1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉194双进双出球磨机风煤比分析及调节修正探讨胡先柏（华润电力常熟有限公司 江苏 常熟 215536）【概 要】对双进双出球磨机风煤比进行了定性分析，分析了磨煤机研磨出力和分离器 Rx 风煤比失去配合导致的风煤比异常，对优化操作和调节提出了建议。对基于风煤比调节的磨煤机风煤比找出线性最佳拟合办法，引入适当修正，能较好改善磨煤机调节品质并实现 AGC 在线状态下磨煤机的启停。【关键词】双进双出磨煤机 风煤比 运行优化 改善调节品质0 概述双进双出球磨机具有煤种适应性强、不受异物影响、运行方式灵活、储粉和快速负荷响应能力、高可靠性和低性价比
2、等特点，在新近投产的大中型燃煤机组中获得较为广范应用。华润电力（常熟）有限公司是国内较早装备和使用双进双出球磨机的燃煤电厂之一，每台 650MW 机组配置 4 台由上海重型机械设备厂引进法国阿尔斯通公司技术生产的 BBD4360 型双进双出球磨机。长期以来，不能精确测量和控制入炉煤量、调节粗糙成为大家对双进双出磨煤机的共识和垢病，实际运行严重依赖运行人员经验。而磨煤机启停必须退出自动被认为是先天不足，成为影响 AGC 投入率的主要因素。上述缺点也成为后续新建电厂磨煤机选型时重要考虑的因素，双进双出磨煤机的优异性能被贬损和低估。双进双出磨煤机以热一次风为干燥和输送介质，风煤比相对恒定是这类磨煤机
3、的特点。其中风量测量不准技术难题在华润电力（常熟）有限公司已经通过采用多点风量测量装置（东南大学研究成果）得以解决，入炉煤量的精确计算和控制技术成为从业人员重点研究对象和攻关目标。近期国内有基于人工神经网络的双进双出钢球磨煤机优化技术应用研究，尚未有实绩成果公布和借鉴。根据运行经验和对风煤比深入研究，我们发现一种简单实用的修正技术，通过对控制逻辑参数进行优化，有望使磨煤机性能得到较大幅度提升。1 实际风煤比的定性分析由于过份依赖于相信“储粉”能力，长期我们以来一直陷入这样一个误区，认为只要有“料位”即可获得优异的负荷响应能力，就能够保证“风煤比”的恒定，直到运行中出现一些难以解释的现象，如一次
4、风量需求明显增大、磨煤机出力响应变慢、飞灰炉渣可燃物含量增大、烟温偏差增大、燃料调节热值修正超限等，虽部分人员对磨煤机研磨出力有所怀疑，但终因无例可循，缺少理论依据而浅尝辄止。观察发现，这些问题首要表现为磨煤机风煤比失常，通常发生在磨煤机长周期运行后、钢球消耗、钢球规格比例失调、煤种变化大、干燥出力不够等导致磨煤机研磨出力不足的情况下。因此，全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉195磨煤机研磨出力不足时的风煤比是我们重点研究的对象，跟据钢球磨煤机和旋风分离器原理、风煤比特性，我们作图分析，简化条件找出所关心的磨煤机内部不同位置、不同煤粉细度的风煤比以及它们的内在联系，力
5、求找到最接近实际情况的风煤比，为磨煤机运行优化和控制技术改进提供理论支持。煤粉细度和研磨出力密切相关，谈到研磨出力就必须关联煤粉细度。同一台磨煤机、同一煤种，对不同细度煤粉的研磨能力不同，磨制细粉需要更长时间而粗粉更容易磨出，如同一磨煤机R90Rx。一般磨煤机设计最佳装球量时最大研磨出力富余系数1，即 Rx 研磨出力在 M1 线以上。这时磨煤机研磨出力能满足分离器 Rx 风煤比需求，Rx 研磨出力风煤比曲线在 上方，此时磨煤机出力1O受分离器限制，磨煤机出力随分离器 Rx 风煤比线性增加，煤粉细度不变，磨煤机负荷响应迅速。各种原因引起磨煤机研磨出力下降时，如图二所示，Rx 研磨出力下行至 M2
