庞龙;胡运冲;张全;杨文池
内蒙古京能康巴什热电有限公司 内蒙古鄂尔多斯市 017010
摘要：本文分析了火电机组磨煤机运行现状的基础上，研究探讨采用高压变频调速系统进行磨煤机转速控制的方法。通过京能康巴什热电厂11磨煤机变频改造的应用案例，介绍了高压变频技术在火电厂制粉系统中的实现。应用案例证明了高压变频技术在磨煤机性能优化、节能降耗以及提高自动化控制水平方面，具有很好的应用前景。
关键词：磨煤机；高压变频技术；磨煤机出力
一、概述
目前电网对火电机组发电负荷的灵活性及可靠性要求越来越高，同时更多的火电机组开始用掺烧的办法应对近来较高的煤价，实际煤质严重偏离设计煤种的情况越来越多，造成制粉系统运行不正常，无法满足磨煤机检修周期的要求。
康巴什热电厂原有设计煤种为烟煤，近年来通过不断的技术创新和运行方案优化，掺烧的比例逐渐提高。在降低运行成本的同时，也带来了诸如磨煤机磨损加剧、性能指标下降、检修工作量增加等新的问题。
二、磨煤机的现状及技术研究
中速磨煤机运行时，原煤在磨辊和磨盘之间要形成一定厚度的煤床才能保证正常运行。当煤床太薄时，磨辊由高处摆动到低处的冲击不能完全由煤床吸收，冲击磨盘造成剧烈的震动。因此磨煤机均有最小出力的限制。
康巴什电厂磨煤机的最小出力都在15吨左右，在锅炉点火进行冷态启动时，受制于磨煤机最小出力的原因，最初的煤粉量无法减少，输入热量过多、过快，在高温受热面还没有冷却介质的情况下，引起超温。当蒸发受热面产生蒸汽后，由于蒸汽温度较低，又造成受热面冷却，易产生氧化皮，且对受热面造成热冲击，会降低高温部件的使用寿命。采用磨煤机变频调节技术，在降低磨盘转速的同时，降磨煤机的最小出力，配合点火系统，缓慢稳定的输入煤粉，减少超温等热冲击。当磨煤机转速降低后，离心力变小，煤料在研磨轨道中停留的时间变长，煤粉细度提高，磨煤机出力也相应减小，可适应更低负荷下的燃烧，提高中低负荷下的燃烧效率。
康巴什热电厂每台炉配5台中速磨煤机，完全燃烧设计煤种时，4台运行，1台备用。实际运行时由于煤质变化、磨煤机损耗等原因造成的磨煤机最大出力变小，在机组高负荷运行时必须启用备用磨，此时机组所有磨煤机都处于运行状态，一但发生磨机故障，机组再无备用磨可用，机组安全运行的可靠性降低。采用变频调速系统的磨煤机，可通过升高磨煤机转速的方式，提高磨煤机最大出力，在不启动备用磨的情况下维持高负荷的运行工况，达到提高机组运行的安全性和经济性的目的。
磨煤机采用变频调速，可降低磨煤机最小出力，并降低磨煤机电耗。运行时可根据不同负荷的工况，选择启动不同数量的磨煤机同时运行，既可优化燃烧，又可提高低负荷工况下的机组安全性。
变频调速技术具有节能、提高功率因数、软启动等多方面的功能。磨煤机采用变频调速，可有效降低磨煤机单耗及机械损耗，显著提高磨煤机性能，改善锅炉运行状况和设备检修条件，
三、系统方案及特点
3.1磨煤机改造的传统方案
对于中速磨煤机来说，当用户需要改变磨煤机最大或最小出力时，主要由以下几种方案：
方案一、改变减速机齿轮的传动比，提高或降低磨煤机减速机转速。
方案二、更换磨煤机电机，改变电机级数。
方案三、更换磨煤机。
通过以上方案，确实可以改变磨煤机出力，但仍存在一下问题：
（1）上述方案在提高磨煤机最大出力的同时，也必定提高了磨煤机的最小出力，无法兼顾提高最大出力和降低最小出力，没有真正的扩展磨煤机出力范围。
（2）投资较大，施工过程复杂，不具有还原能力。
（3）从经济运行的角度来看，三种方案都不具备节能增效的特点。
3.2 磨煤机变频改造方案
根据康巴什热电目前磨煤机的参数及运行数据，可提出变频器选型策略及实施方案。
3.2.1 中速磨煤机配套变频调速系统的选型策略
①磨煤机配套的变频调速系统应具有矢量控制功能。能够在比较宽的调速范围内，控制磁场电流分量和转矩电流分量，从而精确的控制电机转矩。
②磨煤机是电厂辅机中的重要设备，因此整个磨煤机系统都应考虑设备的安全运行及冗余。变频器作为磨煤机的动力来源，也应具备合理的冗余功能。应在设计过程中选择具有旁路功能的变频器。
③考虑到磨煤机的启动电流较大，运行过程中因给煤量变化、煤质变化等，磨煤机会出现较大电流波动。因此要求变频器具有一定的过载能力。
④变频器投入后不应影响厂用电系统及继电保护装置的运行。变频器应具备报警和保护功能，防止变频器及磨煤机损坏。
⑤为配合DCS运行，变频器应可提供足够的IO接口及通讯接口。
3.2.2 磨煤机变频改造的技术方案
根据中速磨煤机的工况要求，为提高磨煤机运行的可靠性，采用一拖一自动旁路方案。具体一次接线图如下：（注：图中的“QF1”为用户侧开关）
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优点：变频器自身故障时，磨煤机可快速投入到工频电网，及时恢复运行。
缺点：使用高压真空断路器的成本非常高，通常采用真空接触器来实现电气回路的闭合与分断。高压真空接触器相互之间采用电气闭锁，可靠性略低。
四、改造效果分析
性能试验表明，改造后的磨煤机最小出力降低到8.4t/h，此时磨煤机电机变频频率15HZ，磨煤机运行平稳，无震动、堵磨现象。相较于改造前的磨煤机，最小出力降低了约44%。在启炉过程中可减少投油量26%，并减缓受热面的热冲击。
改造后磨煤机稳定运行的最大出力为57.4 t/h，受制于干燥出力的限制，无法继续加大给煤量。相比改前50t/h的最大出力提高了14%。
将1号炉1号磨煤机改造后变频运行磨煤单耗与改造前磨煤机运行磨煤单耗进行对比分析，平均节能量1.77 kWh/t煤，节能24.55%。另外在不同给煤量下测得的煤粉细度，也较改造前有所提高。
1号炉1号磨改造前后运行电耗对比分析
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结论
通过对京能康巴什热电厂11磨煤机变频改造前后的技术分析可以看出，采用高压变频调速系统控制磨煤机转速，可以更大限度的调节磨煤机出力，以适应锅炉在不同工况下稳定燃烧。为机组启停过程中的温升速率不易控制、磨煤机单耗较高等问题，提供解决方案。同时也为制粉系统优化运行以及机组的深度调峰提供了硬件基础。
参考文献：
【1】于红旭, 宋协春, 宋连国,等. MPS型中速磨煤机转速和粉磨压强对出力影响的试验研究[J]. 科技成果纵横, 2009, 000(001):68-70.
【2】宋增旺. 基于MATLAB的中速磨煤机辊道曲率及磨盘转速对物料影响的研究[J]. 新世纪水泥导报, 2017(4).