利用一次风冷却器降低燃煤机组煤耗

周国平，黄素华，吕晓东，沈丛奇，夏 杰

（1.上海上电漕泾发电有限公司，上海 201507；2.上海明华电力技术工程有限公司，上海 200090；3.淮沪煤电有限公司 田集发电厂，安徽 232098）

0 引言

由于直吹式制粉系统具有设备少、布置紧凑、投资省、磨煤电耗低、系统简单等优点，现代大容量电站锅炉较多地采用这种形式的制粉系统。由于磨煤机及制粉系统的运行与锅炉的运行紧密地联系在一起，其运行性能必须综合考虑锅炉运行的要求，两者的运行性可能相互影响、相互制约。为了适应煤种水分多变的情况，在大多数情况下，空气预热器出口热一次风温度比磨煤机入口干燥介质要求温度高许多。

传统中速磨直吹式制粉系统通过冷、热一次风的混合来调节磨煤机的入口风温，这样势必有相当一部分冷一次风不通过空气预热器，减少了通过预热器的冷风总量，会使锅炉排烟温度升高，机组煤耗升高［1］。而通过在热一次风道安装一次风冷却器，可以大大减少旁路的冷风量，使大部分一次风通过预热器，从而降低锅炉排烟温度，降低机组煤耗。

1 传统直吹式制粉系统运行控制特点

以常见的中速磨直吹式制粉系统为例，来分析其运行控制特点。典型的中速磨直吹式制粉系统流程图［2］，见图1。

图1 中速磨煤机直吹式冷一次风机制粉系统

对于结构尺寸确定的磨煤机而言，其满出力下的通风量是固定值。磨煤机在整个可调的出力范围内其风量变化的范围是不大的［3］（见图2）。

图2 典型的中速磨风量控制曲线

由图2可知，与煤量相比，风量变化是比较平缓的。

直吹式制粉系统磨煤机出力或煤种的变化是影响磨煤机出口温度的主要因素之一，通过改变风煤比或干燥剂进口温度都可达到调节作用。但是由于风量变化比较平缓，同时为了维持风煤比曲线并使制粉更经济，在煤质允许的条件下，一般主要通过改变干燥介质入口温度的方法来调节磨煤机出口温度。

传统直吹式制粉系统根据煤种及煤量的变化，通过冷、热一次风不同的混合比例，来调节磨煤机的入口风温（干燥剂入口温度），从而将磨煤机的出口温度控制在一定的范围内。这种调节方式的优点是响应速度比较快，能够快速适应磨煤机煤种及煤量的变化，缺点是有相当一部分冷一次风要从空气预热器旁路通过，而且冷一次风流量随着煤量和煤种的变化而变化。一般，燃煤水分比设计值越小，旁路的冷一次风流量就越大，锅炉的排烟温度就越高，机组煤耗就偏高。

目前，锅炉的设计思路是保证制粉系统对煤种有足够的适应性能力，主要指收到基水分，对预热器出口一次风温的选取都有相当大的富裕度，大都取为320℃～330℃，以保持制粉系统有足够的干燥能力。这就使得锅炉对大多数煤种所能提供的干燥能力，是大于或远大于制粉系统干燥出力要求的。在实际运行中，根据煤种水分的不同，磨煤机入口风温大都在150℃～260℃，与预热器出口一次风温相比有60℃～180℃的温降。此时，就需要通过掺混大量的冷一次风来降低干燥介质的入口温度，因此势必有相当一部分冷一次风要旁路空气预热器，从而使锅炉排烟温度升高。

最理想的状况是，热一次风温刚好能够满足磨煤机入口风温要求，不需要掺混冷一次风进行调节，此时所有冷一次风都要通过空气预热器，可以最大限度降低锅炉排烟温度，提高锅炉热效率。通过安装一次风冷却器可以最大限度地满足这一要求。

2 一次风冷却器降低排烟温度机理

为了减少旁路的冷一次风流量，可以在预热器出口的热一次风道中安装一次风冷却器，如图3所示。换热器的冷却水取自机组给水回热系统，通过对冷却水流量的调节，可以将热一次风温t2降低至t3，t3等于或略高于磨煤机要求的干燥介质入口温度，从而大大减少掺混的冷一次风量，使更多的冷一次风通过空气预热器，从而降低锅炉排烟温度。

图3 装有一次风冷却器的直吹式制粉系统

由此可见，一次风冷却器降低锅炉排烟温度的原理主要是通过其调温降低热一次风温，从而不需要或只要少量的冷风，就可以满足磨煤机对干燥介质温度的要求，而通过一次风冷却器回收的烟气热量可以回注到汽机热力系统中，提高机组的循环效率。

对于中速磨直吹式制粉系统，在实际运行中，由于每台磨煤机的煤种和煤量不完全相同，因此每台磨煤机入口的干燥介质温度要求是不一样的。为了满足所有磨煤机对干燥介质温度的要求，以及变负荷的快速响应需要，还不能取消冷一次风，只能通过一次风冷却器将热一次风温度降低至对干燥介质温度要求最高的磨煤机入口温度。而对其他要求较低干燥介质温度的磨煤机，还要通过掺混部分冷风来满足其对入口干燥介质温度的要求。

