電廠燃用低熱值煤的對策

謝明杰

（華陽電業(yè)有限公司，福建 廈門 361000）

目前，國際、國內煤炭市場價格不斷飆升且居高不下，為降低生產運營成本，后石電廠燃用低熱值、高灰分煤的比例逐年上升。燃用低熱值煤時須加大給煤量，造成全投磨煤機、灰渣系統和飛灰傳送系統超負荷運行，設備一旦故障就須限載[1]。因此，后石電廠經研討和優(yōu)化調整，將CP1～CP4單臺磨煤機從常態(tài)出力58t/h提升至最大出力69t/h，將CP5～CP7單臺磨煤機出力從常態(tài)出力48t/h提升至最大出力58t/h。改進后，燃用18.42～19.25kJ/kg的低熱值煤時磨煤機不需要全投，保留1臺備用。如果磨煤機全投不考慮備用，當燃煤熱值＞16.74kJ/kg時，機組可帶滿負荷，并增設燃料不足、快速降載邏輯以穩(wěn)定工況。在CP5～CP6的DCC原有外殼體下，將原液壓馬達驅動改為雙變頻電機驅動，并重新設計傳動輪系，更換驅動輪、導向輪、張緊輪、鏈條和刮板等，優(yōu)化PLC控制系統，提升DCC出力。對CP1～CP7飛灰傳送系統進行靜電除塵器電源交叉改進和優(yōu)化電場二次電流設定值，擬將第一、二級輸灰管路由8根管增至16根管，并提升配套壓縮空氣系統和灰?guī)熵搲合到y出力，優(yōu)化PLC控制系統，配合2023年定檢，擬先于CP3試點，后續(xù)視效果再進行推廣[2]。

1 現狀說明

后石電廠燃用低熱值、高灰分煤的比例逐年增加，2022年入爐煤平均熱值約18.78kJ/kg，比原設計熱值23.86kJ/kg低21.3%以上，其中＜18.84kJ/kg的低熱值煤約428萬t，約占全年燃煤47.8%，見表1。

燃用低熱值煤時須加大給煤量，磨煤機出力系數降至0.8左右，負荷500MW以上就必須全投，導致研磨困難，煤粉顆粒較粗。由于沒有備用磨煤機，申請“磨煤機定?！背３２猾@批準，從而使磨煤機無法正常按期定保，造成惡性循環(huán)，任一臺磨煤機故障就必須限載[3]，因此提升單臺磨出力尤其迫切。

燃用低熱值、高灰分煤時灰渣量變大，DCC出力超出原設計值，發(fā)生故障時容易過載，無法正常出渣且容易大塊結焦，一旦掉渣就可能導致DCC故障，CP5/CP6的DCC出力沒有得到提升，異常狀況尤為突出，異常統計見表2。

表2 CP5～CP6機組DCC異常統計表

燃用低熱值、高灰分煤時，煤粉細度不足會導致飛灰顆粒粗、灰量多，EP一、二電場傳送頻率增加，使飛灰傳送管道磨損加劇，常造成堵管、破洞，導致灰無法正常傳送。同時對高負荷的處理時間不足，往往以加抱箍、打耐磨膠等方式臨時處理，造成短時間內可能再次出現異常。如此循環(huán)往復，導致迎峰度夏期間經常出現多個灰斗料位增高。為了防止灰斗脫落甚至電場坍塌，影響電除塵的安全穩(wěn)定運行，需要采取人工放灰的方式，進而出現飛灰揚塵污染環(huán)境、灰袋無法自然分解且處理困難的情況，同時售灰收入也有所減少。

2 改進重點

低熱值煤的主要特點是含碳量低、水分高且灰分高，機組在同樣負荷下需要加大給煤量，并且研磨困難，煤粉顆粒較粗，燃燒產生的灰渣量和飛灰量加大、顆粒也較粗。該文針對低熱值煤特點制定改進技術對策，如圖1所示。

圖1 根據低熱值煤種特點制定的技術對策

2.1 制粉系統改進

后石電廠的鍋爐設計為CP1～CP4機組磨煤機4運1備可帶滿負荷，CP5～CP6磨煤機5運1備可帶滿負荷，而在燃用低熱值煤后，變成全投磨煤機才能帶滿負荷。經研究決定，在提升單臺磨煤機出力的同時保證煤粉細度，即可滿足設計要求。但單臺磨出力增大，一旦出現故障，影響較大，因此通過增設邏輯來迅速降負荷，以穩(wěn)定工況。

