徐啟，李喬喬，潘萌萌

(華北水利水電大學(xué) 電力學(xué)院，鄭州　450046)

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中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)干燥劑和通風(fēng)量計(jì)算分析

徐啟，李喬喬，潘萌萌

(華北水利水電大學(xué) 電力學(xué)院，鄭州450046)

摘要：以某燃用井徑煙煤的HG-1900/25.4-MPa型強(qiáng)制循環(huán)鍋爐為例，分析通風(fēng)量對磨煤機(jī)出力和壽命的影響，以及干燥劑溫度對磨煤出力和鍋爐燃燒效果的影響。經(jīng)分析，選擇合適的通風(fēng)量、確定干燥劑的溫度及份額，可以確保磨煤機(jī)在最大出力工況下運(yùn)行，有效降低制粉系統(tǒng)電耗，提高制粉系統(tǒng)的使用壽命及經(jīng)濟(jì)性，為機(jī)組經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：中速磨煤機(jī)；制粉系統(tǒng)；磨煤機(jī)出力；干燥劑溫度；通風(fēng)量

0引言

能耗高和環(huán)境污染嚴(yán)重是目前我國火電廠生產(chǎn)中存在的兩大突出問題，是制約我國電力行業(yè)乃至整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，而制粉系統(tǒng)又是火電廠的主要輔助系統(tǒng)，一次風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)總耗電量占火電廠用電量的15%～25%。一次風(fēng)機(jī)輸送的熱空氣既是干燥劑，又是煤粉的輸送介質(zhì)，單位質(zhì)量體積大，風(fēng)機(jī)在高溫下效率較低，因此風(fēng)機(jī)的電耗較大，同時(shí)可能存在高溫侵蝕問題。干燥劑氣流速度越大，帶出的煤粉量就越多，磨煤機(jī)的出力就越大，帶出的煤粉就越粗。不合格煤粉返回到磨煤機(jī)繼續(xù)研磨，不僅增大了制粉系統(tǒng)電耗[1]，而且加劇了磨煤機(jī)磨損。所以設(shè)計(jì)、選擇合理的通風(fēng)量，確定合適的干燥劑配比份額和干燥劑溫度是保持磨煤機(jī)最大出力、降低制粉系統(tǒng)電耗的有效措施，對機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義[2-3]。

1制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算

以某燃燒井徑煙煤的HG-1900/25.4-MPa型強(qiáng)制循環(huán)鍋爐為例進(jìn)行分析，根據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)選用直吹式中速磨煤機(jī)、熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)。可磨性系數(shù)Kkm=1.5，煤的低位發(fā)熱量Qar,net=25 500 kJ/kg。設(shè)計(jì)煤種成分分析數(shù)據(jù)見表1，鍋爐參數(shù)見表2。

鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量下所需的熱量為

5 010 902.9MJ/h。

鍋爐的燃煤量為

表1　設(shè)計(jì)煤種成分　%

表2　鍋爐主要參數(shù)

Bg=Q/(Qar,net×ηgl) =212.439t/h。

磨煤機(jī)型號為MPS 225，制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下熱力計(jì)算及選用數(shù)據(jù)見表3。

1.1干燥劑初溫確定

1.1.1熱平衡的確定

設(shè)制粉系統(tǒng)干燥磨制1 kg煤帶入和消耗的總熱量為Qin，制粉系統(tǒng)干燥磨制1 kg煤帶出和消耗的總熱量為Qout。代入、代出的總熱量中所包含的組成部分、表達(dá)式及數(shù)據(jù)見表4。

表3　制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況熱力計(jì)算及相關(guān)選用數(shù)據(jù)

注：k為裕量系數(shù)，k=1.15；Z為鍋爐總臺數(shù)，Z=6；qV為磨煤機(jī)通風(fēng)量；xm為BM下的負(fù)荷率；?MV為xM下的通風(fēng)率；ΔM為

