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摘要：伴随着节能降耗理念的持续深入，中国作为世界上最大的煤炭消费国，火电厂消费占其53%左右。充分挖掘火力发电厂节能降耗的潜力，对于促进社会的可持续发展、推动我国节能事业具有重要的意义。文章以某电厂600MW机组制粉系统为研究对象，针对中速辊式磨煤机运行中，如何节能降耗进行简单的分析及研究，优化运行方式使其达到最佳运行状态。
关键词：中速磨煤机；制粉系统；运行优化
某电厂600MW机组制粉系统采用ZGM113G中速辊式磨煤机直吹式制粉系统，它是耦合性强、大滞后、多输入多输出的非线性系统，其动态特性随着运行工况的变化而大范围变化，传统的PID加解耦的控制手段很难做到精确控制，从而会导致机组对AGC指令响应变差。磨煤机出口混合物温度，磨煤机出口分离器挡板开度，磨煤机入口风量，磨煤机的加载力，磨煤机给煤量等都影响机组运行的安全性与经济性。因此对中速磨煤机直吹式制粉系统运行优化变得尤为重要。
一、中速辊式磨煤机直吹式制粉系统
中速磨煤机直吹式制粉系统在我国的应用非常广泛。它能磨制烟煤、部分贫煤以及部分品种的褐煤等，一般分为正压和负压系统两大类。其中正压直吹式制粉系统工作原理如图下所示：
注：1—锅炉；2—送风机；3—空气预热器；4—给煤机；5—粗粉分离器；6—磨煤机；7—二次风箱；8—一次风机；9—燃烧器；10—隔绝门；11—煤粉分配器；12—密封风机；13—风量测量装置。
某电厂600MW机组采用ZGM113G中速磨煤机正压直吹式制粉系统，ZGM113G磨煤机是一种中速辊盘式磨煤机，其碾磨部分是由转动的磨环和三个沿磨环滚动的固定且可自转的磨辊组成。原煤从磨机的中央落煤管落到磨环上，在离心力作用下将原煤运动至碾磨滚道上，通过磨辊进行碾磨。三个磨辊沿圆周方向均布于磨盘滚道上，碾磨力则由液压加载系统产生，通过静定的三点系统，碾磨力均匀作用至三个磨辊上，这个力是经磨环、磨辊、压架、拉杆、传动盘、减速机、液压缸后通过底板传至基础。原煤的碾磨和干燥同时进行，一次风通过喷嘴环均匀进入磨环周围，将从磨环上切向甩出的煤粉吹送至磨机上部的分离器，在分离器中进行分离，粗粉被分离出来返回磨环重磨，合格的细粉被一次风带出分离器。难以粉碎且一次风吹不起的较重石子煤、黄铁矿、铁块等通过喷嘴环落到一次风室，被刮板刮进排渣箱，由人工定时清理。
二、中速磨煤机制粉系统运行优化研究
以某电厂600MW机组为例。该机组中平盘磨型号为ZGM113G。标准状况下，ZGM113G的磨煤机出力为65t/h（设计煤种），转动速度为24.2r/min，气体流量为28.02kg/s，单耗量为6-10kW•h／ｔ，通风阻力不大于6540Pa。
（一）磨煤机出口混合物温度
在ZGM113G中速磨煤机制粉系统中，当所用燃烧挥发分Vdaf小于40%时，磨煤机出口混合物最高允许温度tM2=［（82－Vdaf）5/3］±5；当所用燃煤挥发分大于等于40%时，tM2=60～70。某电厂600MW机组制粉系统采用燃煤挥发分在30%左右，磨煤机出口最高允许温度tM2=91°左右。但由于煤中所含水分不同，磨煤机干燥出力就会不同，所需要磨煤机入口热风温度亦会不同；这些水分在磨制及加热过程中会首先汽化并吸收大量热量，使得磨煤机出口风温迅速下降，煤粉颗粒所能达到的温度一般会远小于磨煤机入口风温。因此，磨煤机的出口混合物温度应根据实际煤种水分和挥发分来综合确定。从经济性角度考虑，磨煤机出口混合物温度太低将导致炉膛温度下降，供电煤耗将增加，磨煤机单耗也随之增加，而且锅炉的排烟温度也会提高。因此只要磨煤机在磨制过程中的加热风温不高于所磨煤中可燃气体析出温度，则可认为磨煤机的运行是安全的，并且还会有一定的安全余量。所以，磨煤机出口混合物温度在允许的范围内应控制高点。
（二）磨煤机出口分离器挡板开度
某电厂600MW机组制粉系统采用ZGM113G中速辊式磨煤机直吹式制粉系统中，磨煤机出口分离器挡板开度太大，将导致磨煤机出口煤粉变粗，锅炉的不完全燃烧增加；磨煤机分离器挡板开度太小，磨煤机出口煤粉变细，但是将导致磨煤机单耗增加。因此在500MW负荷下，当中速磨直吹式制粉系统的磨煤机给煤量为50t/h、磨煤机入口风量为90t／h左右、磨辊加载压力为１2ＭPa，分离器调节挡板开度分别取值为50°，53°，55°时，测试该制粉系统的煤粉细度、煤粉均匀性系数和磨煤机单耗等运行参数。如下表所示：
