黃 惠，于鑫瑋，葛永建

（1.河南省眾慧電力工程咨詢有限公司設(shè)計(jì)院，河南鄭州450007；2.東莞中電新能源熱電有限公司，廣東東莞523127；3.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003）

磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及選型研究

黃 惠1，于鑫瑋2，葛永建3

（1.河南省眾慧電力工程咨詢有限公司設(shè)計(jì)院，河南鄭州450007；2.東莞中電新能源熱電有限公司，廣東東莞523127；3.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003）

以某型機(jī)組的制粉系統(tǒng)為例，分析了煤質(zhì)特性對(duì)磨煤機(jī)的選型和制粉系統(tǒng)的影響。對(duì)比了不同制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，決定采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。通過對(duì)磨煤機(jī)性能參數(shù)計(jì)算和制粉系統(tǒng)主要性能參數(shù)的計(jì)算，確定了磨煤機(jī)的最終型式。投運(yùn)后，制粉系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

磨煤機(jī)；制粉系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；方案；優(yōu)化；設(shè)備；選型；計(jì)算

0 概 述

某型燃煤發(fā)電機(jī)組的鍋爐為高溫高壓、自然循環(huán)汽包爐，設(shè)計(jì)為單爐膛∏型露天布置、全鋼架結(jié)構(gòu)、無再熱系統(tǒng)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、爐頂設(shè)置金屬屋蓋及防雨罩。對(duì)于該型機(jī)組采用的磨煤機(jī)形式，是否能適應(yīng)該地區(qū)煤種的高水分、高揮發(fā)份的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)選型時(shí)存在諸多的不確定因素，需通過計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。

現(xiàn)對(duì)60MW褐煤鍋爐機(jī)組的制粉系統(tǒng)進(jìn)行選型及優(yōu)化，提出該地區(qū)1×60MW擴(kuò)建機(jī)組磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)［2］的選擇及選型方案，以期為褐煤機(jī)組的設(shè)計(jì)提供參考。

1 磨煤機(jī)與制粉系統(tǒng)的選型與計(jì)算

1.1 煤質(zhì)分析與判定

1.1.1 煤質(zhì)分析

根據(jù)煤質(zhì)資料，煤質(zhì)的成分和其它參數(shù)，如表1所示。

表1煤質(zhì)資料

1.1.1 煤質(zhì)的判定

通過煤質(zhì)分析報(bào)告，可以判定并計(jì)算出煤質(zhì)的特性參數(shù)。

（1）設(shè)計(jì)煤種屬于高水分褐煤。

（2）Vdaf=45%。

（3）通過查詢著火溫度，判斷IT＜600℃。

（4）由于該煤質(zhì)分析未體現(xiàn)磨損系數(shù)的情況，只能根據(jù)灰的成分進(jìn)行判斷，由Si02/A1203=51.44/ 32.91＜2，屬于磨損性較強(qiáng)行列。判斷煤的沖刷磨損指數(shù)Ke為2.0～3.5。

（5）外在表面水分Mf的計(jì)算。

煤的全水分Mt，由外在表面水分Mf和內(nèi)在水分Mad（即空氣干燥機(jī)水分組成），三者的關(guān)系為：

Mt=Mf＋［Mad×（100-Mf）］/100

32=Mf＋［16.42×（100-Mf）］/100

Mf=18.64

（6）R90計(jì)算。

當(dāng)燃用煤種為褐煤及油頁巖時(shí)，煤粉細(xì)度為R90=35%～50%；設(shè)計(jì)取R90=35%。取最低值，是主要考慮后續(xù)煤種的變化，使磨煤機(jī)也具備一定的裕量。

根據(jù)煤質(zhì)特性，選取磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)型式。參考制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)的推薦列表，針對(duì)該設(shè)計(jì)煤種，可采用直吹式中速磨煤機(jī)以及風(fēng)扇磨煤機(jī)。

