300 MW“W”型火焰燃煤锅炉制粉单耗优化研究

刘建航，石贤捷，张树同，李 琳

（国电菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

0 引言

节能降耗是当前火力发电厂生产经营面临的当务之急。火力发电厂辅机电耗约占其发电量的5%～9%，对于300 MW机组可达到20 MW，而磨煤机制粉系统单耗又是其中重要一项［1］。因此，降低制粉单耗是火力发电厂提高经济效益的主要途径之一。通过分析造成锅炉制粉单耗升高的主要因素，研究和优化运行方案，减少制粉系统耗电量，提高锅炉燃烧效率，节约能源资源。

菏泽发电公司4号机组为英国MitsuiBabcock（简称MBEL）公司生产的300 MW “W”火焰燃烧方式锅炉。锅炉为单炉膛、平衡通风、一次中间再热、亚临界参数自然循环锅炉，蒸发量为1 025 t／h。锅炉设计煤种为85%无烟煤及15%半无烟煤，锅炉燃烧系统由制粉及分离装置、燃烧器及喷口、风烟系统及辅机、炉膛及燃烧室等组成。炉膛前后两侧炉拱处各布置了3组直流垂直下射狭缝式燃烧器，分组布置在前后炉拱上，三次风从前后墙下部引入。在炉膛后墙炉底处设置了炉底注入热风，用以负荷改变时调整再热汽温。锅炉制粉系统由6台皮带秤重式给煤机、3台双进双出滚筒式磨煤机及分离器、旁路风等组成，每台磨煤机的一端分别对应一组燃烧器。

1 运行现状

制粉单耗是指制粉系统（包括磨煤机、给煤机、一次风机）所消耗的电量占机组发电量的比例［2］。2017年1月以来，锅炉制粉单耗指标明显变差，跟踪分析统计数据，指标统计见表1。

表1 锅炉2017年1—3月制粉单耗指标 %

由其中，2017年3月份制粉单耗明显较低是由于冬季供暖季结束，工业供气量减少。得出2017年1—3月份4号锅炉制粉单耗平均率1.451%，制粉单耗指标超出国家标准及公司标准，严重影响机组的经济性。

2 原因分析

2.1 煤质

由于煤源紧张，进煤渠道多，入厂煤质标准有所下降，严重影响磨煤机制粉单耗。

燃料配混煤不充分，煤质变化快，入炉煤质无法保证在设计煤种，给运行调整带来一定难度。

原煤中含有木块、铁皮等杂物，可能堵塞制粉系统，造成系统通风量减小，严重时甚至堵塞磨煤机，制粉电耗也随之增加。

原煤可磨性系数较低时，磨制阻力较大，制粉单耗随之升高。

原煤水分含量高，一方面磨煤机干燥出力降低，同时容易造成原煤仓蓬煤、磨煤机出口堵煤发生，严重降低磨煤机出力。

2.2 磨煤机料位

由于AGC负荷控制投入，锅炉工况变化较快，磨煤机料位难以在任何工况下保持最佳位置，影响制粉单耗。

磨煤机料位动态稳定需要一个过程，这也是制粉单耗高的一个重要原因。

2.3 设备可靠性

制粉系统漏风，造成制粉系统干燥出力下降；同时降低热风的带粉能力，制粉效率明显下降，造成制粉系统耗电量增加。

磨煤机衬瓦的磨损对磨煤出力会有很大的影响，波浪形衬瓦磨损加剧，其附着系数降低，对钢球的提升高度减少，因而使磨煤机的研磨出力也就降低。

磨煤机密封圈性能差，磨煤机料位达不到最佳料位即出现漏粉现象，不仅污染了环境，也限制了磨煤机出力。

2.4 钢球装载量及配比

如果钢球量太少，对煤的研磨能力作用太小，出粉率低，增加电耗，但当钢球装载量超过最佳值后其磨煤机出力的增加要小于磨煤机功率消耗的增加，磨煤机电耗反而升高。

规格不同的钢球在磨煤机内的提升高度不一样，其撞击力也就不同。因此，磨煤机大小钢球配比不合适也直接影响磨煤机出力和电能消耗［3］。

2.5 粗粉分离器挡板调整

磨煤机粗粉分离器调节挡板不合适，煤粉过细限制了制粉系统出力。

长期运行后，分离器调节挡板磨损严重，煤粉细度发生改变相应调整不及时，致使煤粉中含有大量颗粒不着火，机组发电量减少。

2.6 节能措施执行

煤质较好情况下，机组负荷低于230 MW时停止一台磨煤机运行措施执行力度不够。特别是低负荷情况下，磨煤机未保持最经济出力运行方式。

3 对策研究

3.1 严格控制入厂煤和入炉煤

加强燃煤管理监督和燃煤掺配工作，做到科学配煤，确保入炉煤质合乎要求。加强煤质化验工作，及时了解燃料入炉煤情况，运行人员根据煤质变化，及时做出相应调整。在运行中必须及时清理木块木块、铁皮等杂物，防止由于杂物多堵塞制粉系统，造成系统通风量减小，甚至堵塞磨煤机，造成制粉电耗增加。保持原煤的干燥程度，防止原煤仓蓬煤、磨煤机出口堵煤发生。当煤湿造成给煤机出口堵煤时，及时停磨处理。遇有劣质煤时，不可强带负荷，应多观察燃烧情况，发现燃烧不稳、火检强度低、火检强度变化幅度大、炉膛火焰发暗、炉膛负压波动大等现象时，应立即投油稳燃。

