。當(dāng)然在熱一次風(fēng)道安裝一次風(fēng)冷卻器后，會增加一次風(fēng)的阻力，使得一次風(fēng)機電耗增加；通過低壓給水系統(tǒng)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(fēng)阻力的增加，在某些運行工況下，還會增加一次風(fēng)機失速的可能性。

5 結(jié)語

安裝一次風(fēng)冷卻器雖然會增加部分系統(tǒng)阻力，但是不會影響制粉系統(tǒng)的干燥能力，在制粉系統(tǒng)控制方式上，仍然保留原有冷、熱風(fēng)門快速響應(yīng)的特點，因此對制粉系統(tǒng)的運行影響不大，但是卻具有巨大的節(jié)能潛力。由于一次風(fēng)冷卻器安裝在空氣預(yù)熱器出口的熱一次風(fēng)道內(nèi)，周圍工作介質(zhì)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(fēng)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(tǒng)干燥出力富余量大的機組，節(jié)能效果尤為明顯、節(jié)能潛力更大，而且適用于所有中速磨直吹式制粉系統(tǒng)。

用于一次風(fēng)冷卻器的冷卻水取自于機組給水回?zé)嵯到y(tǒng)，具體采用哪一級加熱器的出水作為冷卻水，需要根據(jù)具體的給水回?zé)嵯到y(tǒng)來分析。這會影響一次風(fēng)回?zé)嵯到y(tǒng)最終的節(jié)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(tǒng)性能試驗［S］.

［3］ 劉德來.中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計與運行［M］.北京：水利電力出版社，1995.

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