2.1.1 提升單臺磨煤機出力

2.1.1.1 優(yōu)化磨煤機控制參數

通過調研其他電廠，并結合設備設計參數和試驗數據，該文通過調整磨煤機入口溫度來增加干燥出力，并調整磨煤機入口風量來增加通風出力。改進后，CP1～CP4單臺磨煤機從常態(tài)出力58t/h提升至最大出力69t/h，燃煤熱值＞19.25kJ/kg時，磨煤機4運1備可帶滿負荷。CP5～CP7單臺磨煤機從常態(tài)出力48t/h提升至最大出力58t/h，燃煤熱值＞18.42kJ/kg時，磨煤機5運1備可帶滿負荷。并根據磨煤機最大出力測試結果修訂操作規(guī)程（SOP）、報警值和記錄表。如果磨煤機全投不考慮備用，燃煤熱值＞16.74kJ/kg時，機組可帶滿負荷。

2.1.1.2 優(yōu)化旋轉分離器轉速

良好的煤粉細度可有效保證燃燒完全，降低灰渣和飛灰中可燃物的含量。通常煤粉細度會隨磨煤機出力的提升而下降，特別是在磨煤機出力提升的階段，煤粉細度R75從31.6%升至37.6%，R200由0.8%大幅升至6.8%。確保磨煤機電流和差壓等參數在設計范圍內，優(yōu)化旋轉分離器轉速，經實際測量，煤粉細度R75和R200分別降至28%和1.2%。具體修訂參數見表3。

表3 旋轉分離器轉速修訂

2.1.2 新增“RUN DOWN”邏輯

燃用低熱值煤高負荷運行過程中，每臺磨煤機出力均接近上限，當任一臺磨煤機故障跳閘時，其余磨煤機無備用調節(jié)空間，鍋爐水燃比不匹配，如果降載不及時或降載速率較慢，可能會因主蒸汽溫度低而造成鍋爐主燃料跳閘（MFT）。經過探討，該文通過所有運行磨煤機最大出力演算出最高負荷，并與鍋爐輸入指令進行對比，當偏差超過設定值時“RUN DOWN”動作，自動快速降負荷。目前CP1～CP4新增跳磨“RUN DOWN”邏輯，CP5～CP7新增“總燃料量不能支撐當前負荷” RUN DOWN觸發(fā)條件。當“RUN DOWN”動作時，報警提示“降載動作或燃料不足”，控制模式自動切換至BI（鍋爐輸入控制），負荷自動降載至“可滿足上限”。

2.2 灰渣系統DCC改進

CP1～CP6灰渣系統DCC原設計出力為3t/h～10t/h，其中CP1～CP4三菱鍋爐為雙爐膛結構，灰渣量較多，已于2014年提升出力至10t/h～30t/h后，效果明顯。CP5～CP6的CE鍋爐為單爐膛結構，灰渣量相對較少，當時并未改進。在運行方面，優(yōu)化鍋爐吹灰順序，特別是針對前屏過熱器LS-02A/B吹灰時容易掉大渣，將一對同時吹灰改為單根吹灰，并通過攝像頭實時監(jiān)視DCC渣量情況，及時停止吹灰，以匹配DCC出力。但現出力已不能滿足燃用低熱值煤的需求，異常情況見表2。因此擬在CP5～CP6的DCC原有外殼體下，將原液壓馬達驅動改進為雙變頻電機驅動，重新設計傳動輪系，更換驅動輪、導向輪、張緊輪、鏈條和刮板等，優(yōu)化PLC控制系統，提升DCC出力。CP7的DCC原設計出力10t/h～30t/h可滿足需求，無須改進。

2.3 飛灰傳送系統改進

后石電廠電除塵器采用單室五電場形式，逐級分4列布置共20個電場，配置20臺可控硅整流變以提供高壓電場電源。電場內部分布G型陽極板與螺旋線圈型陰極絲，每個電場分別配置2個集灰斗與飛灰傳送器，共40個灰斗與飛灰傳送器。配置2臺除塵空壓機與干燥器，以提供壓縮空氣，為輸灰系統提供氣源。

首先，原設計4臺ACB開關各帶一列電場，其中一臺ACB開關故障跳閘，就會造成一列電場全部跳閘，相應跳閘電場對應灰斗灰粒變粗，導致灰無法正常傳送，也易造成煙囪粉塵濃度超標。經過電除塵電源交叉改進后（如圖2所示），當一臺ACB開關跳閘時，不會出現一整列電場跳閘，而是不同列個別電場跳閘，最多失電2個電場，仍有3個電場正常運行，問題得以改進。