通过实验可以看出，随着分离器调节挡板开度的增大，煤粉细度R90随之增大，但磨煤机单耗当分离器调节挡板开度为53°时，磨煤机单耗最低且煤粉细度能够满足设计要求。因此，分离器调节挡板开度的最优值为53°。
（三）磨煤机入口风量
在500MW负荷下，因磨煤机入口风量不能过低，因此通风量的取值应大于70t/h。当平盘磨直吹式制粉系统中磨煤机给煤量调整至50t/h、分离器调节挡板开度的大小调整至５3°、磨辊加载压力调整至12ＭPa，磨煤机通风量分别取值为85t/h，90t/h，95t/h，100t/h时，测试该制粉系统的煤粉细度、煤粉均匀性系数和磨煤机单耗等运行参数。如下表所示：
从以上实验数据可以看出，随着磨煤机通风量的增加，煤粉细度R90随之减小，但磨煤机出口煤粉均匀性系数变化不大，且都满足设计要求，而磨煤机单耗在磨煤机通风量为95t/h时最低，且磨煤机出口煤粉细度满足设计要求。因此，磨煤机通风量的最优值为95t/h。
（四）磨煤机的加载力
某电厂600MW机组制粉系统采用ZGM113G中速辊式磨煤机直吹式制粉系统中，磨煤机磨辊加载力可以实现一键变加载和定加载的切换。磨煤机定加载运行时，磨辊加载力为一定值。运行中磨辊加载力和磨煤机给煤量的最佳匹配只有一个点，磨煤机在中低负荷运行时，磨煤机单耗高。同时磨煤机出力受限，最低出力为磨煤机额定出力的40%，且在磨煤机启停时必须通过共振区。磨煤机变加载运行时，磨煤机加载力随磨煤机负荷的变化而变化，磨煤机负荷越高加载力越大，反之越小。运行中磨煤机的负荷可以在25%--100%的区间变化，可以使磨煤机负荷和磨辊加载力实现最佳的匹配值降低了能耗，特别是在磨煤机中低负荷运行时，节能和节省耐磨材料的效果尤为显著，并且使磨煤机的检修周期明显延长。综上所述，无论是从经济性角度，还是从安全角性度考虑，中速辊式磨煤机在变加载方式下运行优势极其明显。
（五）磨煤机的给煤量
某电厂600MW机组中速辊式磨煤机直吹式制粉系统中，磨煤机给煤量的变化对磨煤机单耗的影响也极为重要。在500MW负荷下，直吹式制粉系统中磨煤机入口风量设置成95t/h、分离器调节挡板开度调整设置成53°、磨辊加载压力设置为变加载运行方式，磨煤机出力分别取值50t/h，55t/h和60t/h时，测试该制粉系统的煤粉细度、煤粉均匀性系数和磨煤机单耗等运行参数，如下表所示：
从试验数据可以看出，随着磨煤机出力的增加，磨煤机单耗随之减小，但煤粉细度R90随之增大。当磨煤机出力为55t/h，磨煤机单耗最低且煤粉细度能够满足设计要求。因此，磨煤机出力的最优值为55t/h。
依据磨煤机出口温度、压差及石子煤排量等因素，在磨煤机出力参数优化的基础上，将磨煤机出力调至65t/h系统可承受值。当磨煤机出力在65t/h附近时，中速辊式磨煤机直吹式制粉系统可无故障运行二小时以上，并且工作过程中，磨煤机出口处温度无明显下降，其他各参数运行正常，表明该制粉系统可以在该出力下正常运行。
三、优化结果
综合以上各种优化试验，可以得到中速辊式磨煤机直吹式制粉系统中磨煤机出口混合物温度，磨煤机入口风量、分离器调节挡板开度、磨辊加载压力和磨煤机出力等运行参数的最优值。优化后该制粉系统的磨煤机单耗明显减小，煤粉均匀性和细度均能够满足预期的设计要求。经测试，中速辊式磨煤机直吹式制粉系统的磨煤机单耗优化前为9.74ｋＷ•h/ｔ，优化后为8.71ｋＷ•h/ｔ，若该电厂单台机给煤量为300t/h、年运行时间为7000h、电费价格为0.4元/（ｋＷ•h）时，则该制粉系统优化后单台机组每年可为发电厂节省86.5万元的资金。
综上所述，文章在充分分析中速辊式磨煤机直吹式制粉系统的基础上分别进行了磨煤机出口混合物温度分析、磨煤机入口风量参数优化、分离器调节挡板开度参数优化、磨辊加载压力分析、磨煤机出力参数优化等单变量运行参数优化试验，从而在试验层面上验证了理论上制粉系统各运行参数的制约关系，并找出了中速辊式磨煤机直吹式制粉系统各运行参数的最优值。但由于600MW机组中速辊式磨煤机直吹式制粉系统数据采集的局限性，因此，实际的制粉系统最优运行参数仍可进一步优化整定。
参考文献：
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论文作者:赵峰涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/4
标签：磨煤机论文; 制粉论文; 中速论文; 系统论文; 挡板论文; 风量论文; 加载论文; 《电力设备》2018年第28期论文;