6、。此时磨煤机研磨出力不能满足分离器 Rx 风煤比需求，Rx 研磨出力风煤比曲线在 下方至 ，此时磨煤机出力受12Rx 研磨出力限制，细度小于 Rx 的煤粉出力随 Rx 研磨出力风煤比线性增加。由于不能满足负荷需求，必须通过增大总风量来增加煤量，随着总风增大煤粉变粗，分离器出口实际风煤比 介于3O与 之间，磨煤机的出力仍可增加至 M1，但煤粉细度由 Rx 变为 Ry，风量从 F1 增加 F3。1O2综上所述，磨煤机研磨出力变小使之与分离器风煤比特性失去配合时，将会出现风煤比增大、煤粉变粗、响应变慢等现象。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉1972 实际风煤比在生产中的应
7、用2.1 解释磨煤机出力不足造成的参数异常：1）风煤比增大，一次风量需求增大，通风电耗增加，出力受一次风机限制。风煤比增大导致基于风煤比计算的燃料调节修正值超限。2）煤粉变粗，引起飞灰、炉渣含碳量变化，烟温偏差变化，分隔屏及炉膛出口受热面结焦，对流受面超温等。3）磨煤机出力响应变慢，系统调节品质变差。如图三，实际风煤比曲线 在分离器 Rx 风煤比 右侧，平稳升负荷时，增加同样的出力需3O1O要增加更多的风量，因而响应变慢。当磨煤机增加风量随分离器 Rx 风煤比快速升负荷由 1 至 2 点时，如磨煤机研磨出力 M2 跟踪不及，磨煤机即动用 Rx 细粉储备，出现亏粉，一段时间细粉储备用完，磨煤机出
8、力降下行跳变至点3，表现出“空磨”效应。为了保证负荷必须增加通风量，随着风量增大，煤粉变粗，煤量增大，工作点平移至点 4。随磨煤机 Rx 研磨出力逐渐恢复，风煤比曲线向分离器 Rx 风粉比曲线靠拢，煤量将大于 M1 引起超调，导致燃料来回波动，调节不稳定。图三 出力响应2.2 优化操作调节：机组快速升负荷或磨煤机 4/3 切换过程中，需要磨煤机大范围升负荷时，由于磨煤机的研磨出力并不固定，暂态研磨出力和稳定研磨出力并不一致：给煤机前馈信号使给煤量增加超前，造成磨煤机筒体端部煤量堆积，沿轴向分布不均，局部球煤占空比下降，研磨能力下降；另外，由于磨煤机冷热风挡板跟踪调节分离器出口温度，造成干燥出力
9、跟踪严重滞后，使磨煤机研磨出力受限。因此，自动调节应当考虑：给煤机负荷前馈适当放缓，磨煤机料位允许一定范围内变化；磨煤机冷热风调节应引入给煤量前馈；由于风煤比增大，应加速一次风压提升速度以增加负荷响应能力。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉1982.3 确定磨煤机最佳研磨出力为了充分发挥磨煤机的线性调节和响应能力，希望磨煤机 Rx 研磨出力高于分离器 Rx 对应出力，并距离该点有一定裕量。而实际运行中，磨煤机 Rx 研磨出力可以接近分离器 Rx 对应出力甚至稍低于该点，这有几个好处：1）减少钢球载量可降低磨煤电流，减少或避免合格煤粉在分离器和磨煤机之间的无益循环，降低
10、制粉单耗。2）高低负荷煤粉细度差可调。不同煤种可能需要不同煤粉细度，一般而言，低负荷希望煤粉变细而高负荷允许煤粉变粗。低负荷时煤粉变细有利于稳燃，高负荷时煤粉变粗有利于防止燃烧器结焦。适当降低研磨出力可使这种效果更加突出。3）从经济性考虑，低负荷希望煤粉变细而高负荷允许煤粉变粗，制造厂出力曲线中磨煤机总风量随负荷从 80%至 100%变化，其煤粉细度也是变化的。同样的煤量，细粉磨制需要更多的耗电量，为了降低磨煤机单耗，允许煤粉细度有一定变化，使磨煤机全范围工作综合经济性最优，双进双出直吹式磨煤机所谓经济煤粉细度不是固定不变的，它随锅炉负荷、煤种变化。4）调节性能从锅炉热惯性考虑，平稳升负荷时，
