火電廠磨煤機(jī)的選型原則及方法

王小芬

（1.華北電力大學(xué) 動(dòng)力工程系，河北 保定 071003；2.江西省電力設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330000）

0 引言

磨煤機(jī)是火電廠的重要輔機(jī)，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到鍋爐爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性和帶負(fù)荷的能力［1］。隨著機(jī)組容量的增大和技術(shù)水平的提高，磨煤機(jī)的種類也日益增多。目前，600MW以上發(fā)電機(jī)組已成為燃煤電廠主力機(jī)組，綜合考慮煤質(zhì)、爐型、經(jīng)濟(jì)安全性能等諸多因素，這些機(jī)組大多配備的是中速磨煤機(jī)，主要包括RP（HP）、MPS和MBF等類型［2，3］。

火電廠磨煤機(jī)選型大多是從煤的發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)分、水分及煤的磨損特性等指標(biāo)考慮的。很多電廠磨煤機(jī)運(yùn)行情況欠佳，可靠性及經(jīng)濟(jì)性低，故障頻發(fā)，運(yùn)行周期短，這是由于選型不當(dāng)造成的［4－6］。如何根據(jù)煤質(zhì)、爐型等情況，選擇合適的磨煤機(jī)型式成為了重要的課題。本文在分析不同磨煤機(jī)性能參數(shù)的基礎(chǔ)上，探討火電廠磨煤機(jī)的選型原則及方法，并通過實(shí)例進(jìn)行分析。

1 磨煤機(jī)性能分析與對比

1.1 磨煤機(jī)出力性能分析

磨煤機(jī)按類型可分為低速磨煤機(jī)、中速磨煤機(jī)和高速磨煤機(jī)。主要的性能參數(shù)有研磨出力、風(fēng)環(huán)速度和磨煤機(jī)阻力等，其中最主要的為研磨出力。

磨煤機(jī)的研磨出力與原煤中的水分大小、可磨性系數(shù)、灰分以及煤粉細(xì)度有關(guān)。磨煤機(jī)的出力計(jì)算可用基本出力乘以出力修正系數(shù)得到。出力修正系數(shù)包括可磨性、原煤水分、原煤粒度、煤粉細(xì)度、灰分等對出力的影響系數(shù)。以MPS中速磨煤機(jī)為例，其研磨出力BM的計(jì)算公式為：

其中：BMO為磨煤機(jī)基本出力；fH為可磨性修正系數(shù)；fR為煤粉細(xì)度修正系數(shù)；fW為原煤水分修正系數(shù)；fA為原煤灰分修正系數(shù)；fg為原煤粒度修正系數(shù)；fe為研磨件磨損至中后期時(shí)的出力降低系數(shù)；fsi為分離器形式對磨煤機(jī)出力的修正系數(shù)；HGI為可磨系數(shù)；R90為煤粉細(xì)度；Mt為原煤水分；Aar為煤粉灰分。

結(jié)合式（1），可得到部分修正系數(shù)的變化曲線，如圖1所示。研磨件磨損至中后期時(shí)的出力降低系數(shù)fe一般取0.95，這是由于研磨件在質(zhì)量減輕15%以內(nèi)（磨損前期）對出力影響很??；磨損中后期質(zhì)量減少至22%后，磨煤機(jī)功率和加載壓力將增加10%，這時(shí)的出力是最大出力的95%。

1.2 磨煤機(jī)的性能比較

磨煤機(jī)型式的選擇應(yīng)根據(jù)煤種、燃料磨損特性、煤種變化范圍、煤質(zhì)狀況、負(fù)荷性質(zhì)并結(jié)合爐膛結(jié)構(gòu)和燃燒器型式等因素來綜合考慮，不同的磨煤機(jī)型式有其不同的特點(diǎn)和問題，對它們的主要性能參數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，結(jié)合不同煤種特性，可得到各種類型的磨煤機(jī)所適應(yīng)的煤種情況：①筒式磨煤機(jī)適于無煙煤和低揮發(fā)分貧煤；②雙進(jìn)雙出鋼球式磨煤機(jī)適用于無煙煤、低揮發(fā)分貧煤和磨損指數(shù)高的煙煤；③HP（RP）型中速磨煤機(jī)、MPS型中速磨煤機(jī)和E型中速磨煤機(jī)適用于高揮發(fā)分貧煤和煙煤，以及Mt≤35%的褐煤；④風(fēng)扇磨煤機(jī)（高速磨煤機(jī)）適用于褐煤。