3.2 保证磨煤机料位在最佳位置

4号机组“AGC”负荷控制模式投入为正常方式，“O”模式下因为跟踪负荷曲线，还能够预测负荷变化趋势，特别是“R”模式跟踪电网频率改变负荷，负荷很难预测，这就对运行人员在多变工况下时刻保证磨煤机料位保持在最佳料位提出了更高要求。应根据磨煤机料位指示、磨煤机电流、磨煤机出口温度、一次风压、密封风差压及就地声音综合判断磨煤机料位，并不断积累运行调整经验。

磨煤机料位过高、过低都影响制粉系统出力，造成制粉单耗升高。应根据负荷变化及时调整，始终保持最经济磨煤机料位。

随着煤量的增加，磨煤机电流不断升高，当煤量达一定程度时，磨煤机随煤量增加电流反而下降，电流刚下降时的料位即为最佳料位；当磨煤机料位较高时，就地声音较沉闷，料位较低时，声音较刺耳；料位过高时，磨煤机电流及出口温度急剧下降，出现以上情况及时调整。

根据磨煤机进出口差压及密封风差压判断料位；进出口差压降低，密封风差压减小时，料位有可能过高，要及时调整。煤质不变时，机组负荷与一次风压有一一对应关系，如果一次压过高，则料位过低。

3.3 确定钢球最佳装载量及配比

磨煤机内钢球的大小，装载量及大小钢球的比例会直接影响煤粉的研磨和研碎能力；如果钢球量太少，对煤的研磨能力作用太小，出粉率低，增加电耗；但当钢球装载量超过最佳值后其磨煤机出力的增加要小于磨煤机功率消耗的增加，电耗反而升高。通过试验得出：锅炉A和C磨煤机电流低于120 A时及时补加新钢球；4号炉B磨进行钢球优化级配，维持电流110 A左右，保持磨煤机最经济出力运行。

锅炉A和C磨煤机选用钢球直径为25 mm、40 mm、50mm、60 mm 的钢球，按 35%、29%、21%、15%比例加入磨煤机，φ25 mm钢球主要对细粉进行研磨，填充间隙，φ40 mm钢球主要对稍粗煤粉进行研磨，φ50 mm钢球对较粗煤粉的研磨性能较好，φ60 mm钢球主要起着粗研、挤压和撞击的作用。运行中根据煤质变化适当微调，钢球磨损速度大大降低，保证了制粉出力［4］。随着磨运行时间的推移，钢球会磨损。磨煤机一般运行2 000～3 000 h后，应筛选滚筒内不合格的钢球，通常钢球磨损超过40%即可视为不合格。

3.4 调整粗粉分离器挡板

煤粉细度与燃烧工况有很大的关系，煤粉越细，煤粉在炉膛内燃烧虽然充分，但制粉单耗就越高；煤粉越粗，煤粉在炉膛内燃烧会越不完全，一部分煤粉颗粒未用于发电，同样造成制粉单耗高。因此，要对各个工况下有关参数进行对比分析，不断摸索最经济煤粉细度，提高机组的经济性。

经过多次调整试验［5］，调整各磨煤机粗粉分离器挡板位置，使各挡板位置统一，使煤粉细度和均匀性合格。目前，4号炉A磨已调整好挡板位置在M-105位置，B磨在M-0.55位置，C磨在M-0.48位置，制粉单耗得到明细改善。

3.5 提高设备运行可靠性

定期检查衬瓦的磨损情况，当衬瓦的凸峰磨损达到2／3时，或发现有脱落现象，应及时更换衬瓦。

加强一次风机变频器模块监督，避免一次风机变频器模块经常损坏，一次风机被迫改工频运行，致使耗电率增加。

当机组AGC投“O模式”，若可预见的负荷曲线长时间较低（2 h以上）、负荷在230 MW以下、煤质较好、在满足机组负荷和保证安全稳定的前提下，停运一台磨，保持磨煤机最经济出力运行［6］。

4 经济性分析

通过一系列的运行调整和优化研究，对4号炉制粉单耗进行跟踪统计，数据见表2。

表2 4号锅炉2018年1—3月制粉单耗指标 %

与表1相比较，经过优化调整后单月较同期制粉单耗均降低，取得了一定的效果。同时，从表2中统计数据得出：2018年1—3月份4号炉制粉单耗平均完成1.417%，同比2017年1—3月份平均降低0.034%。

2018年二期3～4号机组计划发电量按33亿kWh计算，这样2018年全年将节约电量为：1 122 000 kWh。电价按0.38元/kWh计算，则二期全年节约费用为426 360元。

5 结语

对磨煤机制粉单耗研究发现，可以采取优化入炉煤质、运行措施调整以及适当控制钢球比例等具体措施可以在一定程度上降低机组耗电率。通过制定具体的对策与优化措施实施后，锅炉制粉系统节能效果明显，既降低了厂用电率，又使得锅炉稳定燃烧性能大大提高，具有很大的应用参考价值。同时，仍需对其进一步研究，进行设备优化改造、技术升级和合理运行操作，在更大程度上实现机组的节能降耗。