徐葉興 李瞳

摘 要：本文介紹了直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組低負(fù)荷三臺磨運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及安全性，通過分析和試驗(yàn)，說明了三臺磨運(yùn)行方式下對降低廠用電及發(fā)電煤耗均起到重要作用，并分析其安全性后，認(rèn)為對于單有等離子點(diǎn)火裝置助燃的燃燒系統(tǒng)的機(jī)組，實(shí)施低負(fù)荷三臺磨運(yùn)行方式有一定風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化助燃方式及邏輯。

關(guān)鍵詞：三臺磨；經(jīng)濟(jì)性；安全性

中圖分類號：TK72.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0170-02

1 概述

廣東某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)日本三菱技術(shù)生產(chǎn)的型號為HG-1795/26.15-YM1型的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用垂直水冷壁，鍋爐采用П型布置、單爐膛、改進(jìn)型低NOx分級送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)、一次中間再熱，固態(tài)連續(xù)排渣。鍋爐的制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，磨煤機(jī)共6臺，BMCR時(shí)5臺投運(yùn)，一臺備用，其中最底層A磨燃燒器四角配有等離子點(diǎn)火助燃裝置，機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷為240MW，設(shè)計(jì)在該負(fù)荷下四臺磨運(yùn)行。因此，研究低負(fù)荷工況下三臺磨運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，對節(jié)省廠用電、降低機(jī)組發(fā)電煤耗意義重大。

2 低負(fù)荷三臺磨試驗(yàn)

機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，及時(shí)停運(yùn)第四臺磨運(yùn)行，將其煤量分配到其他磨，使得其余三臺磨煤量相對增加，此負(fù)荷點(diǎn)選擇應(yīng)保證運(yùn)行磨煤機(jī)出力不受限制，為驗(yàn)證其經(jīng)濟(jì)性，特針對機(jī)組300MW運(yùn)行期間進(jìn)行了三臺磨運(yùn)行與四臺磨運(yùn)行的性能對比，數(shù)據(jù)對比如表1所示。

從以上參數(shù)對比，不難看出，在相同負(fù)荷下，在原有制粉系統(tǒng)運(yùn)行組合方式下，減少一臺磨煤機(jī)后，其輔機(jī)電流、排煙溫度、煤量均有下降。負(fù)荷越低，改成三臺磨運(yùn)行后，排煙溫度下降幅度越大。值得說明的是，底三層BCD磨運(yùn)行時(shí)由于主再熱氣溫偏低，比上三層CDE磨運(yùn)行時(shí)低30℃左右，此時(shí)將影響煤耗增加約2.9g/KWH。排煙溫度相差不大，因此可以說明，同負(fù)荷下下三層磨運(yùn)行較上三層磨運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性差。從實(shí)際煤耗情況也可看出。

從上述分析可知，低負(fù)荷時(shí)只有采用上層磨運(yùn)行時(shí)才有較好的經(jīng)濟(jì)性。

3 安全性分析

由于制粉系統(tǒng)的不同組合方式會對鍋爐燃燒產(chǎn)生不同的影響，根據(jù)上面的試驗(yàn)結(jié)果，低負(fù)荷時(shí)采用上層磨運(yùn)行時(shí)有較好的經(jīng)濟(jì)性，因此，特針對上層四臺磨運(yùn)行時(shí)與停運(yùn)一臺下層磨三臺磨的運(yùn)行工況進(jìn)行比較分析[1]。

3.1 對鍋爐燃燒的影響

相鄰三層磨煤機(jī)投運(yùn)方式相比四層磨運(yùn)行方式，其燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)均有優(yōu)越性，且負(fù)荷越低越明顯；主要因素有：（1）相鄰三臺磨運(yùn)行火焰更加集中，對于切圓方式燃燒的鍋爐，火焰越集中，其中心溫度就越高，煤粉的燃燒效率也就越好。（2）煤粉濃度得到了明顯提高，一次風(fēng)速有所下降，更利于煤粉的穩(wěn)定、充分燃燒。

3.2 對水冷壁溫度的影響

四臺磨運(yùn)行期間，停運(yùn)下層磨，根據(jù)鍋爐受熱面吸熱特點(diǎn)，水冷壁溫度有所下降，從試驗(yàn)中可以看出，停運(yùn)下層磨后，水冷壁溫度最高點(diǎn)由478℃下降至378℃，與其他水冷壁溫度測點(diǎn)平均值356℃偏差不大。因此，停運(yùn)下層磨的三臺磨運(yùn)行方式對水冷壁溫度偏差控制有好處。

