1.概述
1.1火电机组灵活性改造背景
党的十九大报告提出，要推进绿色发展，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。特别是“3060”双碳目标的提出，电源、电网结构将发生重大变化，新能源将成为仅次于火电的第二大主力电源。但新能源电力的随机波动性较大，目前的电力系统调节能力难以适应新能源的大规模并网及消纳要求。根据发达国家新能源技术发展经验，提升火电机组灵活性运行能力，挖掘其深度调峰潜力，不仅是解决当前新能源消纳困境的有效途径，同时亦是延续火电企业生命周期，实现电力绿色转型的必要选择[1]。
1.2火电机组灵活性改造的目标和现状
目前，国内火电灵活性改造的核心目标是充分响应电力系统的波动性变化，实现降低最小出力、快速启停、快速升降负荷三大目标，其中降低最小出力，即增加调峰能力是目前最为广泛和主要的改造目标。早在2016年，国家能源局就启动火电灵活性改造试点工作，双碳目标以来，火电机组灵活性改造按下“加速键”，十四五期间完成灵活性改造2亿千瓦，可增加系统调节能力3000-4000万千瓦。改造趋势已经从“鼓励试点”向“全面推广”渐进转变，改造规模和新能源配置容量进行捆绑。我国火电机组基数庞大、资源潜力巨大，探寻提升火电机组灵活性技术路径，以适应新的能源战略要求，更好地接纳新能源入网，具有实际意义[2]。
2.磨煤机在火电机组灵活性改造中的重要性
火电灵活性改造技术路线主要有五个方面：一是纯凝机组低负荷运行、深度调峰，二是改善机组爬坡率，提高机组负荷响应速度，三是火电机组快速启停，四是热电联产机组热电解耦，五是锅炉燃料灵活可变。
火电机组灵活性改造不仅要对燃烧系统进行改造，更需要对制粉系统进行改造优化，而制粉系统中，磨煤机设备安全、平稳、高效可控运行是机组低负荷燃烧稳定的前提，特别是火电机组提升低负荷运行、深度调峰能力，磨煤机性能的提升对火电机组提高灵活性起到至关重要的作用。
3.磨煤机在灵活性改造中需要解决的问题
3.1煤粉细度及均匀性问题
很多火电机组中速磨煤机配备静态分离器，存在以下问题：1.出口煤粉细度较大，进入锅炉内燃烧不充分；2.电厂用煤变化较大，煤种较多，静态分离器调节性能较差，对煤种变化适用能力不足；3.运行过程中，各个煤粉出口粉量偏差及均匀性较差，使各个粉管煤粉进入锅炉时浓度偏差较大，易造成锅炉内温度不均衡，影响锅炉安全稳定燃烧[3]。
3.2磨煤机的出力不足问题
火电机组在深度调峰运行时，制粉系统主要存在的问题是受磨煤机最大出力限制，投运单台磨煤机时不能满足机组带负荷能力，而磨煤机台数增多，会增加制粉系统电耗。磨煤机最大出力主要受干燥出力和碾磨出力影响，因此需要解决磨煤机干燥不足、碾磨效率差等问题[4]。
3.3深度调峰下最小出力问题
在深度调峰时，需要保持磨煤机长时间处于低负荷运行，磨煤机在低出力时容易出现振动问题。机组运行在较低负荷时，存在低负荷下燃烧安全性问题，低负荷运行时风煤比较大，粉管内煤粉浓度偏低，需要解决低负荷稳燃问题。
4.磨煤机灵活性改造方案
4.1静态分离器改为动态分离器
为配合燃烧超低灵活性改造，提高煤粉细度、降低煤粉偏差，保证煤粉燃烬率，需将静态分离器改造为动静态结合分离器。
动静态结合分离器优越性：
（1）动态分离器可维持锅炉燃烧的最佳煤粉细度和均匀性，增加锅炉调峰能力。