11、低负荷希望负荷响应迅速而高负荷时希望适当放缓以减少超调量，适当降低研磨出力可达到这种效果。不同煤种可磨性差别较大，对于高灰份煤种，磨煤机研磨出力下降；高水份煤种，干燥出力不足时研磨出力下降明显；原煤硬度、颗粒度等均影响可磨性；不同配比混煤可磨性也不一样。所谓双进双出钢球磨煤机煤种适宜性好，是在牺牲了经济性之后，即在保证研磨出力有充足欲量的前提下提出来，实际工作中要区别对待，尽量做到磨煤机研磨出力适应煤种变化。钢球的装填应该是动态的，钢球装填应考虑以下方面：1) 风煤比合适，负荷响应能力、煤粉细度满足锅炉燃烧要求。2) 跟据负荷预测，年度或季度性选择性装填钢球，减少磨煤机电耗。3) 跟据煤种变化
12、临时增加或减少装填钢球，保证磨煤机对煤种的适应性。4) 风煤比较为直观地反应了磨煤机研磨出力的大小，风煤比应作为定期补充钢球的主要依据，电流只作为参考。但实际应用时注意排除分离器折向门开度变化、分离器堵塞等其他因素对风煤比造成的影响。3 利用边界条件拟合实际风煤比要实现磨煤机出力的线性调节，精确控制入炉燃料量，必须知道磨煤机的实际风（携带）煤比。如前所述，磨煤机风煤比相对恒定但不是一成不变，它受磨煤机研磨出力和煤种变化影响较大，调节范围内的风煤比为分离器额定细度风煤比附近斜率为 k 的一簇射线，调节过程为动态非线性，但偏移量不会太大，利用边界条件我们可以将其线性化处理，实现调节范围内的风煤比最
13、佳拟合，并可跟据实际情况适时修正。磨煤机内料位反映了进出煤量的平衡关系，通过给煤量即入磨煤量可以确定磨煤机出力即入炉煤量 M。求取风煤比 k 关键在于测算通过磨煤机的携带风量 F，由于漏风、密封风以及其它干扰因全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉199素影响，正面测量不可能做到非常精确，要找出携带风和实际煤量的对应关系并不容易。为此我们另辟蹊径，将风煤比线性化，利用边界条件对风量进行修正（三线法） ，同时将各种误差因素作为“背景噪声”归并于风量测算。如图 A、B 所示为风量正面测量时可能出现的两种边界值，一种是最大负荷工况风煤比大于最小负荷工况，如图 A；一种是最大负荷
14、工况风煤比小于最小负荷工况，如图 B。实际工况只可能是A 而不是 B，原因在于：1）密封风和负荷风挡板漏风：这部分风量占总携带风量约 10%左右份额并不与负荷风同比例变化，使最大负荷工况较最小负荷工况风煤比曲线下倾。2）密封风量随密封风/筒体压差变化：密封风机为增加风机，风机入口取自冷一次风母管，密封风压力实时跟踪和补偿一次风压力的变化，但磨煤机筒体压力即磨煤机负荷风挡板的开度变化无法补偿，实际密封风量随筒体压力增加而减小，实测负荷风量随负荷增加而偏大。3）旁路风携粉量变化影响：由制造厂风煤比曲线看出，高负荷时旁路风量较低负荷时减少，携粉量随之减少，综合表现为风煤比曲线下倾。4）由磨煤机研磨出
15、力不足导致实际风煤比曲线下倾。5）调节煤粉细度，将分离器折向门开度关小后导致实际风煤比曲线下倾。6）由制造厂风煤比曲线，磨煤机总风量随负荷增加由 80%至 100%，可使风煤比曲线上倾但不足以抵消上述因素影响。图三 三线法拟合实际风煤比如图（A）所示，F max/Fmin为实测最大/最小负荷风量，M max/Mmin为磨煤机最大/最小出力，可以通过料位平衡关系方便取得：1) 最大出力 Mmax：一次风压上限，负荷风挡板全开，料位稳定后给煤机的给煤量。2) 最小出力 Mmin：一次风压下限，负荷风挡板全关，料位稳定后给煤机的给煤量。连接最大、最小工况点 b、a 并延长交横坐标于点 O，射线 为拟
