中速磨煤机配置高压变频器的市场应用及分析

刘　同，　张　丹

北京电力设备总厂有限公司　北京　102401

中速磨煤机配置高压变频器的市场应用及分析

刘同，张丹

北京电力设备总厂有限公司北京102401

摘要：为了满足电厂制粉系统等离子点火的需要，以及保证锅炉温升速率的要求，需要降低磨煤机的最小出力，即降低磨煤机的转速。由此对磨煤机主电机采用变频设计，经过在电厂的实践，证明了其可靠性及有效性，磨煤机的最小出力可以进一步降低至15%~20%的负荷，满足了电厂等离子点火的需要，降低了电厂锅炉点火的费用，锅炉点火更安全稳定可靠，具有广泛的推广价值。

关键词：中速磨煤机； 最小出力； 锅炉； 点火； 变频

Abstract：In order to meet the demand of plasma ignition for powder milling system of power plant and to guarantee the temperature rise rate in the boiler, the coal grinding mill needs to reduce its minimum output i.e. the rotation speed of the coal grinding mill should be reduced. Hence, the main mill motor introduces the design of frequency conversion. After the practice at the plant, its reliability and validity are demonstrated, the smallest mill output can be further reduced to 15% to 20% of the load, This approach does not only satisfy the demand for plasma ignition in the plant, but also reduce the cost for boiler ignition in the power plant. Boiler ignition becomes more safe, stable and reliable possessing a wide range of promotional value.

Key Words：Medium Speed Coal Grinding Mill; Minimal Output; Boiler; Ignition;

Frequency Conversion

1概述

目前，国内常用的点火技术应用主要有4种： ① 大油枪点火技术；② 少油(小油枪)点火低负荷稳燃技术，俗称粉包油技术，即将小油枪布置在一次风喷口内或附近直接点燃煤粉；③ 微油(气化小油枪)点火，采用出力为50kg/h小油枪，实现气化燃烧，用产生的高温火焰在燃烧器内直接点燃3～5t/h 的煤粉，使其喷入炉膛内的煤粉火焰具有极强的自稳燃能力,并继续进行燃烧；④ 等离子无油点火技术，即由高能离子点火器在一次风喷口内或附近直接点燃煤粉。

一般燃煤锅炉在点火时，要先用燃油过渡，再电打火或者用其它方式点着燃油，最后点着煤粉，进入锅炉正常运行状态；而等离子点火不用燃油，通过在两个电极之间的电弧热量来直接点燃煤粉，从而节约了燃油。等离子点火技术应用很广，但是完全不用燃油全部用等离子点火的锅炉还很少，主要受限于磨煤机的最小出力。另一方面，为了控制锅炉升温速率，也需要磨煤机以更小的出力来运行。

机组启动一次，仅助燃用油就需10万元左右的费用，为了实现更经济的点火，需要进一步降低磨煤机的最小出力。但是在传统的运行方式下，磨煤机的出力范围为25%～100%的负荷，超过25%的负荷时，磨煤机容易出现振动、不稳定运行等情况。在此种工况下，25%的小负荷已经满足不了此种需要，要进一步降低磨煤机的最小出力。

2原理说明

中速磨煤机在一定范围内通过提高其转速，可以提高其出力，由此降低其转速，即降低其出力。磨煤机转速的改变可以通过变频装置实现，目前磨煤机配置高压变频器的应用，主要借鉴于送风机、引风机等重要辅机变频技术的经验。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

普通电机是根据市电的频率和相应的功率来设计的，只有在额定的情况下才能稳定运行。变频电机就不同了，变频电机要克服低频时的过热与振动，所以变频电机在设计上要比普通电机性能好一点。

目前市场上低压变频电机比较成熟，高压变频电机还不是很成熟。磨煤机所配套的大部分为高压电机，高压电机通过增加变频可以实现转速的改变，从而改变磨煤机的碾磨能力，可以将磨煤机的出力范围进一步扩大。

