茅建波，張 明，應(yīng)明良

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

磨煤機(jī)是燃煤鍋爐重要的輔機(jī)設(shè)備，按碾磨部件轉(zhuǎn)速分為高速、中速及低速3類。中速磨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，負(fù)荷變化快、金屬磨耗低、運(yùn)行安全可靠、電耗小、噪音低等特點(diǎn)，其碾磨部件的轉(zhuǎn)速為25～120 r/min，廣泛應(yīng)用于大型煤粉鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)，國內(nèi)使用較多的是HP（碗式型）和MPS（輪式型）中速磨煤機(jī)。

新建火力發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)后，按照規(guī)定需對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行性能試驗(yàn)，考核磨煤機(jī)出力、磨煤單耗等指標(biāo)[1]，磨煤機(jī)改造后也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的性能測試，以評(píng)價(jià)改造效果[2-4]。磨煤單耗指制粉系統(tǒng)磨制1 t煤時(shí)磨煤機(jī)消耗的電量[5]，是表征磨煤機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一，與煤種、磨煤機(jī)出力、煤粉細(xì)度、碾磨部件磨損程度等運(yùn)行工況有很大關(guān)系[6-8]，故考核磨煤單耗指標(biāo)對(duì)煤質(zhì)等工況條件均有具體規(guī)定。發(fā)電廠煤種來源一般較復(fù)雜，煤質(zhì)分布也不均勻，性能考核試驗(yàn)時(shí)很難保證試驗(yàn)用煤質(zhì)與要求的煤質(zhì)完全一致，煤粉細(xì)度等也會(huì)與規(guī)定值存在一定偏差，直接用試驗(yàn)工況條件下的磨煤單耗（以下簡稱“工況磨煤單耗”）結(jié)果評(píng)價(jià)磨煤機(jī)設(shè)計(jì)性能難免有失偏頗，因此，工況磨煤單耗需進(jìn)行校核和修正[9]，相關(guān)的研究報(bào)道較少，文獻(xiàn)[2-4]和文獻(xiàn)[10]中磨煤機(jī)改造前后直接采用工況磨煤單耗進(jìn)行比較，文獻(xiàn)[11]提供了不同煤粉細(xì)度時(shí)磨煤單耗的換算方法。

對(duì)此，以1臺(tái)中速磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)為例，探討磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況偏離規(guī)定的工況條件時(shí)磨煤單耗的校核與修正計(jì)算，以期科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)磨煤機(jī)的真實(shí)性能。

1 磨煤機(jī)概況

某新建發(fā)電廠鍋爐采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配4臺(tái)上海重型機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的HP743型碗式中速磨煤機(jī)，磨輥加載方式為彈簧加載，靜態(tài)煤粉分離器。設(shè)計(jì)和校核煤種的煤質(zhì)參數(shù)見表1，設(shè)計(jì)性能數(shù)據(jù)見表2。磨煤機(jī)性能保證：磨制設(shè)計(jì)煤種時(shí)，在煤粉細(xì)度R90=18%工況條件下磨煤機(jī)保證出力為23.2 t/h，保證出力時(shí)磨煤單耗為9.8 kWh/t。

表1 煤質(zhì)分析參數(shù)

表2 磨煤機(jī)部分設(shè)計(jì)性能數(shù)據(jù)

2 磨煤單耗校核與修正

2.1 工況磨煤單耗

工況磨煤單耗是指磨煤機(jī)在試驗(yàn)工況條件下實(shí)際測試的磨煤單耗（磨制試驗(yàn)煤種），以1臺(tái)磨煤機(jī)保證出力考核工況（以下簡稱“試驗(yàn)工況”）為例，磨煤機(jī)實(shí)際出力為23.4 t/h，測試煤粉細(xì)度R90=16%，磨煤機(jī)電機(jī)輸入功率233.2 kW，磨煤機(jī)工況磨煤單耗為9.97 kWh/t，高于設(shè)計(jì)保證出力工況下保證的磨煤單耗（9.80 kWh/t）。

