磨煤机变频技术在大型火力发电厂的应用研究

磨煤机变频技术在大型火力发电厂的应用研究王远胡志远国网能源新疆准东煤电有限公司新疆昌吉830008关键字：氧化皮磨煤机变频1前言根据国家越来越严格的节能环保要求，大型火力发电机组均采用超（超超）临界参数机组，多数采用等离子无油点火技术，由于机组参数的提高，在无燃油点火系统的情况下，直接采用等离子点火进行冷态启动，输入热量过多、过快，在高温受热面尚无冷却介质的情况下，引起超温，当蒸发受热面产生蒸汽后，由于蒸汽温度较低，又造成受热面冷却，易产生氧化皮，降低磨煤机出力是减少氧化皮事故的有效途径，本文针对国网能源准东电厂2×660MW机组工程磨煤机变频器的研究，有效解决和控制磨煤机的最小出力，来解决大型火力发电机组锅炉氧化皮的问题。2磨煤机在超（超）临界机组应用的现状目前，超（超）临界机组主要应用正压直吹式制粉系统，采用HP型、MSP型及ZGM型中速磨煤机。燃煤经给煤机的原煤进入磨煤机的磨碗后，在离心力的作用下沿径向向外移动至研磨环，此时通过液压（弹簧）加载装置产生碾磨力通过磨辊施加在煤上，磨辊装置使煤在磨辊下形成煤床，并在磨环和磨辊之间碾磨成粉，经干燥和分离后合格煤粉进入燃烧器。锅炉出力通过给煤机调节煤量和控制磨煤机入磨一次风量在最大出力和最小出力之间运行，在实际运行时可以满足锅炉任意工况的煤量要求和升降负荷。因此目前国内电厂磨煤机均采用工频电机带减速机的型式。中速磨煤机运行时，原煤在磨辊和磨盘之间要形成一定厚度的煤床才能保证正常运行，当煤层太薄时，磨辊由高处摆动到低处的冲击不能完全由煤层吸收，冲击磨盘造成剧烈的震动。因此磨煤机均有最少出力的限制。经了解多个电厂的实际运行情况，由于安装质量，施工质量及运行调节等因素，实际的最小出力在最大出力的20%以上才能保证震动的限值在安全范围内。3等离子节油点火对受热面造成热冲击根据对国内等离子节油点火和稳燃装置的调研，在无燃油点火系统的情况下，直接采用等离子点火进行冷态启动，输入热量过多、过快，在高温受热面尚无冷却介质的情况下，引起超温，当蒸发受热面产生蒸汽后，由于蒸汽温度较低，又造成受热面冷却，易产生氧化皮，并对受热面造成热冲击，降低锅炉高温部件的使用寿命。鸳鸯湖电厂采用等离子无油点火，直流锅炉等离子冷态点火燃烧不稳定、煤粉燃尽率低、受热面金属温度不可控、超温和干烧现象频发，存在发生二次燃烧、氧化皮生成与脱落、超温爆管与固体颗粒物侵蚀隐患，锅炉启动初期的燃烧热量依靠磨煤机给粉量提供，炉膛突然进入20t/h左右的粉煤燃烧负荷，温升率骤然增加，使启动初期的管材热应力变化，超过母材与氧化膜的应力临界值就会造成大量氧化皮的脱落。通过调研，王曲电厂、鸳鸯湖电厂该种原因的锅炉爆管事故。等离子点火过程中，保证一定的一次风速，控制燃烧器的火焰形状，保证火焰不刷墙既可以保证燃烧器区域的结焦问题。4控制启动过程输入热量方案的可行性分析加装变频器，可以采用1托2的方案，2台启动用的磨煤机采用1台变频器切换启动使用，鸳鸯湖一期工程2台机组的磨煤机变频改造后，最小实际出力由改造前25t/h降至7.87t/h，燃烧稳定，在点火和负荷变动期间控制锅炉受热面温度变化率≯1.5℃/min。鸳鸯湖及费县电厂已有改造后的成功经验。5本工程与鸳鸯湖电厂、费县电厂制粉系统的参数及型式对比及变频适用性分析表1制粉系统对比名称BMCR燃煤量t/h台数磨煤机型号最大出力t/h最小出力t/h电动机转速r/min磨盘转速r/min磨机额定空气流量t/h煤粉细度R90准东2707MPS180-HP-Ⅱ62.9312.58799033.585.78820.3％鸳鸯湖3116ZGM113N-Ⅱ81.2420.399024.2108.3421％费县2386ZGM113N68.716.3299024.294.618.38％磨煤机最小出力的确定要考虑一下几个因素：①磨煤机本身能达到的最小出力目前，磨煤机最小出力的主要影响因素为低负荷时的振动影响，本工程采用的长春发电设备厂生产的MPS-HP-Ⅱ型磨煤机，采用了德国Babcock公司最新研制的液压变加载阻尼减振系统，该系统可以使磨煤机碾磨压力（作用力-反作用力）达到最小设定值，甚至可以抵消碾磨部件本身的静重压力，从而在磨辊和磨盘瓦之间保持一个稳定的碾磨空间。