磨煤机主电机通过加装变频器，经电厂的应用，实践证明可以降低磨煤机的最小出力，电厂实现了锅炉的无油点火，节省了大笔费用，同时也可以减少在低负荷时磨煤机引起的振动。

3磨煤机主电机配变频器的方法设计及实施情况

目前山东费县电厂和宁夏鸳鸯湖电厂磨煤机主电机都进行了变频改造，主要情况如下。

3.1　山东费县电厂

费县电厂的ZGM113N型磨煤机设计最大出力为68.7t/h，最小出力为16.32t/h，通过增加主电机变频，最小出力可以降低到8t/h，最小出力由设计的最大出力的25%降低到11.6%。

3.1.1电厂锅炉总体情况

锅炉型式： 本工程安装2×600MW超临界参数变压直流炉，型式为单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架和全悬吊Π型。

锅炉最大连续蒸发量：1913t/h；

锅炉(B-MCR)燃煤量：238t/h(设计煤种)、

260t/h(校核煤种)。

燃烧器布置方式为前后墙对冲，前后墙各三层布置，每层5个燃烧器，共30个燃烧器，每台磨煤机对应供给前墙(或后墙)一层5台燃烧器。

空气预热器型式： 三分仓回转式；

炉膛出口过剩空气因子： 1.19。

锅炉运行方式： 主要承担基本负荷并具有一定的调峰能力，锅炉最低稳燃负荷(不投油助燃时)为30%B-MCR，锅炉在此负荷下能长期安全稳定运行。

制粉系统型式： 采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台中速磨煤机，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用，共12台磨煤机，每台磨煤机带锅炉的一层燃烧器。

3.1.2磨煤机主要技术参数

费县电厂的磨煤机为北京电力设备总厂生产的ZGM113N型磨煤机，主要设计参数见表1。

表1　磨煤机主要技术数据

3.1.3改造情况

提出原因： 费县电厂要配备等离子点火装置，在机组启动时，最小出力在16t/h左右，导致锅炉升温速度太快，锅炉无法实现无油点火。为实现锅炉无油点火，需要进一步降低磨煤机的最小出力，满足等离子点火的需要，所以通过降低磨煤机的转速，需要增加一套变频器装置，从而降低磨煤机的最小出力。

改造的主要工作： ① 安装一台变频器及相应刀闸柜，实现一拖二，满足#1、#2炉启动需要；② 控制电缆和动力电缆敷设；③ 变频器调试及主电机和变频器的联动。

改造后磨煤机的主电机为北京电力设备总厂的YMKQ600-6型主电机(主电机未更换)，变频器为北京利德华福电气技术有限公司生产的，型号： HARSVERT-VA06/070。表2为变频器主要参数。

表2　变频器主要额定参数情况

费县电厂在1号和2号机组之间装了一台变频器，用以控制1A和2A磨煤机的等离子点火。变频器的启动可以从10Hz开始，经过实际调试，磨煤机的最低出力可以降低至8～10t/h稳定运行，此时磨煤机的液压加载力为设计值的最小值5MPa，一次风量为保持在最大风量的65%～70%，即为65t/h左右，磨煤机可以稳定运行，细度达到设计要求。稳定运行3～4h后，开始启动其它磨煤机，然后将点火的磨煤机调制成工频运行，如图1所示。

费县电厂通过变频改造，磨煤机实现完全等离子无油点火，点火时磨煤机的耗电为主电机功率的5%～10%，省去了每次点火燃油的消耗，为电厂极大地节省了点火费用。

图1　变频器控制示意图

3.2　宁夏鸳鸯湖电厂

宁夏鸳鸯湖电厂采用的为北京电力设备总厂生产的ZGM113G-Ⅱ型磨煤机，其设计最大出力为81.24t/h，最小出力20.31t/h，通过增加主电机变频，最小出力可以降低到7.87t/h，最小出力由设计的最大出力的25%降低到9.7%。

磨煤机加装变频器，变频调节磨煤机转速，使磨煤机在小煤量情况下保持稳定运行，有效控制锅炉受热面的温升率。

锅炉点火启动期间充分发挥磨煤机电机变频改造成果，锅炉具备点火条件后，变频启动磨煤机点火，由于暖磨比较充分，点火时空预器入口风温已提高至100℃，磨煤机使用变频启动，使磨煤机在20t/h煤量下点火成功，逐渐减少煤量，最小稳定运行煤量由改造前的25t/h降至改造后的7.87t/h，燃烧稳定，随后每隔10min加煤一次(1~1.5t/h)，控制锅炉所有受热面壁升温速率不大于1.5℃/min。