2 磨煤機(jī)選型原則及注意點(diǎn)

2.1 選型原則

在磨煤機(jī)選型時(shí)應(yīng)盡可能考慮煤的燃燒和爆炸特性、可磨性和煤粉細(xì)度的要求，并重點(diǎn)考慮磨煤機(jī)的電耗水平。在全部廠用電的5%中，磨煤機(jī)耗電率可達(dá)到0.7%～0.8%，有時(shí)甚至超過1%。因此選擇磨煤機(jī)型式時(shí)，應(yīng)對煤種的適應(yīng)性和電耗水平進(jìn)行綜合考慮。此外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）燃用無煙煤的制粉系統(tǒng)，一般選用中間倉儲式鋼球磨煤機(jī)。但雙進(jìn)雙出的鋼球磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)存在NOx排放高、造價(jià)貴、電耗高的缺點(diǎn)。

圖1 各修正系數(shù)變化曲線

表1 各種類型磨煤機(jī)性能指標(biāo)對比

（2）中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)和風(fēng)扇磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)相比有較大的優(yōu)越性。中速磨煤機(jī)研磨件使用壽命要比風(fēng)扇磨煤機(jī)長，檢修工作量少。

（3）長期運(yùn)行結(jié)果表明HP型和MPS（ZGM）型磨煤機(jī)電耗基本相同，約為20kWh/t～22kWh/t。MPS-HP-II型磨煤機(jī)則要低1kWh/t，對于一臺600 MW機(jī)組，其電機(jī)功率比其他兩種磨煤機(jī)的電機(jī)功率低約100kW。

（4）應(yīng)根據(jù)煤的磨損指數(shù)和煤粉細(xì)度，按磨煤機(jī)壽命曲線或計(jì)算公式確定研磨件使用壽命后再選擇磨煤機(jī)。中速磨煤機(jī)研磨件壽命應(yīng)大于6 000h，研磨件對MPS型磨煤機(jī)是指輥輪的單面壽命。

2.2 不同煤質(zhì)下宜選用的磨煤機(jī)

2.2.1 無煙煤（揮發(fā)分Vdaf＝6.5%～10%）

對于著火及燃盡特性屬于極難等級的無煙煤（著火溫度Tm＞900℃），宜優(yōu)先選擇中間倉儲式鋼球磨煤機(jī)和雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。

2.2.2 貧煤（揮發(fā)分Vdaf＝10%～20%）

（1）當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)及以下（磨損指數(shù)Ke≤5）、煤的著火性能為中等（揮發(fā)分Vdaf≥15%，著火溫度Tm＜800℃）時(shí)，宜選用中速磨煤機(jī)。

（2）當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)以上（磨損指數(shù)Ke＞5）、煤的著火性能為中等（揮發(fā)分Vdaf＞15%，著火溫度Tm＜800℃）時(shí)，宜選用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。

2.2.3 煙煤（揮發(fā)分Vdaf＝20%～37%）

（1）當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)及以下（磨損指數(shù)Ke≤5），宜選用中速磨煤機(jī)，但不宜采用縫隙式風(fēng)環(huán)的中速磨煤機(jī)。

（2）當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)以上（磨損指數(shù)Ke＞5），宜選雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)和直吹式制粉系統(tǒng)。

2.2.4 褐煤（揮發(fā)分Vdaf＞37%）

（1）當(dāng)褐煤磨損性在較強(qiáng)以下（磨損指數(shù)Ke≤3.5）、煤水分35%＜Mt≤40%時(shí)，宜選風(fēng)扇磨煤機(jī)；當(dāng)Mt＞40%時(shí)，宜選用帶乏氣分離裝置的風(fēng)扇磨煤機(jī)。

（2）當(dāng)煤的全水分Mt≤35%時(shí)，宜選用中速磨煤機(jī)和直吹式制粉系統(tǒng)。

3 實(shí)例分析

某電廠建設(shè)2×660MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為東方660MW超超臨界燃煤鍋爐，煤質(zhì)為40%豐城煤礦和60%裴溝煤礦的混煤，設(shè)計(jì)煤種的哈氏可磨性系數(shù)為HGI＝72，校核煤種的哈氏可磨性系數(shù)分別為HGI＝56和HGI＝62，校核煤種磨損指數(shù)Ke＝3.13，設(shè)計(jì)煤種的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf＝18.39%，校核煤種I和校核煤種II的干燥無灰基揮發(fā)分分別為Vdaf＝22.84%和Vdaf＝35.45%，設(shè)計(jì)煤種的煤粉細(xì)度為R90＝10%，校核煤種的煤粉細(xì)度為R90＝12.6%和R90＝19.5%。要求對磨煤機(jī)進(jìn)行選型。

