火電廠磨煤機(jī)鋼球裝載量與電機(jī)電流的關(guān)系分析

王承亮

(華電國際技術(shù)服務(wù)分公司，濟(jì)南 250014)

0 引言

近年來，隨著煤價(jià)的持續(xù)上漲、環(huán)保成本的日益升高和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)火電經(jīng)營(yíng)形勢(shì)的變化，火電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)異常嚴(yán)峻，擺在火電廠面前的就只有深度挖潛增效、深度科技創(chuàng)新唯一一條出路。俗話說“落后就要挨打”，當(dāng)前火電廠也面臨著落后就要被淘汰的被動(dòng)局面，這就要求火電人要本著“點(diǎn)點(diǎn)滴滴降成本，時(shí)時(shí)刻刻增效益”的理念，走出精細(xì)化管理深度挖潛增效“老路”的新高度。制粉系統(tǒng)是為火電廠鍋爐燃燒提供合格煤粉的重要輔助系統(tǒng)，經(jīng)過初步調(diào)研分析，我國火電廠300 MW等級(jí)及以上機(jī)組鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)所占比例在30%以上，磨煤機(jī)鋼球裝載量、鋼球配比、通風(fēng)量及襯板性能等因素是影響磨煤機(jī)工作性能的重要因素，且調(diào)研發(fā)現(xiàn)鋼球磨煤機(jī)鋼球裝載量管理仍處于技術(shù)依據(jù)缺乏的粗放管理狀態(tài)[1]，具有一定的挖潛空間[2]。故本文重點(diǎn)通過試驗(yàn)手段研究鋼球磨煤機(jī)鋼球裝載量與電機(jī)電流的關(guān)系[3]，根據(jù)試驗(yàn)情況提出磨煤機(jī)電流與鋼球裝載量的預(yù)測(cè)關(guān)系式，為指導(dǎo)鋼球磨煤機(jī)鋼球添加提供指導(dǎo)依據(jù)，從而保證磨煤機(jī)有相對(duì)穩(wěn)定的制粉能力。

1 試驗(yàn)單位鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范

為掌握鋼球磨煤機(jī)鋼球裝載量與電機(jī)電流的關(guān)系，本課題共選取了3個(gè)單位的制粉系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別為十里泉電廠#6鍋爐B磨煤機(jī)(設(shè)備規(guī)范見表1)、青島電廠#2鍋爐B磨煤機(jī)(設(shè)備規(guī)范見表2)、青島電廠#4鍋爐A磨煤機(jī)(設(shè)備規(guī)范見表3)。

2 鋼球裝載量與電機(jī)電流關(guān)系研究試驗(yàn)

調(diào)整鋼球加載量，將磨煤機(jī)內(nèi)的鋼球量減到最少但磨煤機(jī)仍能滿足鍋爐實(shí)際最大負(fù)荷時(shí)的出力需求，同時(shí)煤粉細(xì)度達(dá)到設(shè)計(jì)值要求，此時(shí)制粉電耗最小。最佳鋼球加載量確定后，后續(xù)試驗(yàn)均在選定的磨煤機(jī)和對(duì)應(yīng)鋼球加載量下進(jìn)行[4]。磨煤機(jī)鋼球裝載量與磨煤機(jī)電機(jī)的運(yùn)行電流有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，在空磨加煤前測(cè)量不同鋼球裝載量下的磨煤機(jī)電流，作為求得鋼球補(bǔ)加量的依據(jù)，并繪制磨煤機(jī)電流和鋼球裝載量的關(guān)系曲線。鋼球配比按 3∶3∶3執(zhí)行。

表1 十里泉電廠 #6鍋爐磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范Tab.1 Equipment specification of coal mill pulverizing system of No.6 boiler in Shiliquan Power Plant

表2 青島電廠 #2鍋爐鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)設(shè)備規(guī)范Tab.2 Equipment specification of steel-ball coal mill pulverizing system of No.2 boiler in Qingdao Power Plant