2.2 磨煤機(jī)保證出力校核

煤質(zhì)參數(shù)、煤粉細(xì)度等運(yùn)行工況條件對(duì)磨煤機(jī)出力影響很大，從而對(duì)磨煤單耗也有非常大的影響，磨制不同的煤種，其磨煤機(jī)最大出力會(huì)發(fā)生較大變化，保證出力也會(huì)有較大差異，一般設(shè)計(jì)磨煤機(jī)保證出力是磨煤機(jī)碾磨部件磨損至中后期時(shí)應(yīng)能達(dá)到的出力，對(duì)應(yīng)最大出力的0.9倍[12]。本例試驗(yàn)工況煤質(zhì)參數(shù)見表1，收到基水分比設(shè)計(jì)煤種高3%，發(fā)熱量略低，哈氏可磨系數(shù)大2，煤粉細(xì)度R90也較設(shè)計(jì)值的18%偏小，原煤水分對(duì)磨煤機(jī)出力影響較大。按照DL/T 5145-2002《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定》中的方法對(duì)磨煤機(jī)出力進(jìn)行如下校核計(jì)算[12]：

式中：Bm為磨制實(shí)際煤種磨煤機(jī)出力；Bm0為磨煤機(jī)基本出力，根據(jù)磨煤機(jī)型號(hào)選取，HP743型磨煤機(jī)基本出力為 31.1 t/h；fH，fR，fM，fA分別為哈氏可磨系數(shù)、煤粉細(xì)度、原煤水分、原煤灰分對(duì)磨煤機(jī)出力的修正系數(shù)，查取或按公式計(jì)算得出；fg為原煤粒度對(duì)磨煤機(jī)出力的修正系數(shù)，碗式磨煤機(jī)fg=1.0；fe為碾磨部件磨損至中后期時(shí)出力（即磨煤機(jī)保證出力）降低系數(shù)，fe=0.9。

試驗(yàn)工況條件（煤質(zhì)、煤粉細(xì)度）下的總出力修正系數(shù)f=0.808，校核磨煤機(jī)的最大出力為25.1 t/h，保證出力為22.6 t/h，見表3。

2.3 磨煤單耗校核

對(duì)于同種型號(hào)的中速磨煤機(jī)，磨煤機(jī)所需功率與磨煤機(jī)出力有關(guān)，磨制不同的煤種，若經(jīng)出力校核后磨煤機(jī)負(fù)荷率相同，則磨煤機(jī)所需功率基本不變，這是因?yàn)槊嘿|(zhì)參數(shù)、煤粉細(xì)度等變化以后，磨煤單耗和磨煤機(jī)出力都會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，從而可保持磨煤機(jī)所需功率不變[13-14]，據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)工況保證的磨煤單耗進(jìn)行校核。

磨煤機(jī)保證出力時(shí)負(fù)荷率均為90%，設(shè)計(jì)保證出力為23.2 t/h，對(duì)應(yīng)磨煤單耗9.80 kWh/t，試驗(yàn)工況條件校核保證出力為22.6 t/h，校核保證出力時(shí)磨煤單耗保證值為10.05 kWh/t，見表3。

表3 磨煤機(jī)保證出力考核工況磨煤單耗校核、修正計(jì)算

2.4 磨煤單耗修正

磨煤機(jī)性能試驗(yàn)期間需對(duì)磨制的原煤進(jìn)行取樣，由于煤質(zhì)參數(shù)分析得到結(jié)果有滯后，現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)磨煤機(jī)的出力一般不會(huì)正好對(duì)應(yīng)試驗(yàn)工況條件下的校核保證出力，而磨煤單耗與磨煤機(jī)出力關(guān)系密切，一般隨著磨煤機(jī)出力的增加而減小[6，8]，因此需在煤質(zhì)參數(shù)等分析結(jié)果出來后再對(duì)試驗(yàn)工況條件下的磨煤機(jī)出力進(jìn)行校核，進(jìn)而將工況磨煤單耗修正至校核保證出力時(shí)的磨煤單耗。

