双进双出钢球磨煤机计算料位研究及应用

张宪东，刘建航，刘玉亮

（国家能源集团山东菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

0 引言

双进双出磨煤机是火力发电厂广泛采用的一种制粉设备，具有生产效率高、研磨煤种范围广和不受异物影响等优势［1］。但是磨煤机运行过程中存在一定的问题，有时出力不均匀，低负荷富裕余量大，功耗大，掺烧其他煤种时经常发生堵煤等现象，磨煤机运行中应保持合适的料位，如果料位过高，会造成磨煤机满磨冒粉。因此，优化“W”型火焰锅炉磨煤机运行方式，对深挖机组节能潜力、降低机组辅机耗电率具有十分重要的意义。

1 基本概况

某电厂两台机组为300 MW“W”型火焰燃烧方式锅炉。锅炉为单炉膛、平衡通风、一次中间再热、亚临界参数自然循环锅炉，蒸发量为1 025 t/h，锅炉设计煤种为85%无烟煤及15%半无烟煤。锅炉燃烧系统由制粉及分离装置、燃烧器及喷口、风烟系统及辅机、炉膛及燃烧室等组成。锅炉配备正压直吹式制粉系统，由2台密封风机、2台离心式一次风机、3台双进双出磨煤机、6台皮带式给煤机组成，每台磨煤机的一端分别对应一组燃烧器，3台磨煤机的制粉能力为锅炉MCR时所需煤量的120%。磨煤机、煤粉燃烧器的布置和结构如图1所示。

图1 磨煤机和燃烧器布置

2 存在问题及分析

原直吹式双进双出钢球磨煤机料位测量使用电耳噪音测量系统，其原理为通过测量噪声水平，利用电耳产生音频信号，由于内部噪音与煤的硬度、钢球的大小、一次风速、一次风量等外部环境有关，与内部煤粉量的多少并不成线性关系，容易造成高负荷带不上去，低负荷降不下来，因机组负荷脱离AGC指令曲线而受到调度细则考核［2］。在深入研究磨煤机料位检测的基础上，提出了料位差压法与噪声电耳法相结合的计算料位综合检测方法。低负荷低料位阶段投用电耳料位测量，差压法测量值作为参考，高负荷高料位阶段采用差压自动，电耳测量值作为参照。采用计算料位综合检测后，磨煤机出力自动投入率大幅度提高，使磨煤机料位工作在较为理想的状态下，实现了磨煤机低功耗、低磨损［3］。

目前，正常情况下该机组3台磨煤机全部运行，低负荷时段通过降低料位和一次风压来满足燃烧需要，满足AGC投入条件，以减少“两个细则”的考核。但在实际运行中发现，磨煤机电耳料位一直存在显示不准确的问题，一旦实际料位高于电耳料位灵敏区，就会出现料位显示值不变或者稍微降低的情况，导致在给煤量自动投入的情况下给煤量一直增加，出现磨煤机满磨冒粉污染环境的问题。2018年5月28日，4号炉C磨煤机给煤量投料位自动运行，实际料位上升，电耳显示料位下降，在料位定值不变的情况下，给煤量一直自动增加，导致磨煤机满磨，给生产现场较大的污染，严重影响生产运行。

3 解决方法与措施

在磨煤机投入自动运行程序后，采用计算料位进行辅助监测，以避免满磨现象在发生。计算料位就是把磨煤机从空磨到满磨的变化过程看作一个调节门从全开到全关的过程。这样，对应每一个料位值，一个一次风压就对应一个一次风流量，在一次风压和一次风流量坐标中就能得到一条最佳等料位曲线［4］。以运行人员长期运行经验为基础，通过加强对磨煤机料位相关参数的研究以及料位变化所呈现出来的磨煤机电流、一次风量风压等相关系列参数变化分析，根据一次风流量与磨煤机入口风压等参数的关系，通过一系列公式模拟计算出磨煤机料位最佳水平。

图2 磨煤机运行满磨时电耳料位变化

通过对大量历史数据分析，找到一条接近满磨的一次风流量与一次风压力关系曲线作为100%料位曲线，一条空磨时的一次风流量与一次风压力关系曲线作为0%料位曲线。

图3 料位与一次风压力、一次风流量关系

根据图3中等料位曲线数据，运行中实时的一次风流量和一次风压力就对应一个料位值，代入数学模型，得出最佳运行料位近似计算公式：

式中：Z为料位，%；X为磨煤机一次风流量，kg/h；Y为磨煤机入口一次风压力，kPa。

4 效果分析

经过两个多月的运行数据优化调整分析，磨煤机计算料位运行效果较好，基本上解决了磨煤机满磨现象的发生。例如，在实际运行过程中，4号炉B磨煤机随着给煤量不断增加，计算料位同步升高，磨煤机出口温度同步降低，电耳料位几乎不变后期还有降低，说明计算料位更能反映磨煤机真实料位变化趋势，磨煤机计算料位测算见图4。

通过计算料位在磨煤机中的应用：1）机组负荷响应能力得到大大提升，机组AGC投入率得到大幅度提高；2）一次风流量降低，煤粉细度变细，保证了锅炉着火稳定，同时降低了飞灰可燃物，提高了锅炉效率，降低了供电煤耗；3）料位精准控制后，同等工况下一次风流量降低20%，制粉系统管路磨损率降低，制粉系统设备检修周期可适当延长，为机组安全稳定运行提供了安全保障［5］。

从五值小指标竞赛情况看，制粉系统耗电率比计算料位应用前平均降低了0.2%，按二期单机组年发电量16.5亿kWh，供电上网价格0.38元/kWh计算，为公司产生经济效益125.4万元。

图4 B磨煤机计算料位测算

5 结语

计算料位作为磨煤机料位监测的补充手段，对于磨煤机料位测量有重要意义。不仅能在正常增减工况下出现的料位测量失准做出及时修正；而且在增减负荷的过程中，能够有效地对料位过调做出准确判断，作为磨煤机的料位测量补充。在实际运行中，通过合理控制调节，精心监视和操作，对锅炉乃至整个机组的安全运行有重要意义。

通过磨煤机计算料位的应用后，二期两台机组6台磨煤机基本避免了磨煤机满磨冒粉现象的发生，在很大程度上减轻了生产环境的污染，提高了机组的环保水平；尤为重要的是，在很大程度上减少了运行人员对磨煤机料位的时刻关注程度，把更多的精力用在对其他运行设备的优化调整上，提高了机组安全经济稳定运行水平。