（2）动态分离器使出口煤粉均匀性指数n＞1.2，由于煤粉均匀性指数提高，可以降低飞灰含碳量，进而降低煤耗。同时可以保证多管道煤粉分配出口的均匀性,提高发电厂锅炉的效率。
（3）动态分离器分离效率高，可以减少小于75μm 的过碾磨颗粒，从而提高制粉系统的出力和降低制粉系统的电耗。
（4）动态分离器用于直吹式制粉系统上时可适当降低系统阻力。
（5）安装动态分离器后，由于煤粉均匀性指数高,有利于低NOX的燃烧器；灰渣碳量明显降低，有利于锅炉降低NOX的排放水平,有利于环保。
（6）电厂运行时，制粉系统出力与通风量须经常调整，而动态分离器系统的煤粉细度基本上不变化，有利于锅炉的运行稳定性。
旋转分离器内部速度分布 煤粉磨煤机内运动轨迹
通过分离器仿真计算，可以更直观的了解分离器运行时的内部流场变化情况，与工程应用分析和试验研究相互印证，改造后可达到以下效果：①提高煤粉均匀性系数；②煤粉细度可调范围大；③远程自动调节细度，提高分离效率，提高出力；④降低各出粉管风量偏差和粉量偏差；⑤降低运行电耗。
4.2磨煤机喷嘴环的优化
通过磨煤机喷嘴环优化改造，提高磨煤机出力，拓宽磨煤机出力范围，提高一次风携带煤粉能力，提升一次风煤粉浓度，降低一次风速。
磨煤机风环优化改造内容:
（1）优化提效装置气道型线，优化磨煤机内部流场；
（2）根据实际运行情况需要进行高效的气道设计；
（3）对动环出口角度进行优化设计；
（4）对动环通流面积进行优化设计；
（5）改造为新型的高效动静环结构，减少一次风漏风，使其有效地携带煤粉，提高出力。
新型喷嘴改造效果：①磨煤机出力提高5%以上；②电耗降低5%；③通风阻力下降不低于5%；④一次风机电耗降低5%；⑤磨煤机石子煤量排放量减少5%。
5.结语
为了建设低碳清洁、高效安全的现代能源体系，我国将大力推进新能源电力，加速构建新型电力系统，由于新能源存在不确定性，提高传统火电机组的调峰能力，适应新型电力系统变的尤为重要，火电机组灵活性改造是必然趋势，且实施火电灵活性改造使机组具备一定的调峰能力后，有利于积极参与电网系统深度调峰辅助服务，将使得发电企业得到可观的补偿，其行业内竞争力大幅提升，可缓解日益严峻的生产经营压力。
磨煤机分离器及喷嘴环的优化可以有效提高制粉系统出力和煤粉燃烧效率，降低机组运行成本，增强机组煤质适应能力和深度调峰能力，机组灵活性得到提升。磨煤机加载方式的优化和永磁电机技术的应用也是提升制粉系统灵活性的有效方式，未来也将得到更多的关注。
参考文献
[1]侯玉婷,李晓博,刘畅,薛建中,周明,纪江明,杨柏依.火电机组灵活性改造形势及技术应用[J].热力发电,2018,47(05):8-13
[2]龚胜,石奇光,冒玉晨,孙浩祖.我国火电机组灵活性现状与技术发展[J].应用能源技术,2017(05):1-6.
[3]解冠宇,王学敏.ZGM123型中速磨煤机动态分离器应用研究[J].电工技术,2019(16):33-34+36.DOI:10.19768/j.cnki.dgjs.2019.16.015.
[4]成黎明,刘华山,陈晓栋.ZGM113G型磨煤机出力不足原因诊断及改进措施[J].电力设备管理,2021(01):101-103.
作者简介：李玉山（1986.12—），男，北京顺义，武汉理工大学机械工程及其自动化专业，工程师，研究方向：机械设计、营销管理。