此时，磨煤机出力最小。并且在阻尼减振系统的调节下液压系统能够有效地消除振动。所以，即使磨煤机在负荷低达15%的情况下，磨煤机仍能稳定运行。下表是该厂近期项目情况项目名称机组容量磨煤机型号最大出力t/h实际运行最小出力t/h最小出力的百分比店山西郊2×350MWMPS180-HP-Ⅱ5310.519.8％双辽电厂2×660MWMPS235-HP-Ⅱ901415.5％哈密电厂4×600MWMPS235-HP-Ⅱ992020.2％从该表中可知，虽然长春发电设备厂生产的MPS-HP-Ⅱ型磨煤机，采用了德国Babcock公司最新研制的液压变加载阻尼减振系统，但在实际的生产中，最小出力达到15％较难实现，基本维持在20%左右。本工程采用长春发电设备总厂制造的MPS180HP-II型中速磨煤机，单台磨煤机的最大出力为62.93t/h，实际运行中最小出力不小于计算出力的20％，即不小于12.587t/h。北京ZGM系列和上海HP系列的磨煤机未采用阻尼减振技术，最小出力控制在最大出力的20％-25％左右，实际运行中因为安装工艺、运行条件的限制，最小出力一般超过最大出力的25％。鸳鸯湖及费县电厂未加变频前实际投入运行的最小出力达到了25%，大致在20t/h左右。②磨煤机最小通风量的限制磨煤机的最小出力还受磨煤机最小通风量的限制，保证在风粉管道中的流速超过20m/s.这就要求磨煤机的一次风的通风量要在一定的限度之上，才能保证风粉管道的正常运行，不发生积粉现象。磨煤机的最小风量一般选取为最大风量的75％，额定风量的80％本工程磨煤机的最小通风量=85.788×0.8=68.63t/h鸳鸯湖电厂的最小通风量=108.34×0.8=86.672t/h费县电厂的最小通风量=94.6×0.8=75.68t/h粉风比根据煤种的易燃程度一般设计控制在0.2-0.3t/t,实际的可达到的极限最小值控制在0.12-0.14。鸳鸯湖电厂设计的最小出力为16.32t/h，粉风比=16.32÷86.672=0.188t/t,加装变频后最小出力变为7.87t/h，粉风比达到7.87÷86.672=0.09t/t。参照鸳鸯湖电厂的技术参数，可推算本工程磨煤机在加装变频后最小通风量的限制条件下能达到的最小出力约为：0.09×68.63=6.17t/h..更低达不到煤粉输送的要求。③等离子点火的要求等离子点火中对粉风比的设计点燃下限控制在0.12-0.14之间，保证长时间连续稳定燃烧燃煤量为锅炉耗煤量的5％-7％。本工程等离子要求稳燃下限应为270×0.05=13.5t/h,鸳鸯湖的稳燃下限为311×0.05=15.55t/h。经调研，鸳鸯湖电厂加装变频后最小出力7.87t/h时等离子能保持连续稳定燃烧，本工程等离子厂家和鸳鸯湖电厂等离子厂家相同，煤质挥发分等相差不大，故本工程也可控制在7.87t/h左右。6变频磨煤机对节能降耗的影响采用1拖2方案，每台炉须增加一台高压变频器（选用西门子、ABB等国际进口品牌）及相关控制系统，每台炉增加的成本约为80万元。鸳鸯湖电厂改造后正常运行中降低锅炉147kw，年节约厂用电103万kwh。推算本工程如改造后可降低锅炉70KW,年节约厂用电50万kwh.折算成经济费用约为10万元，静态收回投资8年。采用高压变频器调速技术对磨煤机电动机进行启动时，可以对磨煤机进行软启动，此时磨煤机的启动电流很小，延长了磨煤机电动机的使用寿命。7结论根据目前磨煤机的应用情况，分析氧化皮产生的机理，参考鸳鸯湖电厂、费县电厂的实际改造经验，总结变频磨煤机应用的特点：1）磨煤机变频改造采用1拖2的方案，与加装油系统相比有效的降低了初投资成本。每台炉配套变频器的价格约为：80万元，投资静态回收期8年。2）延长了启动用磨煤机的使用寿命，降低磨煤机的使用费用，采用高压变频技术在低负荷运转期间有效的节能，降低了厂用电率。3）通过变频调节磨煤机的转速，调节方式灵活，输出负荷稳定，可以缓慢的增减负荷，减少受热面造成热冲击，增加锅炉高温部件的使用寿命，有效的缓解氧化皮的脱落问题。参考文献：《300MW火电机组磨煤机变频调速系统的应用研究》王友谊2012