CN116020651A - 电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，包括步骤：对磨煤机进行40％BMCR及以下状态下同一煤种、相同给煤量，不同转速、不同磨煤机入口一次风量的低负荷运行测试；对低负荷工况下，制粉系统给煤量与转速控制方式进行优化，得到锅炉低负荷运行时的给煤量与转速控制方式；对锅炉低负荷运行期间的制粉系统风煤比曲线、给煤量与转速控制方式进行优化。本发明的有益效果是：机组深度调峰负荷在40％BMCR工况及以下时，通过稀土电机变速调节磨煤机转速，提高磨煤机出口煤粉细度；提高磨煤机出口粉管煤粉浓度，可有效解决深度调峰，锅炉低负荷运行时炉膛温度偏低，燃烧器燃烧稳定性差的问题。

Description

电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法

技术领域

本发明属于磨煤机控制领域，尤其涉及一种电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法。

背景技术

随着能源结构的调整，近年来，光伏、风电等新能源快速发展，为缓解新能源消纳问题，进一步挖掘占发电量主体地位的传统燃煤机组的深度调峰能力，是当前缓解新能源消纳困境最便捷、快速和有效的手段。火电机组低负荷运行期间锅炉炉膛温度相对偏低，锅炉煤粉燃烧器不投油燃烧稳定性差，是机组深度调峰时亟需解决的难点问题。

针对机组低负荷运行期间，锅炉煤粉燃烧器燃烧稳定性差的问题，国内研究学者已经做了大量的努力和工作，如低负荷精细化燃烧调整，对制粉系统中预燃室燃烧器、动态分离器、煤粉分配器等部件进行优化改造，低负荷燃用优质高热值烟煤的双燃料仓改造，燃烧监控装置改造等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法。

这种电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，包括以下步骤：

步骤一、对磨煤机进行40％BMCR及以下状态下同一煤种、相同给煤量，不同转速、不同磨煤机入口一次风量的低负荷运行测试；制粉系统稳定运行一定时段t₀后，一定时段t内通过煤粉取样孔测量一次风风速和煤粉细度的时均值，通过石子煤排放口测量石子煤排放量的时均值，通过炉膛出口温度测试孔进行点温测试测量炉膛出口温度的时均值，并通过DCS或PI系统记录制粉系统的运行参数和燃烧器出口火检强度；

步骤二、结合步骤一中的试验结果进行计算分析，对低负荷工况下，制粉系统给煤量与转速控制方式进行优化，得到锅炉低负荷运行时的给煤量与转速控制方式；对锅炉低负荷运行期间的制粉系统风煤比曲线、给煤量与转速控制方式进行优化。

作为优选，步骤一中：机组低负荷运行期间，将机组撤出AGC，在CCS协调控制方式下运行，保持2～3台磨煤机运行，其中一部分磨煤机为变速磨煤机。

作为优选，步骤一中：通过冷一次风调整门和热一次风调整门控制磨煤机入口一次风风量和出口温度；磨煤机入口一次风风量的基准值根据给煤量和原有风煤比曲线确定；

原有风煤比曲线具体为，当给煤量在[0，a)t/h时，磨煤机入口一次风风量Q＝qt/h；当给煤量在[a，b]t/h时，磨煤机入口一次风风量为

Q＝q+K×(m-a)

其中，Q为磨煤机入口一次风风量，单位为t/h；q为磨煤机设计最低通风量，单位t/h；m表示给煤量，单位t/h；a为磨煤机最低给煤量，单位t/h；b为磨煤机设计最大出力，单位t/h；K为常数，由磨煤机厂家提供。

作为优选，步骤一中：通过静态分离器的挡板开度控制煤粉细度标准为R90；磨煤机加载力由磨煤机原有加载曲线确定。

作为优选，步骤一中：一次风风速和煤粉细度均通过数根磨煤机出口粉管上煤粉取样孔的测量结果加权平均计算得到。

作为优选，步骤一中：磨煤机的基准转速为n，设计最大出力给煤量为Q_Max，变速磨煤机稀土电机变频器额定电流为I；分别进行五个工况的测试，五个工况中转速和磨煤机入口一次风风量的设置分别为