1.2 磨煤機(jī)選型方案的比較

1.2.1 風(fēng)扇磨煤機(jī)與中速磨煤機(jī)的性能

根據(jù)風(fēng)扇磨煤機(jī)與中速磨煤機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，分析比較了設(shè)備的性能結(jié)構(gòu)與參數(shù)，如表2所示。

表2風(fēng)扇磨與中速磨(HP)性能對(duì)比表

序號(hào) 項(xiàng)目 磨煤機(jī)（HP）風(fēng)扇磨煤機(jī)11 電耗 電耗較低，一般為每噸煤8～9kW，但因磨煤機(jī)阻力較高，一次風(fēng)機(jī)電機(jī)功率高［21］。干燥劑可由高溫爐煙、冷爐煙以及熱空氣混合組成。根據(jù)燃煤水分，在運(yùn)行中調(diào)節(jié)這三種介質(zhì)的比例。12 噪音 噪音較小，距設(shè)備1m處的噪音小于85dB。 噪音較大。13 易損件壽命 磨輥及磨盤軸瓦的壽命約為8000h。 沖擊板在運(yùn)行中磨損大，壽命短。在大型S型風(fēng)扇磨中，沖擊板的壽命約為1200h。14 日常維修工作量 設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，日常維護(hù)要求較高，每年需更換耐磨件。 初投資低，維護(hù)量大，經(jīng)常更換耐磨件。

1.2.2 各種方案的利弊分析

（1）對(duì)原煤水分的適應(yīng)性

中速磨煤機(jī)用熱風(fēng)作為煤粉的干燥劑，入口處熱風(fēng)的溫度一般低于400℃，干燥能力受到限制。風(fēng)扇磨煤機(jī)抽取溫度為900～1000℃高溫爐煙作為干燥介質(zhì)，干燥能力很強(qiáng)，再配以熱風(fēng)和冷爐煙，系統(tǒng)干燥出力的調(diào)節(jié)幅度大，對(duì)煤的水分變化適應(yīng)性強(qiáng)。因此，燃用高水分（Mt＞40%）和偏高水分（Mt為30%～40%）褐煤的鍋爐，采用風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)較好。對(duì)于燃用中等水分（Mt為20%～30%）褐煤的鍋爐，其制粉系統(tǒng)采用風(fēng)扇磨煤機(jī)和中速磨煤機(jī)均是可取的。

（2）磨損性和可磨性對(duì)制粉系統(tǒng)的影響

根據(jù)某些機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，中速磨煤機(jī)在磨制褐煤時(shí)，褐煤與熱風(fēng)將在磨煤機(jī)中混合，當(dāng)煤的水份降低至25%以下時(shí)，哈氏可磨系數(shù)（HGI）逐步上升，即可磨性提高，HGI值每提高10%，能使磨煤機(jī)出力提高約13%。本例工程的煤質(zhì)磨損指數(shù)為2.0～3.5，屬于較強(qiáng)，對(duì)中速磨煤機(jī)和風(fēng)扇磨煤機(jī)都適用。由于磨煤機(jī)本體結(jié)構(gòu)的原因，風(fēng)扇磨煤機(jī)的最大弱點(diǎn)是磨損較嚴(yán)重，檢修頻繁，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短。沖擊板運(yùn)行周期為2500～4000h，而中速磨煤機(jī)的磨損件壽命至少為8000h。試驗(yàn)結(jié)果表明，在煤粉細(xì)度相等的情況下，HP中速磨煤機(jī)的磨損率明顯低于風(fēng)扇磨煤機(jī)的磨損率（約4倍），而HP中速磨煤機(jī)研磨部件的金屬利用率為50%，風(fēng)扇磨煤機(jī)約為30%。相比而言，中速磨煤機(jī)研磨件的使用壽命更長(zhǎng)。如果研磨部件的磨損率較大，將影響機(jī)組的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)問題