16、合的实际风煤比曲线，abO线段长度F为风量修正值，它综合了各种干扰因素，试验后F可以在逻辑计算中固化O全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉200图四 磨煤机启停风煤比下来，由此：风煤比： minaxmaxmin FMFMk入炉煤量： inin4 风煤比修正的方法和应用在风煤比计算式中，我们比较关注磨煤机最小出力，即最小煤量 Mmin，选择 Mmin 为修正量，可得方便得到一簇风煤比曲线，这在运行中煤种变化以及磨煤机启停过程对风煤比进行修正十分方便。4.1 匹配入炉燃料由于煤种变化、磨煤机研磨出力变化等造成风煤比变化，基于风煤比计算的“入炉煤量”随之变化，以往这些都依靠热
17、值修正系数或煤水修正系数来补偿，往往使修正超出调节范围，积分饱和以致最终煤水失调。究其原因为风煤比修正、燃料热值修正、煤水比修正作用相互混淆造成。引入风煤比修正 Mmin 后，通过细调 Mmin 可使实际燃料量（入磨煤量）精确等于入炉煤量。修正的方法是调节 Mmin 改变风煤比 k，使每台磨煤机料位稳定后的入炉煤量等于入磨煤量（给煤量） 。将风煤比和燃水比分开调整，各司其职，明析职责，风煤比修正反应磨煤机研磨出力和煤种的可磨性，热值修正反应燃料热值变化，煤水比修正反应燃料性质变化以及炉膛结焦情况等，对于分析磨煤机运行工况、燃料品质，了解锅炉工作情况等都是必要的。4.2 AGC 在线启停磨煤机风
18、煤比修正 Mmin 的另一用途就是实现 AGC 在线磨煤机启停。如图四所示：磨煤机启动建立料位和停运吹空煤粉过程中，内部无料位阶段风煤比不成线性关系，使得入炉煤量严重失真，导致燃水比大幅失调。对入炉煤量 Mmin 进行修正，由运行人员跟据经验和锅炉燃烧情况手动进行调整，可以消除这种原因造成的影响。磨煤机启动前，将该台磨煤机 Mmin 置 0，磨煤机启动后该台磨煤机煤量不计入总燃料量，磨煤机启动不产生阶跃扰动，根据磨煤机启动过程料位建立和逐步出粉规律，运行人员按图示蓝色轨迹将 Mmin 逐步增加到 b 点，即料位和出粉稳定后的给煤量。磨煤机停运过程中，根据磨煤机停运料位清空和逐步断粉规律，运行人
19、员按图示红色轨迹将Mmin 逐步减至 O 点，此时该磨计入总燃料为 0，磨煤机停运不产生阶跃扰动。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉201对 Mmin 进行修正的结果是其他磨煤机配合调整总入炉煤量，为了使其它磨煤机有足够的调节空间应对一次风压进行适当调节。启动磨煤机前，降低一次风压，使运行磨煤机挡板尽量开大，以增大运行磨煤机降负荷空间；停止磨煤机前，提高一次风压，使运行磨煤机挡板尽量关小，以增大运行磨煤机升负荷空间。4.3 评估研磨出力剔除其它干扰因素，Mmin 修正量的大小反映了磨煤机研磨出力变化导致的风煤比变化情况，可以作为磨煤机研磨出力评估条件和定期加钢球的依据之一。5 结论参考风煤比合理确定磨煤机的研磨出力，跟据试验拟合风煤比并在应用中适当修正，可以使磨煤机的调节性能得到较大幅度提升，并获得最佳经济效益。作者简介：胡先柏（xbhucrpcs.co ） 助理工程师 从事火电机组集控运行工作 工作单位：华润电力（常熟）有限公司地址：江苏省常熟市经济开发区沿江工业园华润电力（常熟）有限公司 邮编：215536