磨煤机转速为0.75n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+5t/h；

转速为0.9n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+2t/h；

转速为n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为0t/h；

转速为1.1n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-2t/h；

转速为1.25n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-5t/h。

作为优选，步骤一中：t₀为30min，t大于等于2h。

作为优选，步骤一中：煤粉浓度c的计算公式为

其中，c为煤粉浓度，kg/kg；M为给煤量的时均值，t/h；m为石子煤排放量的时均值，kg/h；q为磨煤机入口一次风风量的时均值，t/h。

作为优选，步骤二中：随着转速提升，逐渐降低磨煤机的风煤比曲线的系数K，得到不同转速下磨煤机的风煤比曲线。

本发明的有益效果是：

1)本发明提出了一种基于稀土电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，机组深度调峰负荷在40％BMCR工况及以下时，通过稀土电机变速调节磨煤机转速，提高磨煤机出口煤粉细度。

2)本发明对不同转速下的风煤比曲线进行了优化，提高磨煤机出口粉管煤粉浓度，可有效解决深度调峰，锅炉低负荷运行时炉膛温度偏低，燃烧器燃烧稳定性差的问题，在提高机组运行安全性的同时还可以进一步加宽机组深度调峰能力。

附图说明

图1为制粉系统运行示意图；

图2为磨煤机出口粉管取样和磨煤机底部石子煤取样示意图；

图3为炉膛出口点温测试孔示意图；

图4制粉系统风煤比曲线；

图5为不同工况下煤粉浓度、煤粉细度变化折线图；

图6为不同工况下燃烧器火检强度、炉膛出口温度变化折线图；

图7为优化后的变速磨煤机制粉系统风煤比曲线。

附图标记说明：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、变速磨煤机电机4、变频控制单元5、静态分离器6、冷一次风调整门7、热一次风调整门8、磨煤机出口粉管9、锅炉10、磨煤机出口粉管煤粉取样孔11、磨煤机底部石子煤排放口12、炉膛出口温度测试孔13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

作为一种实施例，如图1至图3所示，一种电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法：

步骤一、设计磨煤机3的基准转速为n，设计最大出力煤量为Q，变速磨煤机电机变频器额定电流为I；

锅炉低负荷运行期间，即40％BMCR工况及以下，将机组撤出AGC，在CCS协调控制方式下运行，保持2～3台磨煤机运行，其中N台为变速磨煤机，N≤3；制粉系统在边界条件一致的情况下，针对同一煤种，在相同煤量下，进行不同转速、不同一次风量时的煤粉浓度、细度测试、石子煤排放量和炉膛出口温度测试试验，并通过DCS或PI系统记录该段时间内制粉系统的运行参数以及燃烧器出口火检强度时均值；

对于设计转速为n、设计煤量为Q、变速磨煤机电机变频器额定电流为I，加载方式为液压加载、煤粉细度由静态分离器挡板调节的磨煤机，由磨煤机入口冷一次风调整门7控制磨煤机出口温度，并设定在80℃；由磨煤机热一次风调整门8控制磨煤机入口一次风风量，磨煤机入口一次风风量参考制粉系统风煤比曲线，并通过热一次风调整门8风量偏置对磨煤机入口一次风风量进行调整；根据磨煤机液压加载力和磨煤机出口静态分离器6的挡板控制磨煤机煤粉细度，煤粉细度标准为R90，磨煤机液压加载力参考该磨液压加载曲线，将磨煤机出口静态分离器6的挡板置于固定开度；

针对同一煤种，在相同给煤量时，分别在

磨煤机转速为0.75n、磨煤机入口一次风量偏置为+5t/h；

转速为0.9n、磨煤机入口一次风量偏置为+2t/h；

转速为n、磨煤机入口一次风量偏置为0t/h；

转速为1.1n、磨煤机入口一次风量偏置为-2t/h；

转速为1.25n、磨煤机入口一次风量偏置为-5t/h

五个工况下，制粉系统运行稳定30min后进行不少于2h的测试试验，其中n为磨煤机设计转速，偏置指的是相对于磨煤机入口一次风量基准值的偏置；

如图2所示为本实施例中磨煤机出口粉管取样和磨煤机底部石子煤取样示意图，在不同工况下，依次在磨煤机出口6根粉管进行一次风风速和煤粉细度测试，并加权平均得到该工况下煤粉细度R90，在磨煤机底部石子煤排放口进行石子煤取样，并计算得到时均值。

