中速磨直吹式制粉系统一键启停技术的应用研究

2020-09-01张方耀

能源研究与利用 2020年4期

张方耀

（国家能源集团黄金埠电厂，江西上饶 335100）

随着火电机组的装机容量的不断增大，火电机组不可避免参与电网的调频和调峰，由于电网对机组负荷调控范围的不断扩大，根据负荷启停制粉系统的频率变得越来越高，制粉系统的启停顺利与否除直接关系到机组安全运行外，还关系到机组节能降耗。对于中速磨直吹式制粉系统，启停一次制粉系统需按照顺序操作磨煤机油站、磨煤机密封风门、出口闸板门、入口冷热风一次风快关门、磨煤机、动态分离器、给煤机、给煤机密封风门、给煤机上下闸板门等设备，同时还需保证磨煤机的出口温度及入口风量在一定范围内[1]。如此重复又复杂的工作，靠运行人员手动操作，效率低下，增加相关电动设备空载时间，增加运行人员的工作量，严重时因启停不及时而影响机组负荷，增加厂用电率，不利于机组节能降耗。若操作失误甚至会损坏制粉系统设备，直接影响机组的安全运行。通过控制系统自动控制启动顺序，优化相关参数，实现无需人为干预的一键启停技术。制粉系统作为一个相对独立的系统，设计一套具有一键启停功能的逻辑程序完全可行。

1 设备概述

某电厂2×600 MW 超临界燃煤火力发电机组，锅炉为上海锅炉有限责任公司设计制造的超临界变压运行直流锅炉，制粉系统采用正压、冷一次风机、中速磨煤机直吹式制粉系统，每台锅炉配置6 台HP1163/Dyn 中速磨煤机、6 台EG3690 皮带称重式给煤机和6 个原煤仓。制粉系统的一次风由冷、热一次风混合提供，每台磨煤机出口引出4 根一次风粉管道至炉膛四角的煤粉燃烧器，炉前配置煤粉分配器保证煤粉的均匀分配。每台磨煤机配置4 个出口闸板门、1 个热风快关门、1 个冷风快关门、1 个热风调节门、1 个冷风调节门及1 个密封风门。每台给煤机配置1 个上闸板门、1 个下闸板门及1 个密封风门。通过调节磨煤机的入口冷、热风调门开度，来获得磨煤机的合适出口温度和入口一次风量，入口一次风量测点安装在磨煤机入口冷、热混合后的一次风道上，用来调节制粉系统的风煤比，出口温度测点安装在磨煤机出口闸板门前，用来防止磨煤机内温度过高造成磨煤机爆燃。一次风粉管道的设计流速BMCR（锅炉最大连续蒸发量，主要是在满足蒸汽参数、炉膛安全情况下的最大出力）工况为30.0 m/s、35%BMCR 工况为26.9 m/s。

2 控制方案

该制粉系统的控制可分为启动阶段、正常运行阶段和停止阶段。正常运行期间主要通过机组的协调对给磨煤机给煤量进行控制，通过冷、热风门的配比调节磨煤机入口一次风量及出口温度，此过程中给煤机、冷风调门和热风调门均投自动，除异常工况需设定偏置外，无需运行人员手动干预。启动和停止阶段主要是对设备的顺序控制，针对制粉系统经常出现的风门卡涩、漏风和给煤机断煤等特殊工况，设计制粉系统的启动和停运顺序控制方案，以实现制粉系统的全程自动控制[2]。

2.1 启动方案

制粉系统能否安全、快速地使磨煤机出口温度达到规定要求，一直是制约一键启停功能实现的瓶颈，一套制粉系统的冷、热态启动所花费的时间，很大程度上取决于磨煤机出口温度的控制，而本制粉系统热风门存在明显内漏，在冷态启动时因所要求的出口温度较低，热风门开启后，温度上升较快，控制效果尚可。热态启动时经常出现磨煤机出口温度超高限，磨煤机冷态启动中也会发生给煤机断煤造成出口温度超高限。为了防止磨煤机出口温度超限，启动方案将磨煤机热风快关门的开启顺序放在给煤机启动之后，与给煤机上闸板门开启同步，同时取消给煤机启动允许条件中的热风快关门开启信号。磨煤机出口闸板门启动后启动磨煤机及动态分离器，在动态分离器启动过程中，为了防止磨煤机动态分离器启动电流过大，在动态分离器启动后设定动态分离器的升速率为15 r/s，收到磨煤机及动态分离器运行信号后开启磨煤机冷风隔绝门，以1%/s 的速率超驰开启冷风调节门至50%，同时出口温度设定为70 ℃，随后冷风调节门投自动，该温度由冷风调节门调节。在顺控运行状态下磨煤机出口温度低于70 ℃时关闭冷风调节门[3-5]。为了防止给煤机给煤阶段由于断煤造成磨煤机出口温度超限，在给煤机煤量反馈未达到最小给煤量前，热风调节门处于关闭状态，当给煤量达到20 t/h 以上时，超驰开启热风调节门至20%，同时将热风调节门投自动，冷风调节门超驰关至40%[6]。