根據(jù)煤質(zhì)揮發(fā)分分析，設(shè)計(jì)煤種屬于貧煤，校核煤種屬于煙煤，煤質(zhì)易爆炸；根據(jù)可磨系數(shù)分析，設(shè)計(jì)煤種與校核煤種均屬“中等可磨”；從磨損系數(shù)分析，煤質(zhì)磨損性較強(qiáng)，宜優(yōu)先選用中速磨。目前國內(nèi)的中速磨主要有HP型磨和MPS型磨，兩者應(yīng)用于本體的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 計(jì)算結(jié)果

（1）煤種適應(yīng)性：MPS型磨由于磨盤較HP型磨深，磨輥碾壓較大，因而MPS型磨允許被碾磨煤的磨損指數(shù)較大，對煤種的適應(yīng)范圍比HP型磨廣。

（2）運(yùn)行電耗：MPS型磨磨盤較深，通風(fēng)阻力大，導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)電功率增加，因此電耗比HP型磨大，其電機(jī)功率是HP型磨的1.15倍～1.2倍。

（3）磨輥使用壽命：MPS型磨輥使用壽命較長，且磨損后期出力降低得?。籑PS磨磨損系數(shù)為0.95，HP磨磨損系數(shù)為0.9。

（4）檢修方便性：HP磨的磨輥能翻出檢修，MPS磨則需采用拆除分離器或在機(jī)殼上開檢修大門來對磨輥檢修，因此HP磨比MPS維修方便。但運(yùn)行時(shí)的維護(hù)卻正好相反，MPS磨比HP維護(hù)方便。

（5）出力調(diào)節(jié)范圍及煤粉均勻性：HP磨能對載荷的變化作出迅速反應(yīng)，出力調(diào)節(jié)幅度較大；另外其出口設(shè)有文丘利噴嘴，能使煤粉均勻分配到各出口，使送粉管內(nèi)煤粉濃度比較均勻。MPS磨煤粉分配效果較HP磨差，但在磨制的煤粉顆粒均勻性指數(shù)方面卻要略好于HP磨。

（6）初期投資：相當(dāng)出力的MPS型磨本體、分離器體積、磨輥維修所需空間比HP型磨大，導(dǎo)致其煤倉間跨度較大，加上MPS型磨重量也較大，使得土建廠房和基礎(chǔ)投資是HP型磨的1.15倍～1.25倍。

本例校核煤種磨損指數(shù)Ke＝3.13，磨損性較強(qiáng)，從這一角度出發(fā)，宜選用耐磨性較好的MPS型磨。而綜合其他性能，HP磨的綜合優(yōu)勢并不比MPS磨強(qiáng)。另外從經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行角度考慮，MPS型磨具有振動(dòng)小、密封性好、金屬磨耗量小、煤種適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，因此本例采用MPS型磨煤機(jī)。每臺鍋爐配置6臺磨，正常情況下5臺磨煤機(jī)運(yùn)行，1臺備用。

4 結(jié)論

本文分析了火電廠磨煤機(jī)的選型原則及方法，得出如下結(jié)論：

（1）選擇磨煤機(jī)時(shí)應(yīng)盡量考慮煤的燃燒特性、可磨性、煤粉細(xì)度的要求，并重點(diǎn)考慮其電耗水平。

（2）筒式磨煤機(jī)適用于無煙煤和低揮發(fā)分貧煤；雙進(jìn)雙出鋼球式磨煤機(jī)適用于無煙煤、低揮發(fā)分貧煤和磨損指數(shù)高的煙煤；HP型、MPS型和E型中速磨煤機(jī)適用于高揮發(fā)分貧煤和煙煤，以及Mt≤35%的褐煤；風(fēng)扇磨煤機(jī)則適用于褐煤。

（3）同等條件下，中速磨煤機(jī)有較大優(yōu)越性，其研磨件使用壽命較長，檢修工作量較少。

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