目前，在中速磨直吹式制粉系统的实际运行中，通常还可以通过降低一次风量和提高磨煤机出口温度的方法，在一定程度上降低锅炉排烟温度。在干燥出力不变的情况下，其本质都是提高磨煤机入口干燥介质温度，从而减少旁路空气预热器的冷一次风量。但是降低一次风量受到煤粉携带速度和煤粉燃烧初期需要空气量的限制，不能降低太多；而提高磨煤机出口温度，受制粉系统防爆要求的限制，也不能提高太多。中速磨煤机设计出口温度一般为70℃～90℃。对于高挥发分煤种，最低应维持65℃～70℃；而对于低挥发分煤种不应高过90℃～95℃［4-5］。而通过安装一次风冷却器来调节干燥介质温度，则没有这些限制，可以最大限度减少旁路冷一次风量，降低锅炉排烟温度。

3 安装一次风冷却器的制粉系统运行控制分析

传统的直吹式制粉系统，以热风门来控制通过磨煤机的风量，而以冷风门来调节磨煤机入口干燥介质的温度，这种控制方式能够快速响应磨煤机煤量和煤种的变化。在安装一次风冷却器后，可以在这种控制方式的基础上，增加一路对通过一次风冷却器的取自低压给水的冷却水流量的控制，通过调节流经一次风冷却器的冷却水流量，来控制一次风冷却器下游的热风温度。如果冷却器下游热风温度高于所有磨煤机的入口干燥介质要求温度，则开大调节阀增加冷却水流量，降低热风温度；反之，如果冷却器下游热风温度低于某台磨入口干燥介质要求温度，则关小调节阀减少冷却水流量，提高热风温度。

在磨煤机启停或快速变负荷过程中，还是以冷、热风门的调节来快速响应，这是粗调。当磨煤机达到稳定运行工况后，通过对冷却水流量的调节，来控制一次风冷却器下游温度，一般是增加冷却水流量，降低冷却器下游热风温度值，直到某台磨煤机的冷风门完全关闭。此时，旁路空气预热器的冷一次风流量达到最小，最大限度降低了锅炉排烟温度。

4 安装一次风冷却器的节能潜力

通过分析可知，安装一次风冷却器可以降低锅炉排烟温度，但需要对其节能潜力进行分析。下面通过对某超超临界600MW机组进行计算，来分析考察其节能潜力。

以机组设计煤种及电厂目前燃用的某煤种为分析依据，假定机组运行在基本负荷下，冷、热一次风温度及燃料向锅炉输入的热量等都取设计值，并且通过一次风冷却器回收的热量全部用于加热4号低加出口给水，出水全部进入除氧器。某超超临界600MW机组一次风冷却器节能潜力分析计算结果见表1。

表1 某超超临界600MW机组一次风冷却器节能潜力分析计算结果

在表1中，干燥介质温度通过制粉系统的热平衡计算获得，与实际运行情况也比较吻合。由表1中计算结果可见，安装一次风冷却器的节能潜力巨大。节能潜力与燃用煤种的收到基水分密切相关，实际燃用煤种的水分越低，则节能潜力越大。这是因为煤种水分越低，需要的干燥介质温度也就越低，则需要旁路的冷一次风量就越大，安装一次风冷却器后可以减少的冷一次风风量也就越多。

在实际运行中，由于每台磨煤机的煤种和煤量都不一样。因此，磨煤机入口干燥介质温度就有高低之分。一次风冷却器后温度只能降低到要求较高的干燥介质温度，而对于其他要求较低干燥介质温度的磨煤机还要进一步通过掺混冷风来进行调节。因此，在表1的分析计算中，考虑冷一次风的减少量为80%。可见，如果水分相差较大的煤种进行分磨掺烧，就会减弱一次风冷却器的节能效果。当然在热一次风道安装一次风冷却器后，会增加一次风的阻力，使得一次风机电耗增加；通过低压给水系统引过来的冷却水可能还需要增压泵，也会增加部分能耗；而且由于一次风阻力的增加，在某些运行工况下，还会增加一次风机失速的可能性。

5 结语

安装一次风冷却器虽然会增加部分系统阻力，但是不会影响制粉系统的干燥能力，在制粉系统控制方式上，仍然保留原有冷、热风门快速响应的特点，因此对制粉系统的运行影响不大，但是却具有巨大的节能潜力。由于一次风冷却器安装在空气预热器出口的热一次风道内，周围工作介质是含少量灰尘的热空气，与低温省煤器相比，几乎不存在腐蚀、磨损、防尘问题。总之，安装一次风冷却器可以大幅降低锅炉排烟温度，尤其是对于燃用低水分煤种、制粉系统干燥出力富余量大的机组，节能效果尤为明显、节能潜力更大，而且适用于所有中速磨直吹式制粉系统。

用于一次风冷却器的冷却水取自于机组给水回热系统，具体采用哪一级加热器的出水作为冷却水，需要根据具体的给水回热系统来分析。这会影响一次风回热系统最终的节能效果，但是为了达到高效的利用，一个总的原则是“温度对口，梯级利用”。

［1］ 胡荫平.电站锅炉手册［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］ DL／T 467—2004电站磨煤机及制粉系统性能试验［S］.

［3］ 刘德来.中速磨煤机直吹式制粉系统运行特性分析［J］.山西焦煤科技，2008（增刊）：131-133.

［4］ 贾鸿祥.制粉系统设计与运行［M］.北京：水利电力出版社，1995.

［5］ 于彦显.珲春发电厂褐煤锅炉磨煤机出口温度的确定［J］.吉林电力技术，1996（3）：27-31.