600MW超超临界机组低负荷少投磨运行浅析

徐叶兴 李瞳

摘 要：本文介绍了直吹式制粉系统机组低负荷三台磨运行的经济性及安全性，通过分析和试验，说明了三台磨运行方式下对降低厂用电及发电煤耗均起到重要作用，并分析其安全性后，认为对于单有等离子点火装置助燃的燃烧系统的机组，实施低负荷三台磨运行方式有一定风险，需优化助燃方式及逻辑。

关键词：三台磨；经济性；安全性

中图分类号：TK72.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0170-02

1 概述

广东某电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进日本三菱技术生产的型号为HG-1795/26.15-YM1型的超超临界变压运行直流锅炉，采用垂直水冷壁，锅炉采用П型布置、单炉膛、改进型低NOx分级送风燃烧系统、墙式切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热，固态连续排渣。锅炉的制粉系统为中速磨正压直吹系统，磨煤机共6台，BMCR时5台投运，一台备用，其中最底层A磨燃烧器四角配有等离子点火助燃装置，机组最低稳燃负荷为240MW，设计在该负荷下四台磨运行。因此，研究低负荷工况下三台磨运行的经济性、安全性，对节省厂用电、降低机组发电煤耗意义重大。

2 低负荷三台磨试验

机组低负荷时，及时停运第四台磨运行，将其煤量分配到其他磨，使得其余三台磨煤量相对增加，此负荷点选择应保证运行磨煤机出力不受限制，为验证其经济性，特针对机组300MW运行期间进行了三台磨运行与四台磨运行的性能对比，数据对比如表1所示。

从以上参数对比，不难看出，在相同负荷下，在原有制粉系统运行组合方式下，减少一台磨煤机后，其辅机电流、排烟温度、煤量均有下降。负荷越低，改成三台磨运行后，排烟温度下降幅度越大。值得说明的是，底三层BCD磨运行时由于主再热气温偏低，比上三层CDE磨运行时低30℃左右，此时将影响煤耗增加约2.9g/KWH。排烟温度相差不大，因此可以说明，同负荷下下三层磨运行较上三层磨运行时经济性差。从实际煤耗情况也可看出。

从上述分析可知，低负荷时只有采用上层磨运行时才有较好的经济性。

3 安全性分析

由于制粉系统的不同组合方式会对锅炉燃烧产生不同的影响，根据上面的试验结果，低负荷时采用上层磨运行时有较好的经济性，因此，特针对上层四台磨运行时与停运一台下层磨三台磨的运行工况进行比较分析[1]。

3.1 对锅炉燃烧的影响

相邻三层磨煤机投运方式相比四层磨运行方式，其燃烧稳定性和燃烧效率在一定的负荷范围内均有优越性，且负荷越低越明显；主要因素有：（1）相邻三台磨运行火焰更加集中，对于切圆方式燃烧的锅炉，火焰越集中，其中心温度就越高，煤粉的燃烧效率也就越好。（2）煤粉浓度得到了明显提高，一次风速有所下降，更利于煤粉的稳定、充分燃烧。

3.2 对水冷壁温度的影响

四台磨运行期间，停运下层磨，根据锅炉受热面吸热特点，水冷壁温度有所下降，从试验中可以看出，停运下层磨后，水冷壁温度最高点由478℃下降至378℃，与其他水冷壁温度测点平均值356℃偏差不大。因此，停运下层磨的三台磨运行方式对水冷壁温度偏差控制有好处。

3.3 对脱硝运行的影响

由于三台磨运行相比四台磨运行，燃烧反应区煤粉浓度增大，还原性气氛强于四台磨运行工况，脱硝效果理应好于四台磨运行工况，但低负荷期间锅炉氧量控制偏高，本身磨煤机煤量偏低，导致脱硝效果相差不大。另外三台磨低负荷运行期间，由于整体还原性气氛不强，火焰中心高度未有明显变化，最终对SCR入口烟温影响不大。

3.4 危险点及制约问题分析

虽然说三台磨运行方式具有可观的经济性和燃烧工况的稳定性，但是在此种方式下，出现设备故障和异常工况，能否保证机组的稳定、正常运行，是需要认真思考和努力完善的，分析其危险点如下[2]：

（1）磨煤机出力问题（三台磨负荷点选择）。根据机组实际运行情况，选取低负荷时四台磨运行的一个典型工况，在此基础上分析三台磨运行的可行性。机组负荷300MW，BCDE磨运行，入炉煤热值Qnet=5000Kcal/Kg，此负荷下总煤量120-130T/h，平均分配到单台磨煤量在43T/h左右，低于磨煤机额定出力59.9T/h。因此，300MW负荷以下工况，入炉煤热值按5000Kcal/Kg配煤燃烧，磨煤机出力尚有裕量，磨煤机出力安全可控。但电厂燃煤目前基本都是掺烧，低负荷三台磨煤机运行时，若燃煤掺混不均，煤质变差或运行中磨煤机跳闸，如出现磨煤机满出力运行的情况，必须启动备用磨煤机运行以维持机组负荷。否则有堵磨的危险，即煤质、煤量不稳定时，增加启停磨操作，影响锅炉燃烧。