每kg原煤被干燥所蒸發(fā)的水的質(zhì)量；n為煤粉的均勻性系數(shù)；rha，rla為組成的熱風(fēng)和冷風(fēng)在干燥劑中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；qm為進(jìn)入磨煤機(jī)的密封風(fēng)量；tM2為磨煤機(jī)出口最高允許溫度；V2為每kg原煤所需干燥劑的體積。

表4　制粉系統(tǒng)輸入、輸出總熱量　kJ

依據(jù)輸入熱量與輸出熱量相等的原則，列出熱平衡方程為

1.1.2干燥劑初溫t1的確定

通過解上式得出

c1t1=229.37kJ/kg，

采用熱空氣為干燥劑，則

Qin=Qout=414.57 kJ/kg，符合制粉系統(tǒng)熱力計(jì)算的要求。

1.2干燥劑終溫t2的確定

磨煤機(jī)出口溫度取決于防爆條件及設(shè)備允許的溫度。正壓直吹式系統(tǒng)中，終端干燥劑溫度t2=tM2=90 ℃。

1.3終端干燥劑的成分、參數(shù)和份額

終端干燥劑的成分、參數(shù)和份額可以校核熱力計(jì)算結(jié)果是否滿足鍋爐燃燒對一次風(fēng)率的要求，確定干燥劑中含濕量和露點(diǎn)，以防結(jié)露。

(1)設(shè)備末端干燥劑參數(shù)的計(jì)算。若采用冷風(fēng)作為密封，還應(yīng)考慮密封風(fēng)風(fēng)量。

末端干燥劑質(zhì)量為

式中：qm=1.02 kg/s。

每kg原煤需要末端干燥劑體積為

1.485m3/kg。

末端干燥劑密度為

如果要計(jì)算干燥劑的實(shí)際體積，需對所得的體積V2θ進(jìn)行溫度和壓力修正，得出每kg原煤所需干燥劑體積為

式中：p為大氣壓，p=101.3 kPa。

(2)終端干燥劑含濕量和露點(diǎn)的計(jì)算。為了保證氣粉混合物的正常輸送，設(shè)備末端干燥劑的溫度應(yīng)高于露點(diǎn)，否則應(yīng)重新計(jì)算。

1)含濕量計(jì)算。以空氣作為干燥劑時(shí)，計(jì)算式為

式中：d為空氣含濕量，通常取10 g/kg；Kle為磨煤機(jī)漏風(fēng)量，Kle=0。

2)終端干燥劑中水蒸氣所占比例的計(jì)算

3)露點(diǎn)的計(jì)算。根據(jù)干燥劑的含濕量d2查《空氣含濕量與露點(diǎn)對照表》，可得露點(diǎn)tdp=36.6 ℃。對于直吹式制粉系統(tǒng)至少應(yīng)使tdp≤(t2-2)=88 ℃。

1.4干燥出力校核計(jì)算

磨煤機(jī)干燥出力

式中：V2為每kg干燥劑的實(shí)際體積，m3/kg；qV為磨煤機(jī)通風(fēng)量，m3/h。

碾磨出力與干燥出力差值的百分比為

ΔB<10%，符合制粉系統(tǒng)的要求。

1.5理論空氣量的計(jì)算

每kg煤燃燒時(shí)，理論上需要的化學(xué)當(dāng)量干空氣量(氧體積分?jǐn)?shù)按21%計(jì)算)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為

V0=0.089[w(Car)+0.375w(Sar)]+0.265

式中：w(Car)，w(Sar)，w(Har)，w(Oar)分別是煤中C，S，H，O的收到基，%，根據(jù)煤的元素分析數(shù)據(jù)確定數(shù)值。

燃料燃燒所需的理論空氣量為

V′=1.016V0=6.367m3/kg。

2磨煤機(jī)出力影響分析

2.1通風(fēng)量對磨煤機(jī)出力及壽命影響

隨著磨煤機(jī)通風(fēng)量的增加，磨煤機(jī)的出力增加，而煤粉細(xì)度R90也明顯增加，使鍋爐著火困難，爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定。