如图3所示为炉膛出口点温测试孔示意图，锅炉炉膛出口点温利用红外高温测温仪进行测试，各工况下间隔0.5h测试一次，测温时记录平均值并最终加权得到该工况下炉膛出口温度。

磨煤机入口一次风风量基准值参考制粉系统风煤比曲线：当给煤量在[0，a]t/h时，磨煤机入口一次风风量为[q]t/h；当给煤量在[a，b]t/h时，磨煤机入口一次风风量为

Q＝q+K*(m-a)

其中Q表示磨煤机入口一次风量，单位为t/h；q为磨煤机设计最低通风量，单位t/h；m表示给煤量，单位t/h；a为磨煤机最低给煤量，单位t/h；b为磨煤机设计最大出力，单位t/h；k为常数，由磨煤机厂家提供。

依次在磨煤机出口粉管煤粉取样孔11进行一次风风速、煤粉细度测试，在磨煤机底部石子煤排放口12对石子煤排放量进行统计，在锅炉炉膛出口13进行点温测试，并通过DCS或PI系统记录该段时间内制粉系统的运行参数及燃烧器火检强度时均值。

煤粉浓度计算过程如下：

式中：c为煤粉浓度，kg/kg；

M为给煤量时均值,t/h；

m为石子煤排放量时均值,kg/h；

q为磨煤机入口一次风风量时均值,t/h。

步骤二、结合步骤一中煤粉浓度、煤粉细度、燃烧器出口火检强度、炉膛出口温度等试验结果进行计算分析和研究，对锅炉10低负荷运行期间的制粉系统风煤比曲线、给煤量与转速控制方式进行优化，得到一种基于稀土电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法。

根据试验结果对低负荷工况下，制粉系统给煤量与转速控制方式进行优化，得到锅炉低负荷运行时合理的给煤量与转速控制方式；根据试验结果对低负荷工况下，制粉系统原有风煤比曲线进行优化，得到不同转速下磨煤机的风煤比曲线。

其中，如图1所示，制粉系统包括：煤仓1、给煤机2、磨煤机3、变速磨煤机电机4、变频控制单元5、静态分离器6、冷一次风调整门7、热一次风调整门8、磨煤机出口粉管9和锅炉10；磨煤机出口粉管9上设有磨煤机出口粉管煤粉取样孔11；变频控制单元5与变速磨煤机电机4电连接，变速磨煤机电机4电连接磨煤机3；煤仓1连接给煤机2，给煤机2连接磨煤机3；磨煤机3出口设有静态分离器6，静态分离器6连接磨煤机出口粉管9，磨煤机出口粉管9接入锅炉10，锅炉10出口装有用于点温的测试孔13；磨煤机3底部设有石子煤排放口12；磨煤机3上还设有冷一次风调整门7和热一次风调整门8。制粉系统配有变频器，变频器上设有远方控制信号接口；变频控制单元5控制变频器，由变频器驱动变速磨煤机电机4，变速磨煤机电机4带动磨煤机3转动。

制粉系统运行时，原料煤从煤仓1进入给煤机2，由给煤机下降管进入磨煤机3，磨煤机3通过变速磨煤机电机4和变频控制单元5带动磨煤机3转动，将原煤颗粒磨制成煤粉后，经过静态分离器6的折向挡板分离，细度适合的煤粉进入锅炉10，细度稍粗的煤粉重新进入磨煤机3进行研磨，煤粉进入锅炉10的动力主要来源于磨煤机入口一次风，一次风除了使煤粉进入锅炉10，还起到加热煤粉作用，有助于煤粉进入锅炉10后的着火和燃烧。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了实施例一中基于稀土电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法在某电厂某台磨煤机上的应用：

该磨煤机设计转速24r/min，设计最小出力煤量15.18t/h；具体磨煤机参数见下表：

配用的变速磨煤机电机参数见下表：

为获得基于稀土电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法。对于设计转速为n、设计出力煤量为Q的磨煤机，锅炉低负荷运行期间，在同一煤种时，相同煤量下，进行了不同转速下的磨煤机出口粉管一次风风速、煤粉浓度、煤粉细度测试试验，同时在炉膛出口进行了温度测试以及通过DCS记录了试验期间燃烧器火检强度时均值，共5个测试工况。