圖2 電除塵電源交叉改進

其次，電除塵飛灰產生量估算如下：總煤量×飛灰含量（百分比）×0.85（0.15底渣）×0.8（一電場收集80%飛灰。同理，二電場收集剩下的80%，以此類推）。當飛灰含量大于20%時，高負荷產生的飛灰量大于傳送量（一電場設計飛灰傳送量46t/h），灰斗料位就會繼續(xù)上升。考慮高料位多發(fā)生在電除塵一、二電場對應的灰斗，因此重新優(yōu)化電場的二次電流與充電比參數，降低前2個電場出力，增大后面3個電場出力。但經實際驗證發(fā)現，該方案效果有限，燃用低熱值煤種時，容易出現煙囪粉塵濃度超標，并且后面3個電場對應的灰傳送量超過設計值，高料位灰斗數量也會增加。

最后，參考麥寮電廠，擬將靜電除塵器（EP）傳送負荷最大的第一、二電場，由原來的2個傳送器共享一根輸灰管道改進為獨立傳送，即將原8根輸灰管道增至16根，并提升配套的壓縮空氣系統和灰?guī)熵搲合到y出力，優(yōu)化改進PLC控制系統，傳送負荷較輕的第三、四、五電場輸灰管道保持不變。

2.4 設備保養(yǎng)和改進

在燃用低熱值、高灰分煤后，磨煤機故障率增加，如磨輥和磨盤磨損嚴重造成磨本體差壓升高。為防止出現堵煤現象，需要降低單臺磨出力。沖刷會使煤粉管漏粉頻發(fā)，磨煤機襯板脫落，造成磨煤機內部故障。鍋爐受熱面受沖刷影響而增大（高灰分），發(fā)生爆管概率也隨之增大。保養(yǎng)和改進方法如下：1）更換磨輥、磨盤焊材。磨輥、磨盤磨損后通常采用堆焊的方式進行修復，升級磨輥、磨盤堆焊材料材質，提升其耐磨性能。2）磨煤機襯板螺栓頭部原為外凸式，容易受到磨損，無法牢固固定襯板，改為沉孔式可避免磨損[4]。3）檢查旋轉分離器葉片。結合定檢檢查，及時更換磨損嚴重的葉片，有效保持合格的煤粉細度，盡量避免產生較粗的飛灰顆粒。4）充分利用定檢、調停機會檢查鍋爐受熱面是否存在出列或變形的管排，如果有應及時恢復，對無法及時恢復增加防磨瓦并采取防偏轉措施進行防護[5]。對重點部位和發(fā)生過異常的部位逢停必檢，縮短保養(yǎng)周期，并適當提前更換磨損嚴重的爐管。

3 完成情況

截至2022年11月30日，全廠38臺磨煤機均已完成最大出力測試和調整，CP1～CP4磨煤機最大出力為69t/h、CP5～CP7磨煤機最大出力為58t/h，可連續(xù)安全穩(wěn)定運行。新增“RUN DOWN”快速降載邏輯，CP1～CP7邏輯已載入，機組啟動后測試正常。CP5/CP6的DCC已于2022年7月11日訂購，待結合2023年定檢實施。改進了飛灰傳送系統，配合2023年定檢擬先擇CP3試點，后續(xù)視經營狀況和改進效果，再擇1～2部機實施改進，逐步滿足燃用低熱值煤的需求。

4 改進效果

節(jié)約煤炭采購成本：以每年可多燃用100萬t低熱值煤、采購低熱值煤以40元/t有利價差保守估算，年節(jié)約煤炭采購成本人民幣4000萬元，折單部機組效益約571.4萬元。

減少限載：經統計，2022年煤質因素限載次數比2021年同比下降約75%，限載負荷由500MW～520MW提升至550MW～570MW。

減少跳機：新增“總燃料量不能支撐當前負荷” RUN DOWN快速降載邏輯，提高機組自動控制水平，降低了磨煤機跳閘后水燃比嚴重失配導致跳機的可能性[6]。

5 結語

通過上述改進措施，后石電廠成功提升了機組燃用低熱值煤能力，降低了煤炭采購成本，同時減少了機組限載和被迫停機的情況，確保了機組運行的經濟性和安全性。在今后的生產經營中，后石電廠將繼續(xù)優(yōu)化技術策略和工作方法，使機組運行更高效、穩(wěn)定、可靠而安全。