通过以上分析最终确定的磨煤机启动顺序为：1）启动磨煤机润滑油泵；2）开磨煤机密封风门；3）开磨煤机出口闸板门；4）启动磨煤机，连锁启动分离器，分离器转速的设定值小于15 r/s；5）开启磨煤机冷风快关门，开启冷风调节门至50%（速率为1%/s），温度设定为70 ℃，将冷风调节门投自动，顺控运行状态下磨煤机温度低于70 ℃，给煤机启动之前关闭冷风调节门；6）开启给煤机密封风门；7）开启给煤机下闸板门，设定给煤机最小流量为25 t/h；8）启动给煤机；9）开启给煤机上闸板门和磨煤机热风快关门；10）热风调节门开至20%，热风调节门投自动，冷风调节门关至40%。制粉系统自动启动流程图如图1所示。由于本制粉系统的特殊工况，热风调节门及给煤机上闸板门经常收不到开反馈信号，因此适当放宽反馈条件：热风调节门开启及给煤机上闸板门开启指令发出后,检测到关信号消失且给煤量及热一次风量达到一定限值。

2.2 停运方案

制粉系统停运方案既要保证风量、风温和煤量下降平稳，还要保证停运过程中协调控制的扰动量最小，停运完毕后走空给煤机煤量。因此，在制粉系统顺控指令发出后，设定给煤率为25 t/h，超驰关闭热风调节门至0%，超驰开启冷风调节门至70%，为了保证风煤比的匹配，设定给煤率的下降速度为0.2 t/s，热风调节门的关闭速率为1%/s，冷风调节门的开启速率为1%/s，同时热风调节门投手动，出口温度设定值为60 ℃，当给煤机煤量达到最小给煤率且热风调节门开度小于8%后，关闭给煤机上闸板门，走空给煤机皮带上的存煤，等给煤机煤量低于最小煤量后，停运给煤机，顺序关闭给煤机下闸板门，下闸板门关闭后顺序关闭磨煤机热风快关门，用热风快关门的漏风及冷风吹扫磨煤机5 min 以上，然后停运磨煤机。

通过以上分析最终确定给煤机停运的顺序步骤如下：1）设定给煤率及冷、热风调节门开度，热风门及给煤率切手动；2）关闭给煤机上闸板门；3）停运给煤机；4）关闭给煤机下闸板门；5）关闭磨煤机热风快关门；6）停运磨煤机，连锁停运动态分离器。制粉系统自动停运流程如图2所示。

3 运行调试

方案确定后，选择一台磨煤机实施改造，由于机组负荷升降时经常启停A 层制粉系统，因此建议选择在2A 磨煤机上实施。届时需组织专业技术人员对该制粉系统进行逻辑和画面修改，修改过程不得影响制粉系统的正常运行，修改完毕后，在2A 磨煤机停运期间进行逻辑及画面下安装，全面检查无误后进行安全交底后方可进行调试，进行3 次顺控启停，温度、风量均控制在需要的合理范围内，应密切观察启停过程对炉膛负压及主汽温度调节的扰动，观察调节性能及协调控制效果。

根据试运行情况，本制粉系统一键启停技术应用后2A磨煤机顺控启动过程如图3所示，2A 磨煤机顺控停运过程如图4所示，2A 磨煤机手动启动过程如图5所示。在不考虑给煤机断煤等不可预知异常情况下，运行人员从手动开启磨煤机出口门至给煤机启动共需约6～7 min，根据不同运行人员的操作快慢，有时完成整个过程需要10 min 时间，但本制粉系统一键启停技术应用后2A 磨煤机仅需约1 min 就能完成自润滑油泵至给煤机启动的全过程。