文_壽奎原 浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司

我國每年電力消耗巨大，2019 年全年用電量約7．23 萬億kWh，而在2020 年1～10月份全社會用電量已經(jīng)達到了約6．03萬億kWh，電力需求保持正增長。我國電力生產(chǎn)中火力發(fā)電仍是我國最主要的電力能源，2019 年火電裝機容量為11．9 億kW（其中燃煤電廠10．45 億kW），約占全國裝機總?cè)萘康?9．22%。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示我國燃煤電廠總發(fā)電量的5%～10%都被消耗在電能生產(chǎn)過程中，其中磨煤制粉系統(tǒng)的能耗較大。

因此，針對磨煤制粉系統(tǒng)進行節(jié)能降耗的技術(shù)研究與研發(fā)，是需要持續(xù)投入與努力的方向之一。

20 世紀七八十年代，我國相繼從國外引進了磨煤機技術(shù)，目前，我國最廣泛使用的中速磨煤機包括中速輥環(huán)式（MPS 型）、中速碗環(huán)式（HP 型）磨煤機。北京電力設備總廠在MPS 型磨煤機基礎上，自主改進研發(fā)出了ZGM 型中速磨煤機。ZGM 型中速磨煤機的運行原理見圖1。

圖1 ZGM 型中速磨煤機運行原理圖

原煤經(jīng)落煤管持續(xù)落入磨煤機內(nèi)部磨盤，磨盤被電機帶動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，通過磨輥及襯瓦完成對原煤的碾磨及甩出。熱風自磨煤機底部風室進入，經(jīng)由噴嘴環(huán)組織后進入磨煤機，攜帶被磨盤甩出的煤粉，通過分離器送出磨煤機。分離器啟動分離不合格煤粉的作用，不合格煤粉被分離下來后，經(jīng)由回粉錐重新返回磨盤進行碾磨，重復上述工作。

1 中速磨煤機運行情況的分析及研究

科技工作者已對中速磨煤機運行方式及能耗情況進行了長久持續(xù)的研究，但是磨煤機內(nèi)部存在“黑匣子”工作性質(zhì)，對磨煤機運行情況的分析及研究存在一定難度。

何亞群等開創(chuàng)型地對中速磨煤機進行開孔取樣，分析進入分離器前返料、分離器返料的煤粉成分及細度分布情況，得出磨煤機待磨物料中循環(huán)負荷占比接近90%，且灰分較原煤高20%，減少料層中細顆粒含量及其灰分，可提高粗顆粒的破碎效率。周念鑫等通過自制的實驗室輥磨試驗系統(tǒng)，模擬、分析、研究封閉磨煤機內(nèi)物料的粒度減小與能量消耗問題。王煜杰通過自制輥磨機及哈式可磨儀等進行煤樣的循環(huán)破碎與混合破碎試驗，揭示了磨煤機中礦物質(zhì)的累積及遷移規(guī)律。左蔚然對MPS 型中速磨煤機運行過程進行建模分析，結(jié)果顯示風煤比是影響中速磨煤機運行狀況的主要因素，隨著風煤比的提高，磨煤機的功率會上升，而一次風機的功率會下降，但磨煤機和一次風機的總功率會下降，煤粉細度變粗。董素艷等對磨煤機內(nèi)部煤粉顆粒流進行數(shù)值模擬，研究了磨煤機內(nèi)顆粒粒徑對分離效率的影響。

結(jié)合現(xiàn)有科研結(jié)論，針對某電廠ZGM113G 型磨煤機的運行情況，對其內(nèi)部氣固兩相流場進行分析發(fā)現(xiàn)：

①現(xiàn)有回粉擋板位置，分離器分離下來的煤粉經(jīng)回粉擋板流出后進入磨煤機內(nèi)部煤粉進入分離器的流通區(qū)域，容易造成已分離不合格煤粉的二次飛揚，增加煤粉在磨煤機內(nèi)部的循環(huán)次數(shù)。

②通過對ZGM型中速磨煤機進行同煤量降低風量試驗，發(fā)現(xiàn)風量降低一定程度后，石子煤量并沒有明顯增加。說明實際運行過程中動環(huán)位置風速偏大，增加磨煤機通風阻力，加劇對磨煤機殼體及內(nèi)部零部件的吹損。

③原煤在磨盤中被碾磨工作時，隨著碾磨過程進行，磨盤中共同存在粗細煤粉，此時細煤粉會阻礙粗煤粉的研磨，減少粗煤粉可分配的碾磨能量，降低碾磨效率，增加煤粉在磨煤機內(nèi)部的循環(huán)次數(shù)。

基于以上分析，確定問題及優(yōu)化方向：嘗試性對某電廠ZGM113G 型中速磨煤機進行氣固兩相流場優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)改造，增加中心預干燥系統(tǒng)、內(nèi)部流場優(yōu)化系統(tǒng)、磨盤流化風系統(tǒng)，爭取有針對性地解決上述問題。

改造內(nèi)容如下：

①中心預干燥系統(tǒng)：由磨煤機入口管道引一路熱風進入落煤管，隨落煤管原煤一起進入磨煤機內(nèi)部。

②內(nèi)部流場優(yōu)化系統(tǒng)：將現(xiàn)有磨煤機回粉擋板位置移至回粉錐內(nèi)部，并延長回粉錐，降低此位置分離煤粉的二次飛揚。

③磨盤流化風系統(tǒng)：由磨煤機入口風道引一路熱風進入磨煤機內(nèi)部，由布置在磨盤上方的流化風噴嘴，對磨盤中原煤及煤粉進行吹掃流化。

改造完成后，保持相同煤質(zhì)，對改造系統(tǒng)進行投退對比性能試驗分析。

2 投退對比性能試驗分析

試驗針對某電廠單臺ZGM113G 型中速磨煤機進行，試驗內(nèi)容包括：磨煤機最大出力、磨煤單耗、煤粉細度、通風阻力等。

試驗分為投入改造系統(tǒng)、退出改造系統(tǒng)兩個工況。其中內(nèi)部流場優(yōu)化系統(tǒng)為磨煤機內(nèi)部機械改造，無法進行投退，投退試驗不包括該部分。

試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)表

同時，最大出力試驗結(jié)束后，維持相同煤質(zhì)，又進行了相同煤量氣固兩相優(yōu)化系統(tǒng)投退對比試驗（50t/h），在系統(tǒng)退出時，穩(wěn)定運行1h 后，投入氣固兩相優(yōu)化系統(tǒng)，分析磨煤機性能參數(shù)的變化情況，結(jié)果見圖2。

圖2

可以看出，系統(tǒng)投入后，電流相比未投運時降低2．99A，投退前后差壓降低0．25kPa，可見本次改造可以實現(xiàn)提升磨煤機性能的目的。

3 結(jié)論

針對某電廠ZGM113G 型中速磨煤機進行氣固兩相流場優(yōu)化分析，確定磨煤機內(nèi)部氣固兩相流場存在的問題及可能的優(yōu)化方向，制定相應的優(yōu)化改造方案，改造后，可以實現(xiàn)提升最大出力5．49%，降低磨煤機單耗1．11kWh/t，通風阻力降低250Pa；維持相同煤量，投入改造系統(tǒng)，同樣可以降低磨煤機單耗及通風阻力。希望能為MPS 型中速磨煤機性能優(yōu)化及降耗的科研工作提供參考和借鑒。