中速磨煤機(jī)電機(jī)的相對(duì)輸入功率P/Pmax與相對(duì)出力（負(fù)荷率）B/Bmax存在如下線性關(guān)系[12]：

式中：P為磨煤機(jī)實(shí)際出力B時(shí)其電機(jī)的輸入功率；Pmax為磨煤機(jī)100%出力（即Bmax）時(shí)其電機(jī)的輸入功率；C1和C2為系數(shù)，對(duì)于碗式磨煤機(jī)C1=0.827， C2=0.173（按文獻(xiàn)[12]及文獻(xiàn)[15]提供的磨煤機(jī)出力-功率關(guān)系曲線進(jìn)行擬合，與文獻(xiàn)[13]中的系數(shù)略有差異）；對(duì)于MPS輪式磨煤機(jī)C1=0.62，C2=0.383（按文獻(xiàn)[14]提供的磨煤機(jī)出力-單位功耗關(guān)系曲線進(jìn)行變換、擬合）。

試驗(yàn)工況磨煤機(jī)出力為23.4 t/h，高于校核后的保證出力22.6 t/h，按式（2）將工況磨煤單耗修正至試驗(yàn)工況條件下校核保證出力時(shí)的磨煤單耗。試驗(yàn)工況B磨煤機(jī)相對(duì)出力B2/Bmax2=0.931，磨煤機(jī)電機(jī)的相對(duì)輸入功率P2/Pmax=0.943，即試驗(yàn)工況磨煤機(jī)電機(jī)輸入功率P2=0.943Pmax；試驗(yàn)工況條件下，磨煤機(jī)校核保證出力時(shí)的相對(duì)出力Bg2/Bmax2=0.900，校核保證出力時(shí)磨煤機(jī)電機(jī)相對(duì)輸入功率Pg2/Pmax=0.917，由此，試驗(yàn)工況條件下磨煤機(jī)出力由23.4 t/h變?yōu)?2.6 t/h，則磨煤機(jī)電機(jī)輸入功率Pg2=233.2×0.917/0.943=226.8 kW，低于原來的233.2 kW，修正至試驗(yàn)工況條件下磨煤機(jī) 保 證 出 力 時(shí) 磨 煤 單 耗 Em2c=226.8/22.6=10.03 kWh/t，比校核后的磨煤單耗保證值10.05 kWh/t略低，與直接采用工況磨煤單耗9.97 kWh/t與設(shè)計(jì)保證值9.80 kWh/t比較得出的結(jié)論正好相反。表3為磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)保證出力工況磨煤單耗校核及修正計(jì)算過程。

實(shí)際上，由表3中試驗(yàn)工況條件保證出力磨煤單耗的計(jì)算公式可推導(dǎo)出：

式中：PgD為設(shè)計(jì)保證出力時(shí)磨煤機(jī)功率，PgD=Bg1Emg1。可見，若試驗(yàn)工況條件保證出力時(shí)的磨煤機(jī)功率不大于設(shè)計(jì)所需功率，實(shí)際磨煤單耗即能達(dá)到設(shè)計(jì)保證值（不大于Emg2）。

由公式（3）進(jìn)一步推導(dǎo)可得：

式中：針對(duì)1臺(tái)已投產(chǎn)磨煤機(jī)進(jìn)行的具體某個(gè)考核試驗(yàn)工況，P2和PgD為定值。修正后的試驗(yàn)工況保證出力磨煤單耗能否達(dá)到設(shè)計(jì)保證值不僅與工況條件如煤質(zhì)參數(shù)、煤粉細(xì)度等有關(guān)（影響校核保證出力Bg2），還與磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行性能（P2）有關(guān)。

3 結(jié)語

中速磨煤機(jī)因其自身優(yōu)點(diǎn)在火力發(fā)電廠得到了廣泛應(yīng)用，由于煤種復(fù)雜多變等實(shí)際原因，中速磨煤機(jī)進(jìn)行性能考核時(shí)的試驗(yàn)工況條件很難保證與設(shè)計(jì)工況條件完全一致，影響了對(duì)磨煤機(jī)實(shí)際應(yīng)用性能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本文探討了性能試驗(yàn)實(shí)際工況條件偏離設(shè)計(jì)工況條件時(shí)磨煤單耗的校核及修正計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果更為科學(xué)、合理，評(píng)價(jià)磨煤機(jī)性能更加客觀，計(jì)算方法也可為評(píng)價(jià)中速磨煤機(jī)的改造效果提供參考。