風(fēng)扇磨直吹制粉系統(tǒng)為負(fù)壓運(yùn)行，故漏風(fēng)問題比較突出，制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)不可避免，這是造成制粉系統(tǒng)干燥出力不足的原因之一。由于漏風(fēng)量大，燃燒用的二次風(fēng)量減少，使燃燒工況劣化，并使經(jīng)過空氣預(yù)熱器的風(fēng)量降低，致使鍋爐的排煙溫度升高，降低了鍋爐運(yùn)行效率。

（4）煤粉含水分值的選取及干燥出力

煤粉含水量過大時(shí)，煤粉在爐內(nèi)飛揚(yáng)不暢，著火緩慢，燃燒不完全，制粉系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)粉混合物的露點(diǎn)高，易引起堵塞。對(duì)于揮發(fā)分高的煤種，如果煤粉過于干燥，將增加自燃和自爆的概率。對(duì)于褐煤煤粉水分的選取，風(fēng)扇磨煤機(jī)按0.5～1倍的空氣干燥基水分，因?yàn)轱L(fēng)扇磨煤機(jī)磨制的煤粉較粗（R90=40%～50%），較高的送粉溫度和較低的煤粉水份，才能確?？煽康厝紵?duì)于風(fēng)扇磨煤機(jī)，采用了高溫爐煙進(jìn)行干燥。中速磨煤機(jī)磨制的煤粉較細(xì)，煤粉與熱風(fēng)的接觸面積大，較高的水分也能保證良好的燃燒。所以，對(duì)于中速磨煤機(jī)，煤粉的干燥出力也是能滿足要求的，干燥露點(diǎn)溫度為57℃，不需要考慮結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。

（5）制粉系統(tǒng)防爆

褐煤具有高水分、高揮發(fā)分的特點(diǎn)。制粉系統(tǒng)不僅需滿足干燥出力的要求，還要防止系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)自燃與爆炸等現(xiàn)象。風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)引用爐煙進(jìn)行干燥，呈惰化氣體輸送。風(fēng)扇磨煤機(jī)一次風(fēng)的出口溫度為120～180℃，用高溫爐煙干燥，可使系統(tǒng)內(nèi)二氧化碳的含量大于4%。實(shí)際運(yùn)行證明，應(yīng)用這種配置方式，在干燥煤粉的同時(shí)，能有效地防止制粉系統(tǒng)的自燃和爆炸。對(duì)于中速磨煤機(jī)系統(tǒng)，需采取有效的防爆措施，在高于系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)粉混合物露點(diǎn)4～6℃的前提下，磨煤機(jī)的出口溫度不高于70℃，煤粉管道的設(shè)計(jì)流速，應(yīng)選用較高流速值（推薦流速的上限值）。當(dāng)磨煤機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煤粉管道流速應(yīng)大于18m/s，且設(shè)備及管道空間內(nèi)無死角和積粉現(xiàn)象。制粉系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置有效的惰化措施和滅火系統(tǒng)。

（6）二種檢修方案及費(fèi)用

中速磨煤機(jī)和風(fēng)扇磨煤機(jī)的檢修方案及檢修費(fèi)用的對(duì)比，如表3所示。

表3風(fēng)扇磨煤機(jī)與中速磨煤機(jī)的檢修方案及檢修費(fèi)用

（6）二種設(shè)計(jì)方案相關(guān)設(shè)備的對(duì)比

二種制粉系統(tǒng)的方案中，主要設(shè)備及相關(guān)設(shè)備的電機(jī)功率對(duì)比，如表4所示。

表4二種制粉系統(tǒng)設(shè)備電機(jī)功率的對(duì)比表 （kW）

從表4可知，二種制粉系統(tǒng)中，中速磨煤制粉系統(tǒng)所用的設(shè)備較多，但總的電機(jī)功率相近。

綜合各因素后，若選用風(fēng)扇煤磨系統(tǒng)，雖然比較經(jīng)濟(jì)，投資小，但對(duì)電廠的后續(xù)維護(hù)及耐磨件的更換，將提出更高的要求。所以，最后采用了HP中速磨煤機(jī)熱一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

