劉建航，石賢捷，歐照華，馬國(guó)智

（國(guó)家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

火力發(fā)電機(jī)組中廠用電率約占機(jī)組發(fā)電量的5%～8%，其中，制粉系統(tǒng)是最主要的耗電設(shè)備之一［1］。由于部分設(shè)備存在老化、缺陷多的情況，同時(shí)受到節(jié)能降耗、煤質(zhì)較差的影響，重要輔機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期或經(jīng)常處于低負(fù)荷和變負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，運(yùn)行工況偏離最佳運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行效率明顯降低［2］。以某發(fā)電公司4 號(hào)機(jī)組為例，分析造成機(jī)組在AGC“R”模式運(yùn)行下制粉系統(tǒng)單耗升高的原因，通過(guò)深入研究和優(yōu)化運(yùn)行，降低鍋爐制粉系統(tǒng)的廠用耗電率，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

1 基本概況

該機(jī)組鍋爐是由英國(guó)某公司生產(chǎn)，為單汽包、單爐膛、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、燃煤、半露天式布置、再熱器溫度熱風(fēng)注射控制、亞臨界參數(shù)的自然循環(huán)鍋爐。汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)廠制造，為亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)［3］。汽輪機(jī)在額定進(jìn)汽參數(shù)、額定背壓、回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)時(shí)能保持額定功率300 MW 出力。4 號(hào)鍋爐采用“W”型火焰燃燒方式，燃燒系統(tǒng)主要由制粉系統(tǒng)（3 臺(tái)磨煤機(jī)、6 臺(tái)給煤機(jī)）、粗粉分離裝置、燃燒器及其噴口、風(fēng)煙系統(tǒng)及輔機(jī)設(shè)備等構(gòu)成，磨煤機(jī)和燃燒器布置如圖1 所示。

機(jī)組鍋爐配備“正壓式”直吹制粉系統(tǒng)，3 臺(tái)磨煤機(jī)主要參數(shù)如表1 所示。風(fēng)煙系統(tǒng)由鍋爐蒸汽受熱面、蓄熱式空預(yù)器和電除塵等組成，該系統(tǒng)阻力較大，進(jìn)入吸風(fēng)機(jī)的煙氣要克服密度大且堵灰嚴(yán)重的空氣預(yù)熱器蓄熱面排放到大氣中。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)阻力分析，風(fēng)壓主要由蓄熱式空預(yù)器消耗，從而造成吸風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)耗電率的增加。

圖1 磨煤機(jī)和燃燒器布置

表1 鋼球磨煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 存在問(wèn)題

隨著光伏、風(fēng)電等清潔能源并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行，山東區(qū)域電網(wǎng)要求所有并網(wǎng)機(jī)組容量在125 MW 以上的機(jī)組，必須投入AGC（Automatic Generation Control，AGC）功能［4］，但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，AGC 功率調(diào)節(jié)又分為：“O”（Off-regulated）模式是指在任何情況下都不承擔(dān)調(diào)節(jié)功率，即承擔(dān)基礎(chǔ)負(fù)荷；“R”（Regulated）模式指在任何需要的情況下，都無(wú)條件承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)度中心指令進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。在“R”模式下，機(jī)組要快速響應(yīng)電網(wǎng)需求，滿足電力供應(yīng)［5］。同時(shí)隨著電網(wǎng)容量的增大，火力發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率愈來(lái)愈低。

機(jī)組正常工況下，2 臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、3 臺(tái)磨煤機(jī)全部運(yùn)行，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為180～300 MW，機(jī)組在正常運(yùn)行工況下以7 MW／min 的變化速率進(jìn)行負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，通過(guò)控制磨煤機(jī)的料位和調(diào)整一次風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度來(lái)保證爐膛進(jìn)粉量，以滿足燃燒需要，保證負(fù)荷可根據(jù)電網(wǎng)指令進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以減少“兩個(gè)細(xì)則”的考核。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)對(duì)火電發(fā)電機(jī)組短時(shí)間升降負(fù)荷的要求，尤其是在“R”模式工況下，鍋爐頻繁出現(xiàn)超溫、超壓、汽包水位波動(dòng)等現(xiàn)象，給機(jī)組的正常運(yùn)行帶來(lái)很大影響，導(dǎo)致機(jī)組廠用電率在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)依然很高，經(jīng)濟(jì)性較差。對(duì)運(yùn)行負(fù)荷長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在“R”模式下，最低負(fù)荷為210 MW，最高負(fù)荷為240MW，平均負(fù)荷約為230 MW；負(fù)荷較低，需要對(duì)制粉系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，以降低其廠用電率。

3 制定對(duì)策

3.1 磨煤機(jī)啟停操作優(yōu)化

根據(jù)磨組健康狀況，選擇磨組組合運(yùn)行方式后，關(guān)鍵在于快速啟停操作。通過(guò)近一年的摸索調(diào)整，參照磨煤機(jī)啟停順控程序，對(duì)磨煤機(jī)啟停操作做了更進(jìn)一步優(yōu)化。