本实施例机组撤出AGC，机组在CCS协调方式下运行，机组负荷在30％BMCR工况下进行，锅炉总燃料量约90t/h，该工况下前墙中下层及后墙下层共3台磨煤机运行，其中变速磨位于前墙下层。

通过给煤机的运行参数获取给煤量的参数。给煤机可以通过皮带转速控制给煤量大小，给煤量是经过定期标定的；若要得到较大的给煤量,则需要较快的皮带转速。变速磨煤机给煤量撤出手动给煤量稳定在30t/h，其余两台制粉系统给煤量在自动状态下运行。通过磨煤机进口冷热风门挡板开度自动调整磨煤机出口温度维持在80℃不变。

通过磨煤机出口静态分离器挡板开度大小调整煤粉细度。其中，所述静态分离器挡板开度调整范围为10°～80°，静态分离器挡板开度越大，煤粉细度标准越大，静态分离器挡板开度越小，煤粉细度标准越小。其中细度标准大，是指煤粉颗粒粒径大，细度标准小，是指煤粉颗粒粒径小。本实施例中磨煤机出口静态分离器开度维持在55°不变。

磨煤机磨辊液压加载力，当给煤量在[0，20]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为4MPa；当给煤量在(20，60]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为y＝0.3x-2(MPa)；当给煤量在(60，70]t/h时，磨煤机磨辊液压加载力大小为16MPa。

通过变频控制单元5控制磨煤机变速磨煤机电机转速，进而带动磨煤机磨辊在不同转速下运行。本实施例进行了以下五个工况下的试验：

转速为0.75n、磨煤机入口一次风量偏置为+5t/h；

转速为0.9n、磨煤机入口一次风量偏置为+2t/h；

转速为n、磨煤机入口一次风量偏置为0t/h；

转速为1.1n、磨煤机入口一次风量偏置为-2t/h；

转速为1.25n、磨煤机入口一次风量偏置为-5t/h

根据实施例一中给出的测量方式和煤粉浓度计算公式得到相关数据，下表为本实施例根据步骤107所测得不同工况下变速磨煤机出口粉管一次风风速标定结果：

下表为不同工况下，磨煤机出口煤粉浓度、煤粉细度、燃烧器火检强度和炉膛出口温度等参数结果，得到如图4所示不同工况下煤粉浓度、煤粉细度变化折线图和不同工况下燃烧器火检强度、炉膛出口温度变化折线图。

本实施例的结果表明：1)稀土电机变速磨煤机给煤量在30t/h工况下，随着转速提高，适当降低磨煤机入口一次风量，即适当降低风煤比，磨煤机出口各粉管风速变化不大，且均大于18m/s；2)稀土电机变速磨煤机给煤量在30t/h工况下，转速提高，风煤比适当降低时，煤粉细度R90变化较明显，且逐渐变细，有利于煤粉的着火和燃尽；3)稀土电机变速磨煤机给煤量在30t/h工况下，转速提高，风煤比适当降低时，石子煤排放量较少且变化不明显；4)稀土电机变速磨煤机给煤量在30t/h工况下，转速提高，风煤比适当降低时，煤粉浓度逐步提高，有利于煤粉燃烧器燃烧稳定性的增强；5)稀土电机变速磨煤机给煤量在30t/h工况下，转速提高，风煤比适当降低时，煤粉燃烧器火检强度呈逐步增强趋势；6)稀土电机变速磨煤机给煤量在30t/h工况下，转速提高，风煤比适当降低时，炉膛出口温度呈上升趋势。

结合本实施例结果，对机组深度调峰低负荷运行时，建议稀土电机变速磨煤机宜在高转速27r/min或30r/min运行。同时，稀土电机变速磨煤机高转速运行时，可对风煤比曲线进行优化，得到如图7所示的优化后的风煤比曲线示意图：

磨煤机转速为27r/min，当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.696*(m-15.18)。

磨煤机转速为30r/min，当给煤量在[0，15.18)t/h时，磨煤机入口一次风风量为72.16t/h；当给煤量在[15.18，61.5]t/h时，磨煤机入口一次风风量为q＝72.16+0.631*(m-15.18)。