1.3 磨煤機(jī)性能參數(shù)計(jì)算

選擇磨煤機(jī)的主要性能參數(shù)和公式計(jì)算，如表5所示。

表5磨煤機(jī)的主要性能參數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選定的中速磨煤機(jī)型號(hào)為HP743，采用靜態(tài)離心式分離器。

1.4 制粉系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算

根據(jù)鍋爐運(yùn)行工況，對(duì)制粉系統(tǒng)的有關(guān)能參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果，如表6所示。

2 制粉系統(tǒng)的缺陷及優(yōu)化

2.1 制粉系統(tǒng)的運(yùn)行缺陷

針對(duì)該地區(qū)鍋爐燃煤的特性，最終選擇了中速磨煤機(jī)、直吹式制粉系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，還是發(fā)現(xiàn)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行存在某些缺陷。

（1）制粉系統(tǒng)的排渣方式

表6鍋爐制粉系統(tǒng)主要性能參數(shù)

因磨煤機(jī)的排渣門磨損，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，存在不同程度的內(nèi)漏和外漏。在出渣及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，時(shí)常有粉塵飛揚(yáng)，污染了環(huán)境。

（2）氣動(dòng)插板式關(guān)斷門的故障

磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)隔絕門，原采用氣動(dòng)插板式關(guān)斷門（接口直徑為1120mm）。但因結(jié)構(gòu)繁瑣，還有復(fù)雜的連鎖動(dòng)作，在運(yùn)行中故障率較高。

（3）粗粉分離器的靜態(tài)擋板

磨煤機(jī)出口的粗粉分離器，原設(shè)計(jì)為靜態(tài)擋板式分離器，靜態(tài)分離器對(duì)煤種的適應(yīng)性較差。制粉系統(tǒng)的電耗高，飛灰含碳量較高，影響了鍋爐的燃燒及效率，不利于節(jié)能環(huán)保。

（4）煤倉(cāng)存在堵煤現(xiàn)象

煤倉(cāng)偶爾存在堵煤現(xiàn)象，原煤斗尺寸直徑為1000mm，轉(zhuǎn)換為給煤機(jī)入口尺寸570×570mm后，通過法蘭連接，方圓過渡節(jié)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2m。由于收口過小，在使用38%全水分煤質(zhì)時(shí)，造成了堵煤現(xiàn)象。

（5）磨煤機(jī)在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)3臺(tái)磨的負(fù)荷出力不一致，其中B、C磨煤機(jī)的出力明顯低于保證出力值21.6t/h。

（6）出口裝置及粉管被磨損

本例工程中，磨煤機(jī)的出口裝置多為鑄鋼結(jié)構(gòu)，粉管材料為10號(hào)鋼。投入運(yùn)行不久，磨煤機(jī)A的出口裝置和粉管被磨損，出現(xiàn)了泄漏現(xiàn)象。

2.2 優(yōu)化對(duì)策

（1）對(duì)排渣系統(tǒng)改造后，維持磨煤機(jī)原排渣出料口的有效通徑。更換了排渣出料口以下的部分材料。配套系統(tǒng)采用全封閉結(jié)構(gòu)，排渣門由原液壓驅(qū)動(dòng)，改為更加可靠的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（2）為保證熱風(fēng)門開關(guān)動(dòng)作可靠，并解決軸封漏灰等缺陷。在機(jī)組檢修時(shí)，對(duì)磨煤機(jī)的入口熱風(fēng)門進(jìn)行了改造，整體更換為氣動(dòng)翻板式隔絕門。

（3）選用動(dòng)態(tài)分離器，對(duì)原靜態(tài)擋板式分離器進(jìn)行技術(shù)改造。相比原靜態(tài)分離器，動(dòng)態(tài)分離器增加了1臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可控制分離器動(dòng)葉的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出口煤粉細(xì)度，其變頻控制柜安裝在給煤機(jī)層，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)功能。

