磨煤机一次风压低保护逻辑的分析与改进

张国峰，武旭升

（大唐阳城发电有限责任公司，山西 晋城 048102）

1 系统概况

大唐阳城电厂二期工程为2台600 MW燃煤汽轮发电机组。锅炉是东方锅炉厂引进美国福斯特-惠勒公司技术设计制造的“W”型火焰锅炉，锅炉的最大连续蒸发量为2060t/h，设计煤种为晋东南无烟煤，每台锅炉配有2台一次风机和6台双进双出球磨机。

2 系统分析

一次风机为动叶可调轴流式风机，并联运行；制粉采用了正压直吹式系统，煤粉被具有一定风压的一次风吹至炉膛。每套制粉系统分别从冷风和热风母管引出一路风经开度可调的冷热风挡板后汇合成该套制粉系统的入口总一次风。温度合适的一次风经该套制粉系统的一次风关断挡板后，分别从磨煤机两端的一次风进风空心圆管进入磨煤机筒体。

2.1 磨煤机的通风量对煤粉的影响

送入磨煤机的一次风，一方面可干燥原煤与煤粉，另一方面将磨制好的煤粉吹送出来，可见磨煤机的出力是随通风量的大小而变化的。当通风量很小时，燃料将大部分集中在筒体的进口端，由于钢球沿筒体长度方向上的分布基本上是均匀的，因此在筒体后部的钢球能量没有充分利用，很大一部分能量消耗在金属的磨损和发热上，同时因为筒体内风速低，从筒体带出的仅仅是少量的细煤粉；当通风量过大时，通风电耗增加，同时由于筒体内风速过高，大量的不合格粗粉被携带出来，使粗粉分离器的回粉量增加，也相应提高了输粉消耗的能量。

综上所述，当筒体内通风量合适时，可以改善沿筒体长度方向的煤对钢球的充满度，使磨煤机出力增加，电耗降低，即在一定筒体通风量下，可以达到磨煤机和通风总电耗最小。此时的通风量为最佳通风量，它与煤的种类、分离器后煤粉细度以及钢球充满系数等有关。

2.2 磨煤机的负荷控制

磨煤机负荷控制指的是对磨煤机出力大小的调节，对于正压直吹式系统，主要是调节磨煤机入口的一次风流量。从燃料主控系统来的负荷指令直接作用于负荷调节挡板，通过开大或关小挡板的开度来改变一次风流量，从而调节进入炉膛的煤粉量以达到调节锅炉负荷的目的。

进入磨煤机的总风量指的是进入磨煤机的一次风量加上进入混煤箱的旁路风流量的总和。进入混煤箱的旁路风，可以保证在任何煤粉流量下煤粉管道中都具有足够的煤粉输送速度；另外，磨煤机的出力是靠调节进入磨煤机的一次风量来控制的，所以既要根据锅炉的负荷保证一定的出力，又要保证在煤粉管道中拥有足够的煤粉输送速度，这就要对总风量、入磨风量、旁路风量进行控制。

制粉系统对一次风的要求除了需要有满足磨煤机出力的流量外，还包括任意出力下应有一定的风压，以保证磨煤机在任何负荷下一次风压力始终维持在所需范围内，从而保证煤粉的正常输出。磨煤机的一次风压力控制是通过调节一次风机入口动叶开度来实现的。一次风母管压力的设定值将根据锅炉负荷自动生成，同时可以手动设定偏置值。设定的一次风压力值同实际的一次风压力通过PI控制器比较后，最终通过对一次风机入口动叶开度的调节来实现对一次风系统压力的调节。

2.3 锅炉的燃烧控制

锅炉燃烧过程要组织得好，除从燃烧机理和热力条件加以保证，使煤粉气流能迅速着火和稳定燃烧外，还要使煤粉与空气均匀混合，才能使燃烧过程迅速完成，并能以最小的过量空气系数达到完全燃烧。在煤粉锅炉中这些要求的实现与燃烧器的结构、布置及其流体动力特性有关。

燃烧器是锅炉的主要燃烧设备，其作用是保证燃料和空气的充分混合、及时着火和稳定燃烧。通过燃烧器送入锅炉的空气是根据对着火、燃烧有利而合理组织、分别送入的。按送入空气的作用不同，可以将送入的空气分为一次风、二次风和三次风。一次风是携带煤粉送入燃烧器的空气，二次风是煤粉着火后再送入的空气，三次风是采用热风送粉时制粉系统的乏气。