3.3 對脫硝運(yùn)行的影響

由于三臺磨運(yùn)行相比四臺磨運(yùn)行，燃燒反應(yīng)區(qū)煤粉濃度增大，還原性氣氛強(qiáng)于四臺磨運(yùn)行工況，脫硝效果理應(yīng)好于四臺磨運(yùn)行工況，但低負(fù)荷期間鍋爐氧量控制偏高，本身磨煤機(jī)煤量偏低，導(dǎo)致脫硝效果相差不大。另外三臺磨低負(fù)荷運(yùn)行期間，由于整體還原性氣氛不強(qiáng)，火焰中心高度未有明顯變化，最終對SCR入口煙溫影響不大。

3.4 危險(xiǎn)點(diǎn)及制約問題分析

雖然說三臺磨運(yùn)行方式具有可觀的經(jīng)濟(jì)性和燃燒工況的穩(wěn)定性，但是在此種方式下，出現(xiàn)設(shè)備故障和異常工況，能否保證機(jī)組的穩(wěn)定、正常運(yùn)行，是需要認(rèn)真思考和努力完善的，分析其危險(xiǎn)點(diǎn)如下[2]：

（1）磨煤機(jī)出力問題（三臺磨負(fù)荷點(diǎn)選擇）。根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，選取低負(fù)荷時(shí)四臺磨運(yùn)行的一個(gè)典型工況，在此基礎(chǔ)上分析三臺磨運(yùn)行的可行性。機(jī)組負(fù)荷300MW，BCDE磨運(yùn)行，入爐煤熱值Qnet=5000Kcal/Kg，此負(fù)荷下總煤量120-130T/h，平均分配到單臺磨煤量在43T/h左右，低于磨煤機(jī)額定出力59.9T/h。因此，300MW負(fù)荷以下工況，入爐煤熱值按5000Kcal/Kg配煤燃燒，磨煤機(jī)出力尚有裕量，磨煤機(jī)出力安全可控。但電廠燃煤目前基本都是摻燒，低負(fù)荷三臺磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，若燃煤摻混不均，煤質(zhì)變差或運(yùn)行中磨煤機(jī)跳閘，如出現(xiàn)磨煤機(jī)滿出力運(yùn)行的情況，必須啟動備用磨煤機(jī)運(yùn)行以維持機(jī)組負(fù)荷。否則有堵磨的危險(xiǎn)，即煤質(zhì)、煤量不穩(wěn)定時(shí)，增加啟停磨操作，影響鍋爐燃燒。

（2）磨煤機(jī)運(yùn)行方式的問題。本廠現(xiàn)A/B/C制粉系統(tǒng)電源集中布置在6KV工作A段及鍋爐PCA段上，D/E/F制粉系統(tǒng)電源布置在6KV工作B段及鍋爐PCB段上，這種布置方式好處在于當(dāng)6KV某段失電后運(yùn)行制粉系統(tǒng)不會隔層燃燒，對鍋爐穩(wěn)定燃燒有利。鑒于此種電源布置方式下，低負(fù)荷三臺磨運(yùn)行期間，當(dāng)制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式選擇A/B/C或D/E/F時(shí)，若此段6KV失電，將導(dǎo)致鍋爐失去全部燃料MFT滅火跳閘。

（3）鍋爐滅火、MFT、汽溫問題。實(shí)際運(yùn)行中，制粉系統(tǒng)是最易出現(xiàn)故障的，若出現(xiàn)斷煤或堵煤事故，非常容易使一套制粉系統(tǒng)跳閘而退出。此時(shí)勢必影響機(jī)組負(fù)荷，如啟動備用磨煤機(jī)不及時(shí)或啟動失敗，機(jī)組負(fù)荷降至200MW以下，一方面鍋爐有可能轉(zhuǎn)入濕態(tài)運(yùn)行，汽溫下降過快超過規(guī)定值需打閘停機(jī)，一方面如煤質(zhì)差，燃燒不穩(wěn)很容易鍋爐滅火，造成一次非停事故。如等離子磨煤機(jī)故障，無法投入該層等離子穩(wěn)燃，更容易造成鍋爐滅火、MFT。若存在煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)值的問題，一旦一臺磨煤機(jī)故障跳閘甩負(fù)荷，為維持汽溫，如操作疏忽也很可能造成省煤器入口流量低動作，鍋爐MFT。