（4）針對(duì)堵煤現(xiàn)象，解決的方法是在閘閥上部500mm處，增加振打裝置。或者可對(duì)給煤機(jī)的入口進(jìn)行改造，在征求制造廠同意的情況下，考慮增加給煤機(jī)的入口空間。

（5）3臺(tái)磨煤機(jī)中，磨煤機(jī)B、磨煤機(jī)C的最大出力達(dá)不到理論值。通過停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)A磨輥與磨碗的靜態(tài)間隙為5mm，而磨煤機(jī)B、磨煤機(jī)C磨輥與磨碗的靜態(tài)實(shí)際間隙分別為12mm，10 mm。重新調(diào)整了這2臺(tái)磨煤機(jī)的靜態(tài)間隙后，出力均能滿足運(yùn)行要求，達(dá)到22t/h。

（6）對(duì)出口裝置的內(nèi)壁進(jìn)行改裝

對(duì)磨煤機(jī)的出口裝置內(nèi)壁進(jìn)行了設(shè)計(jì)修改，采取了防磨處理。采用耐磨復(fù)合鋼內(nèi)襯加陶瓷防磨相結(jié)合的形式，對(duì)磨煤機(jī)出口直管易磨損的1.5m區(qū)域，更換為不銹鋼內(nèi)襯陶瓷的結(jié)構(gòu)形式，將直管其它易磨損區(qū)域更換為雙金屬耐磨鋼結(jié)構(gòu)。改造后，磨煤機(jī)頂部均未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

3 結(jié) 語

（1）總結(jié)了煤質(zhì)對(duì)磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型的影響，對(duì)比了不同磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，最終決定選用HP中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

（2）利用公式計(jì)算，確定了制粉系統(tǒng)的管道尺寸等參數(shù)。確定了磨煤機(jī)的最終型式。

（3）對(duì)運(yùn)行中存在的缺陷，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。目前，運(yùn)行缺陷均已消除，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。

（4）對(duì)于水分偏高煤種，當(dāng)煤水分為16%～19%時(shí)，國(guó)內(nèi)常選用風(fēng)扇磨煤機(jī)，而本例工程中，煤種水分為18.64%及32%，同樣適合中速磨煤機(jī)的碾磨，且運(yùn)行狀態(tài)良好。

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DesignandSelectionofCoalMillerandPulverizingSystem

HUANGHui1，YNXin-wei2，GEYong-jian3
（1.HenanElectricityInvestigationandDesignInstitute，Zhengzhou450007，Henan，China；2.DongguanChinaPower NewEnergyThermalPowerCo.，Ltd.，Dongguan523127，Guangdong，China；3.NorthChinaElectricPower University，PowerEnergyandMechanicalEngineeringInstitute，Baoding071003，Hebei，China）

Bytakingthecoalpulverizingsystemofaboiler，thispaperstartswiththeanalysistotheeffectofcoal qualityoncoalmillmodelselectionandpulverizingsystem.Anditsummarizesconventionalpulverizingsystem proposalsandmakescomparisonandsummaryofdifferentcoalmillsandpulverizingsystems.Finally，thispaper determinesthepulverizingsystem，MediumSpeedMillPositivePressureDirectFiringCoalPulverizingSystemof Desiccant，whichconformstotheproject.Bycalculationoftwoimportantpartsofpulverizingsystem.Thispaper determinesthefinalcoalmillmodelandformulatesthepulverizingsystemdiagram.Regardingthedefectsinthe operation.Thefactsindicatethatthepulverizingsystemisstableandreliableafteroperation.

coalmiller；pulverizingsystem；design；plan；optimization；equipment；selection；calculation

TK223.25

A

1672-0210(2015)04-0017-05

2015-09-21

黃惠（1990-），女，助理工程師，從事火力機(jī)組運(yùn)行方面的技術(shù)工作。