煤粉与空气的混合物由燃烧器以射流方式喷入炉膛后，通过紊流扩散和内回流卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，而将悬浮在气流中的煤粉迅速加热。煤粉在获得了足够的热量并达到一定温度后就开始着火燃烧。在实际燃烧设备中，希望煤粉离开喷口不远就能稳定地着火。如果着火过早，可能使燃烧器喷口过热而烧坏，也易使喷口附近结渣；如果着火过迟，就会推迟整个燃烧过程，致使煤粉来不及烧完就离开炉膛，增大机械不完全燃烧热损失，而且着火推迟，还会使火焰中心上移，造成炉膛上部或炉膛出口部位受热面发生结渣。

煤粉气流着火的快慢可用着火时间或着火速度表示。所谓着火速度就是火焰的传播速度，也就是指在稳定着火后，火焰前沿的扩张(移动)速度。煤粉气流着火后就开始燃烧，形成火炬。着火以前是吸热阶段，需要从周围介质中吸收一定的热量来提高煤粉气流的温度，着火以后才是放热过程。将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量成为着火热，它包括加热煤粉和一次风所需热量以及煤粉中水份蒸发、过热所需热量。增大煤粉气流中的一次风量，便相应地增大了着火热，将使着火过程推迟；减少一次风量，会使着火热显著降低，因为在同样的炉温和卷吸烟气量的情况下，可将煤粉气流更快地加热到着火温度。但是，一次风量也不能过低，否则会由于着火燃烧初期得不到足够的氧气，而使反应速度减慢，妨碍着火的继续扩展。另外，对于热风送粉系统，一次风量还必须满足输粉的要求，否则会造成煤粉堵塞。

2.4 锅炉燃烧中出现的问题及可采取的措施

通过合理使用一次风，可以使风、粉混合均匀，使燃烧既快又完全，这样炉膛出口烟温就会降低；如果一次风量太大，火焰中心就会上移，炉膛出口烟温亦随之升高。因此，在运行中要适当调整一、二次风的风速和比例，磨煤机的一次风压低保护也就成为锅炉辅机的一项重要保护，其逻辑通常为风压低时触发跳磨保护。但根据以上分析，多台磨煤机的同时跳闸势必会引起锅炉燃烧的急剧恶化，严重时甚至会引起锅炉灭火，造成机组的非计划停运。解决此问题的关键就在于减少风压低时的跳磨数量，即当出现一次风母管压力低信号时，有选择地停掉一部分磨煤机，只要一次风母管压力能够及时恢复，就不需要将磨煤机全部停运。此时由于停磨数量较少，对锅炉燃烧的影响也必然较小，也就有利于机组的稳定运行。

3 保护逻辑的改进方案

为了防止一次风压低时6台磨煤机(编号A，B，C，D，E，F)同时跳闸导致锅炉灭火，应完善一次风母管压力低跳磨的保护逻辑。

我厂锅炉每台磨煤机有6个煤火嘴，每个煤火嘴有1支油枪，火嘴的布置方式见图1。

改进思路是：一次风母管压力低触发保护后延时15 s跳C，D磨煤机，联投A，F组油枪；延时45 s后，若一次风压力仍低则跳B，E磨煤机；延时75 s后，若一次风压力仍低则跳A，F磨煤机。这期间如果一次风压力恢复正常值，则停止跳磨。

跳磨时要具有选择性，即一次风压低触发保护时需跳某台磨而该磨未运行时，则旁路该磨而跳下一台运行磨，即按C→B→A，D→E→F的顺序选择。

油枪投运也要有选择性，即一次风压低跳2台磨后应联投2组油枪，若该磨未运行则旁路其对应的油枪而投运下组油枪(按A→B→C，F→E→D的顺序选择)。

另外，在出现4台磨运行时，若出现A，B，C 3台磨与D，E，F中的任一台组合(或D，E，F 3台磨与A，B，C中的任一台组合)的情况，在跳磨时应选择先跳C，B 2台磨(或D，E 2台磨)。

4 实施后的效果

在该方案获得批准后，利用2台机组的小修机会，对磨煤机一次风压低的保护逻辑进行了改进。仅仅过了不到4个月，就有1台锅炉因单侧风烟系统发生RB，使得本侧的送风机、引风机、一次风机全部跳闸，造成磨煤机入口的一次风压瞬间低于保护值，触发了磨煤机跳闸的保护信号。在完成2台磨煤机的跳闸后，磨煤机入口的一次风压顺利恢复到了正常值，避免了全部6台磨煤机跳闸给锅炉燃烧带来的巨大影响，有效避免了一次机组的非计划停运，实现了预期目标。

5 结束语

通过对该项保护的分析与改进，既能确保磨煤机运行所要求的正常一次风母管压力值，又能减少多台磨煤机同时跳闸对锅炉燃烧的巨大影响，大大增强了保护逻辑的可靠性和锅炉运行的稳定性。