停磨：某臺(tái)磨煤機(jī)熱一次風(fēng)擋板逐漸關(guān)閉、冷一次風(fēng)擋板逐漸開(kāi)啟（熱一次風(fēng)至0，冷一次風(fēng)至100%）；給煤機(jī)煤量減至0，適當(dāng)提高另2 臺(tái)磨煤機(jī)磨料位；抽空后關(guān)閉冷一次擋板至0；關(guān)閉驅(qū)動(dòng)端一次風(fēng)、非驅(qū)動(dòng)端一次風(fēng)隔離擋板；停止磨煤機(jī)電機(jī)運(yùn)行。

磨組停止后要充分做好啟動(dòng)前各項(xiàng)準(zhǔn)備：開(kāi)啟濃粉閥、淡粉閥；粗粉分離器出口擋板；給煤機(jī)出入口擋板；保持磨組適當(dāng)溫度，確保磨組能隨時(shí)快速啟動(dòng)，以適應(yīng)網(wǎng)上對(duì)機(jī)組負(fù)荷的需要。根據(jù)運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)，磨煤機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)到啟動(dòng)帶負(fù)荷時(shí)間控制在20 min 以內(nèi)，未出現(xiàn)影響機(jī)組投運(yùn)“AGC”現(xiàn)象［6］。

3.2 控制磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量

當(dāng)機(jī)組AGC 投“R”模式運(yùn)行時(shí)，機(jī)組負(fù)荷保持在230 MW 左右運(yùn)行時(shí)，煤質(zhì)較好工況下，可選擇停止第三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行（即C 磨），保持2 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)鍋爐形成“W”型火焰的方式以及鍋爐布置方式可選擇A、B 磨運(yùn)行方式，該方式的優(yōu)點(diǎn)是利用后墻A 磨煤機(jī)所帶兩組噴燃器與前墻B 磨所帶兩組噴燃器在爐膛內(nèi)經(jīng)過(guò)噴射對(duì)沖，能夠形成較好的兩組“W”型火焰，在爐膛內(nèi)部及四周可以進(jìn)行均勻燃燒，能夠保證兩側(cè)以及前后墻兩端水冷壁輻射換熱更充分，燃燒穩(wěn)定性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.3 調(diào)整料位及風(fēng)壓

機(jī)組運(yùn)行在“R”模式下時(shí)，通過(guò)提高磨煤機(jī)料位，維持合適的風(fēng)煤比，及時(shí)補(bǔ)充磨煤機(jī)內(nèi)鋼球數(shù)量，在負(fù)荷變化不大的情況下，通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓來(lái)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷［7］。

經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)整后，對(duì)停磨煤機(jī)前后的制粉系統(tǒng)、廠用電率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表2 所示。特別選取了2018-03-07 和2018-03-16 這兩天時(shí)間相近負(fù)荷相近的情況進(jìn)行對(duì)比，如圖2 所示。

表2 機(jī)組制粉系統(tǒng)單耗率 %

圖2 機(jī)組停磨前后制粉系統(tǒng)單耗變化

從圖2 中可以看出磨煤機(jī)單耗、制粉單耗、廠用電率均明顯下降的，負(fù)荷210 MW 時(shí)，影響廠用電率約0.5%；綜合公用系統(tǒng)運(yùn)行情況，影響廠用電率約0.3%，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組運(yùn)行在“R”模式下時(shí)對(duì)制粉系統(tǒng)的優(yōu)化，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2018 年全年在4 號(hào)機(jī)組中運(yùn)行在“R”模式下實(shí)現(xiàn)停磨336 h，同比增加336 h，未發(fā)生“兩個(gè)細(xì)則”考核的現(xiàn)象，為其他3 臺(tái)機(jī)組制粉系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化積累了經(jīng)驗(yàn)。按照正常運(yùn)行時(shí)每臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行功率約為1 100 kW 計(jì)算，全年節(jié)約電量36.96 萬(wàn)kWh，上網(wǎng)電價(jià)按0.43 元/kWh 計(jì)算，每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約為15.8 萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)鍋爐在“R”模式運(yùn)行方式下制粉系統(tǒng)及其他相關(guān)系統(tǒng)的分析研究調(diào)整，通過(guò)有重點(diǎn)、有步驟地對(duì)磨煤機(jī)熱一次風(fēng)擋板控制方式、磨煤機(jī)運(yùn)行方式及啟停數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了“W”型火焰燃煤鍋爐參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行能力進(jìn)一步提升，尤其是在負(fù)荷為210～230 MW 時(shí)，機(jī)組廠用電率得到明顯降低，實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，為同類機(jī)組運(yùn)行調(diào)整提供參考經(jīng)驗(yàn)。