輪式磨煤機(jī)碾磨件磨損后，出力會有一定變化，碾磨件質(zhì)量減少15%時(shí)，出力變化較??；質(zhì)量減少22%時(shí)，加載壓力增加10%，其出力大約為最大出力的95%。

磨煤機(jī)碾磨件壽命相關(guān)計(jì)算如下：

式中：δ為碾磨件磨損率，g/t；R90為煤粉細(xì)度，%；S為碾磨件(輥套或打擊板)面積，m2；BM1為磨煤機(jī)內(nèi)煤量，BM為磨煤機(jī)出力，t/h；kc為循環(huán)倍率，煙貧煤kc=7，褐煤kc=4；Mf為煤的外在含水率，%。

碾磨件磨損率與煤粉細(xì)度關(guān)系曲線如圖1所示，從圖1可以看出，碾磨件的磨損率隨煤粉細(xì)度R90增大而減小，R90越大，磨煤機(jī)出力越大[5-7]，但磨制煤粉越粗，影響燃燒穩(wěn)定性及機(jī)組安全運(yùn)行。煤粉的磨制需要消耗電能，磨煤設(shè)備也遭受磨損，煤粉越細(xì)，電耗越大，磨輥、磨盤的磨損會使磨煤機(jī)研磨效率及出力下降，煤層厚度相應(yīng)增加，且磨輥、磨盤的凹凸不平會增加磨盤轉(zhuǎn)動阻力，進(jìn)一步增加電耗。所以，選擇合適的通風(fēng)量、干燥劑配比，不僅可以保證爐內(nèi)燃燒安全、穩(wěn)定進(jìn)行，使磨煤機(jī)出力最大化，還可以延長磨煤機(jī)壽命，降低磨煤機(jī)電耗。

圖1　碾磨件磨損率與煤粉細(xì)度關(guān)系

2.2干燥介質(zhì)對磨煤機(jī)出力影響分析

提高熱一次風(fēng)溫，有助于提高磨煤機(jī)出力，干燥介質(zhì)初溫提高10 ℃，制粉系統(tǒng)出力約增加2 t/h。由于脫硝催化劑在超過400 ℃的溫度下長期運(yùn)行，局部活性會降低或徹底失效，從而影響脫硝設(shè)備安全、高效運(yùn)行，且提高一次風(fēng)溫使排煙溫度升高，不僅降低了鍋爐熱效率，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，而且降低了制粉系統(tǒng)防爆性，需要提高系統(tǒng)防爆措施，增加了投入。

3結(jié)論

(1)制粉系統(tǒng)的風(fēng)量協(xié)調(diào)及干燥劑配比選擇十分重要，通過制粉系統(tǒng)熱平衡計(jì)算，在保持系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，確定合適的干燥劑溫度、干燥劑量及其配比份額，協(xié)調(diào)通風(fēng)量以保持最佳磨煤量，保持磨煤機(jī)在最大出力工況下運(yùn)行，降低制粉系統(tǒng)電耗。

(2)分析了通風(fēng)量對磨煤機(jī)出力及壽命的影響。選擇合適通風(fēng)量，既保證鍋爐安全、穩(wěn)定燃燒，又增大了磨煤機(jī)使用壽命，降低了磨煤電耗，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。選擇合適干燥介質(zhì)溫度，有助于提高磨煤機(jī)出力，保證脫硝催化劑催化活性，保證鍋爐熱效率，保證制粉系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期：2015-07-22；修回日期：2015-10-20

中圖分類號：TK 223.25

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)05-0057-04

作者簡介：

徐啟(1977—)，男，河南上蔡人，副教授，工學(xué)碩士，從事火電廠鍋爐運(yùn)行方面的工作(E-mail:13526672728@139.com)。

李喬喬(1990—)，男，湖北潛江人，在讀碩士研究生，從事?lián)Q熱器換熱方面的研究(E-mail:465484634@qq.com)。

潘萌萌(1991—)，女，北京人，在讀碩士研究生，從事?lián)Q熱器換熱方面的研究(E-mail:18703686830@139.com)。