（4）保護(hù)邏輯的問題。現(xiàn)有磨煤機(jī)RB保護(hù)邏輯是當(dāng)磨煤機(jī)運(yùn)行臺數(shù)小于3臺時(shí)，當(dāng)負(fù)荷指令大于310MW時(shí)才觸發(fā)RB保護(hù)，且目標(biāo)值為300MW，顯然現(xiàn)有磨煤機(jī)RB保護(hù)不適用于兩臺磨以下的情況，當(dāng)出現(xiàn)三臺磨運(yùn)行跳閘一臺磨時(shí)，沒有可靠的邏輯保護(hù)做依托，單靠運(yùn)行純手動操作進(jìn)行事故處理，一是對人手提出要求，要有足夠有操作水平的人；二是對運(yùn)行操作技能以及處理復(fù)雜工況的能力提出更高要求，操作過程中一旦有一點(diǎn)疏忽將有可能導(dǎo)致事故擴(kuò)大，甚至鍋爐滅火，MFT。

4 三臺磨運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

機(jī)組低負(fù)荷時(shí)三臺磨運(yùn)行，停運(yùn)第四臺磨煤機(jī)，對于廠用電的消耗大幅降低，鍋爐效率得到一定提高，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)中三臺磨運(yùn)行CDE與四臺磨BCDE運(yùn)行相比，數(shù)據(jù)上粗略分析（反平衡）計(jì)算得：6KV電機(jī)電流減少31A（約290kw，400V電機(jī)忽略不計(jì)），從理論上分析，三臺磨運(yùn)行時(shí)由于排煙溫度下降4℃，鍋爐效率提高，可以反推得煤耗下降0.75g/KWh左右，300MW時(shí)節(jié)約標(biāo)煤0.225T/h，折算后約為0.3T/h。上網(wǎng)電價(jià)按0.4605元/KWH，原煤價(jià)格按738元/噸，每小時(shí)可節(jié)約發(fā)電成本約為=節(jié)省的燃料成本+節(jié)省的發(fā)電成本，約為0.3*738+290*0.4605≈355元（其中設(shè)備的磨損以及脫硝的成本節(jié)約未計(jì)算在內(nèi)）[3]。

經(jīng)過上述分析，可以得知，低負(fù)荷下三臺磨運(yùn)行具有一定的經(jīng)濟(jì)性和燃燒穩(wěn)定性，但是風(fēng)險(xiǎn)并存。當(dāng)三臺磨運(yùn)行時(shí)，若其中一臺磨故障跳閘，現(xiàn)有邏輯保護(hù)無法自動動作，鍋爐有滅火的重大風(fēng)險(xiǎn)，負(fù)荷300MW期間如果鍋爐滅火MFT，以本電廠熱態(tài)8小時(shí)恢復(fù)并網(wǎng)并帶300MW計(jì)算，此時(shí)所造成的損失粗略計(jì)算如下：

（1）熱態(tài)啟機(jī)過程中電量耗費(fèi)用約8萬；（2）鍋爐點(diǎn)火至并網(wǎng)燃料費(fèi)用約8.6萬；（3）電量損失費(fèi)用：30萬KW*8h* 0.4605元≈111.6萬；（4）水耗等忽略不計(jì)?？傆?jì)損失費(fèi)用約為8+8.6+111.6=128.2萬。

根據(jù)以上經(jīng)濟(jì)估算，低負(fù)荷三臺磨運(yùn)行時(shí)間大于3605小時(shí)才能與一次MFT損失費(fèi)用持平。若熱態(tài)啟動期間損失的電量后期能補(bǔ)回來不計(jì)的情況下，一次熱態(tài)啟機(jī)的費(fèi)用約為16.6萬元。相比三臺磨運(yùn)行每小時(shí)節(jié)省費(fèi)用355元，低負(fù)荷三臺磨運(yùn)行時(shí)間大于450小時(shí)才能與一次MFT損失費(fèi)用持平。

5 結(jié)語

對于配備直吹式制粉系統(tǒng)，僅最下層A磨燃燒器配有等離子穩(wěn)燃裝置的機(jī)組，在低負(fù)荷時(shí)維持三臺磨合理的運(yùn)行方式，有一定節(jié)能效果及燃燒穩(wěn)定性，但風(fēng)險(xiǎn)并存。由于斷煤或磨煤機(jī)跳閘等事故時(shí)等離子磨不能立即啟動穩(wěn)燃，即使啟動后也至少隔兩層燃燒，不符合鍋爐運(yùn)行說明書要求，鍋爐有滅火MFT的重大風(fēng)險(xiǎn)，對于全年低負(fù)荷時(shí)間不長的機(jī)組，若發(fā)生一次MFT，此前所節(jié)省的費(fèi)用不夠一次熱態(tài)啟機(jī)的費(fèi)用，因此像這樣的機(jī)組進(jìn)行三臺磨運(yùn)行需謹(jǐn)慎，如若實(shí)施，需優(yōu)化助燃方式。

參考文獻(xiàn)

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