由于A磨煤机采用变频启动，在启动B磨煤机时，可将A磨煤机煤量减至10t/h，再启动B磨煤机运行，有效控制了总煤量。B磨煤机启动后，总煤量最小可放置在28t/h，有效控制了启动第二台磨煤机时引起锅炉受热面壁温大幅变化的情况，在机组启停期间为锅炉热负荷调整提供了充裕空间，大大降低了点火初期锅炉容积热负荷，控制锅炉受热面的温度变化率不大于1.5℃/min。

在不改变磨煤机结构的情况下，磨煤机的最低一次风量要求为70t/h，最小出力按13t/h、出口温度按65℃进行计算，其主要参数见表3。

表3　磨煤机13t/h出力时热力计算数据表(锅炉负荷4.1%)

4主要控制参数说明

磨煤机调试过程中，对磨煤机主要参数要进行相应调整，受磨煤机主电机电流的限制，变频器调整范围需要限定在10～15Hz之间。当变频器为10Hz 启动时，磨煤机最小出力降低到10%左右，甚至可以降到最大出力的8%。磨煤机的最小风量以及给煤机的给煤量，包括煤层的厚度都要实时检测，此时对应的变加载压力也调至最小(3.5～5MPa)。锅炉具备点火条件后，变频启动对应磨煤机点火，要求暖磨必须充分，点火时空预器入口风温提高至100℃。磨煤机使用变频启动，采用20%最大出力煤量点火成功后，逐渐减少煤量，最小稳定运行煤量降至改造后的8%～10%最大出力，燃烧稳定，随后每隔10min加煤一次(1～1.5t/h)，控制锅炉所有受热面壁升温速率不大于1.5℃/min。

另外需要说明的是，磨煤机的最小出力还受磨煤机最低风量的限制，在磨煤机出力的25%～100%负荷内，磨煤机的一次风量一般要求为65%～100%，通过此计算，确定了送粉管道的直径(控制管道流速在18～30m/s)。所以，磨煤机的风量不能无限制地减小，也即限制了磨煤机的最小出力情况。另外一点，完全实现等离子点火还受煤质情况的影响，送粉管道煤粉的浓度也需要满足点火的需要，根据目前掌握的情况，煤粉浓度比可以降低至0.14，最低不要低于0.12。所以基于以上的原因，磨煤机的最小出力不能无限止地降低运行，太低对系统运行将产生一定的影响。

5结论

磨煤机通过增加变频控制，最小出力可以降低至最大出力的10%，这种增加变频器的改造方案，有效控制了启动第二台磨煤机时引起锅炉受热面壁温度大幅变化的情况。在机组启停期间为锅炉热负荷调整提供了充裕空间，大大降低了点火初期锅炉容积热负荷，控制锅炉受热面的温度变化率不大于1.5℃/min。对于电厂运行来说更安全，更稳定。

同时通过变频改造，磨煤机实现完全等离子无油点火，点火时磨煤机的耗电为主电机功率的5%～10%，省去了每次点火燃油的消耗，为电厂极大地节省了点火费用。同时还可适应不同工况条件下的磨煤机变速，在一定程度上节能。

目前市场上对磨煤机更宽范围内的出力运行需求越来越多，满足了电厂调整负荷需要，满足了电厂的安全稳定运行及等离子点火的需要，对电厂来说更安全、更经济，有着比较广的推广价值。

参考文献

Q/DL01.J101—2009，ZGM型中速辊式磨煤机技术条件及选型导则.

Q/DL01.J206—2009，ZGM型中速辊式磨煤机制造标准.

DL/T5145—2002，火力发电厂制粉系统设计计算技术规定.

DL/T467—2004，电站磨煤机及制粉系统性能试验.

王树.变频调速系统设计与应用.北京： 机械工业出版社，2005.

姚锡禄.变频器控制技术与应用.福州： 福建科学技术出版社，2005.

文章编号：1674-540X(2015)04-047-04

中图分类号：TD453

文献标识码：B

作者简介：第一 刘同(1982-)，男，本科，工程师，主要从事磨煤机技术、质量、售后服务等工作，E-mail： 28250345@qq.com

收稿日期：2015年8月