（2）磨煤机运行方式的问题。本厂现A/B/C制粉系统电源集中布置在6KV工作A段及锅炉PCA段上，D/E/F制粉系统电源布置在6KV工作B段及锅炉PCB段上，这种布置方式好处在于当6KV某段失电后运行制粉系统不会隔层燃烧，对锅炉稳定燃烧有利。鉴于此种电源布置方式下，低负荷三台磨运行期间，当制粉系统运行方式选择A/B/C或D/E/F时，若此段6KV失电，将导致锅炉失去全部燃料MFT灭火跳闸。

（3）锅炉灭火、MFT、汽温问题。实际运行中，制粉系统是最易出现故障的，若出现断煤或堵煤事故，非常容易使一套制粉系統跳闸而退出。此时势必影响机组负荷，如启动备用磨煤机不及时或启动失败，机组负荷降至200MW以下，一方面锅炉有可能转入湿态运行，汽温下降过快超过规定值需打闸停机，一方面如煤质差，燃烧不稳很容易锅炉灭火，造成一次非停事故。如等离子磨煤机故障，无法投入该层等离子稳燃，更容易造成锅炉灭火、MFT。若存在煤质偏离设计值的问题，一旦一台磨煤机故障跳闸甩负荷，为维持汽温，如操作疏忽也很可能造成省煤器入口流量低动作，锅炉MFT。

（4）保护逻辑的问题。现有磨煤机RB保护逻辑是当磨煤机运行台数小于3台时，当负荷指令大于310MW时才触发RB保护，且目标值为300MW，显然现有磨煤机RB保护不适用于两台磨以下的情况，当出现三台磨运行跳闸一台磨时，没有可靠的逻辑保护做依托，单靠运行纯手动操作进行事故处理，一是对人手提出要求，要有足够有操作水平的人；二是对运行操作技能以及处理复杂工况的能力提出更高要求，操作过程中一旦有一点疏忽将有可能导致事故扩大，甚至锅炉灭火，MFT。

4 三台磨运行经济性评价

机组低负荷时三台磨运行，停运第四台磨煤机，对于厂用电的消耗大幅降低，锅炉效率得到一定提高，根据上述试验结果，试验中三台磨运行CDE与四台磨BCDE运行相比，数据上粗略分析（反平衡）计算得：6KV电机电流减少31A（约290kw，400V电机忽略不计），从理论上分析，三台磨运行时由于排烟温度下降4℃，锅炉效率提高，可以反推得煤耗下降0.75g/KWh左右，300MW时节约标煤0.225T/h，折算后约为0.3T/h。上网电价按0.4605元/KWH，原煤价格按738元/吨，每小时可节约发电成本约为=节省的燃料成本+节省的发电成本，约为0.3*738+290*0.4605≈355元（其中设备的磨损以及脱硝的成本节约未计算在内）[3]。

经过上述分析，可以得知，低负荷下三台磨运行具有一定的经济性和燃烧稳定性，但是风险并存。当三台磨运行时，若其中一台磨故障跳闸，现有逻辑保护无法自动动作，锅炉有灭火的重大风险，负荷300MW期间如果锅炉灭火MFT，以本电厂热态8小时恢复并网并带300MW计算，此时所造成的损失粗略计算如下：

（1）热态启机过程中电量耗费用约8万；（2）锅炉点火至并网燃料费用约8.6万；（3）电量损失费用：30万KW*8h* 0.4605元≈111.6萬；（4）水耗等忽略不计。总计损失费用约为8+8.6+111.6=128.2万。

根据以上经济估算，低负荷三台磨运行时间大于3605小时才能与一次MFT损失费用持平。若热态启动期间损失的电量后期能补回来不计的情况下，一次热态启机的费用约为16.6万元。相比三台磨运行每小时节省费用355元，低负荷三台磨运行时间大于450小时才能与一次MFT损失费用持平。

5 结语

对于配备直吹式制粉系统，仅最下层A磨燃烧器配有等离子稳燃装置的机组，在低负荷时维持三台磨合理的运行方式，有一定节能效果及燃烧稳定性，但风险并存。由于断煤或磨煤机跳闸等事故时等离子磨不能立即启动稳燃，即使启动后也至少隔两层燃烧，不符合锅炉运行说明书要求，锅炉有灭火MFT的重大风险，对于全年低负荷时间不长的机组，若发生一次MFT，此前所节省的费用不够一次热态启机的费用，因此像这样的机组进行三台磨运行需谨慎，如若实施，需优化助燃方式。

参考文献

[1]吴波，张维初.600MW超超临界锅炉全负荷脱硝运行技术措施及危险点分析[J].中国科技纵横，2017，（8）：160-161.

[2]王春昌，张伟，王恩泽，王新元.少投磨煤机方式对锅炉运行的影响[J].热力发电，2012，（7）：83-84+110.

[3]范鑫，秦建明，刘静宇，等.超临界600MW汽轮机低负荷运行优化技术研究[J].中国电力，2012，（11）：18-21.