其中q表示磨煤机入口一次风风量，单位为t/h；m表示给煤量，单位为t/h。

通过以上稀土电机变速磨煤机转速控制方式的改变和风煤比曲线的优化，可有效解决机组深度调峰低负荷运行时炉膛温度偏低，燃烧器燃烧稳定性差的问题，在提高机组运行安全性的同时还可以加宽机组深度调峰能力。同时，还可以考虑每台机组将2～3台定速磨煤机改为稀土电机变速调节磨煤机，进一步提高锅炉低负荷运行时安全稳定性和拓宽机组深度调峰能力。

Claims (9)

1.一种电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、对磨煤机(3)进行40％BMCR及以下状态下同一煤种、相同给煤量，不同转速、不同磨煤机入口一次风量的低负荷运行测试；制粉系统稳定运行一定时段t₀后，一定时段t内通过煤粉取样孔(11)测量一次风风速和煤粉细度的时均值，通过石子煤排放口(12)测量石子煤排放量的时均值，通过炉膛出口温度测试孔(13)进行点温测试测量炉膛出口温度的时均值，并通过DCS或PI系统记录制粉系统的运行参数和燃烧器出口火检强度；

步骤二、结合步骤一中的试验结果进行计算分析，对低负荷工况下，制粉系统给煤量与转速控制方式进行优化，得到低负荷运行时的给煤量与转速控制方式；对锅炉低负荷运行期间的制粉系统风煤比曲线、给煤量与转速控制方式进行优化。

2.根据权利要求1所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中：机组低负荷运行期间，将机组撤出AGC，在CCS协调控制方式下运行，保持2～3台磨煤机(3)运行，其中一部分磨煤机(3)为变速磨煤机。

3.根据权利要求1所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中：通过冷一次风调整门(7)和热一次风调整门(8)控制磨煤机入口一次风风量和出口温度；磨煤机入口一次风风量的基准值根据给煤量和原有风煤比曲线确定；

原有风煤比曲线具体为，当给煤量在[0，a)t/h时，磨煤机入口一次风风量Q＝qt/h；

当给煤量在[a，b]t/h时，磨煤机入口一次风风量为，

Q＝q+K×(m-a)

其中，Q为磨煤机入口一次风风量，单位为t/h；q为磨煤机设计最低通风量，单位t/h；m表示给煤量，单位t/h；a为磨煤机最低给煤量，单位t/h；b为磨煤机设计最大出力，单位t/h；K为常数，由磨煤机厂家提供。

4.根据权利要求1所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中：通过静态分离器(6)的挡板开度控制煤粉细度标准为R90；磨煤机(3)加载力由磨煤机(3)原有加载曲线确定。

5.根据权利要求1所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中：一次风风速和煤粉细度均通过数根磨煤机出口粉管(9)上煤粉取样孔(11)的测量结果加权平均计算得到；锅炉炉膛出口温度通过红外高温测温仪进行测试，各工况下间隔0.5h测试一次，测温时记录平均值并最终加权得到炉膛出口温度的时均值。

6.根据权利要求3所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中，磨煤机(3)的基准转速为n，设计最大出力给煤量为Q_Max，变速磨煤机稀土电机变频器额定电流为I；分别进行五个工况的测试，五个工况中转速和磨煤机入口一次风风量的设置分别为：

磨煤机转速为0.75n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+5t/h；

转速为0.9n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为+2t/h；

转速为n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为0t/h；

转速为1.1n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-2t/h；

转速为1.25n，磨煤机入口一次风风量相对基准值的偏置为-5t/h。

7.根据权利要求1所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中：t₀为30min，t大于等于2h。

8.根据权利要求1所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤一中，煤粉浓度c的计算公式为：

其中，c为煤粉浓度，kg/kg；M为给煤量的时均值，t/h；m为石子煤排放量的时均值，kg/h；q为磨煤机入口一次风风量的时均值，t/h。

9.根据权利要求3所述的电机变速调节中速磨煤机提高锅炉低负荷稳燃能力的方法，其特征在于，步骤二中：随着转速提升，逐渐降低磨煤机(3)的风煤比曲线的系数K，得到不同转速下磨煤机(3)的风煤比曲线。

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