磨煤機(jī)鋼球加載運(yùn)行要分步增加鋼球量，并記錄每一步磨煤機(jī)的運(yùn)行電流。

第1步：空磨運(yùn)行，建議運(yùn)行0.5 h；

第2步：加載1/4額定裝球量運(yùn)行，建議運(yùn)行0.5 h；

第3步：加載2/4額定裝球量運(yùn)行，建議運(yùn)行0.5 h；

第4步：加載3/4額定裝球量運(yùn)行，建議運(yùn)行0.5 h；

第5步：加載4/4額定裝球量運(yùn)行，建議運(yùn)行0.5 h。

注：①哈氏可磨性指數(shù)(HGI)=50，w(H2O)=8%，75%通過200目篩。

磨煤機(jī)檢修以后加鋼球時(shí)采用小車加裝，一般按單車的鋼球質(zhì)量乘以車數(shù)來計(jì)算鋼球質(zhì)量，但每車鋼球質(zhì)量不均勻，從而給鋼球的計(jì)量帶來誤差，因此，磨煤機(jī)的鋼球裝載量在試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行復(fù)核(最終以復(fù)核為準(zhǔn))。鋼球裝載量測(cè)量及計(jì)算示意圖如圖1所示，測(cè)量磨煤機(jī)內(nèi)鋼球球位的計(jì)算公式為

m=SLρ，

式中：α為圓心角，(°)；d為軸頸處直徑，m；h為球面至軸徑下緣處距離，m；D為磨煤機(jī)筒體直徑，m；S為鋼球磨煤機(jī)橫截面中鋼球所占的面積，m2；L為磨煤機(jī)筒體長(zhǎng)度，m；m為磨煤機(jī)鋼球裝載量，t；ρ為鋼球堆積密度，篩選過的鋼球取ρ=4.90 t/m3，未篩選過的鋼球取ρ=5.00 t/m3。

加煤后，進(jìn)行不同的裝球量試驗(yàn)。維持分離器擋板開度不變，系統(tǒng)通風(fēng)量按計(jì)算最佳通風(fēng)量控制，調(diào)節(jié)熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥，使磨煤機(jī)入口溫度在設(shè)計(jì)值附近變化，以保持磨煤機(jī)出口溫度不變，調(diào)整至對(duì)應(yīng)鋼球

表4 鋼球加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.4 Data of steel-ball charging test

注：0批次為未加入鋼球時(shí)的數(shù)據(jù)；1，2，3，4批次為分別加入12.00 t鋼球時(shí)的數(shù)據(jù)。

圖1 鋼球裝載量測(cè)量及計(jì)算示意Fig.1 Measurement and calculation of the charge of steel balls

裝載量磨煤機(jī)的最大出力(以不堵磨煤機(jī)為原則)，記錄制粉系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。在不同鋼球裝載量下測(cè)定磨煤機(jī)的最大出力、電流、磨煤機(jī)和風(fēng)機(jī)功率、煤粉細(xì)度，將磨煤機(jī)的出力和磨煤機(jī)電耗、制粉電耗換算至同樣煤粉細(xì)度下，并繪制磨煤機(jī)的出力、磨煤機(jī)電耗、制粉電耗和鋼球裝載量的關(guān)系曲線。制粉電耗最低時(shí)的鋼球裝載量為最佳鋼球裝載量[5]。磨煤機(jī)出力和磨煤機(jī)細(xì)度的關(guān)系按式mB=[ln(100/R90)]-0.5進(jìn)行換算。

在進(jìn)行最佳鋼球裝載量試驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行最佳鋼球裝載量的計(jì)算。最佳鋼球裝載量的計(jì)算公式為

mb，opt=Vρ?b，opt，

V=(π/4)D2L，

式中：mb，opt為最佳鋼球裝載量，t；V為磨煤機(jī)筒體體積，m3；L為磨煤機(jī)筒體長(zhǎng)度，m；?b，opt為最佳鋼球裝載系數(shù)。

在試驗(yàn)機(jī)組條件允許的情況下，進(jìn)行最佳鋼球裝載量試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將原磨煤機(jī)內(nèi)鋼球全部倒出篩選。若試驗(yàn)機(jī)組在正常條件下運(yùn)行，磨煤機(jī)筒體不能清空鋼球而重新選配鋼球時(shí)，可通過停止補(bǔ)充鋼球的方式來減少鋼球加載量。選一臺(tái)磨煤機(jī)，若干天內(nèi)停止補(bǔ)充鋼球，鋼球量較正常運(yùn)行時(shí)減少約30%。試驗(yàn)過程中，可根據(jù)磨煤機(jī)出力、料位情況補(bǔ)充鋼球量。磨煤機(jī)出力逐步增加至最大值, 一次風(fēng)風(fēng)煤比、料位保持不變，待磨煤機(jī)料位及電流穩(wěn)定后，記錄磨煤機(jī)功率，測(cè)試煤粉細(xì)度。如煤粉細(xì)度超過合理范圍，可通過調(diào)整分離器折向門擋板開度來調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度。

3 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 十里泉電廠6B磨煤機(jī)試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)于磨煤機(jī)檢修完成后在6B磨煤機(jī)進(jìn)行[6]，規(guī)格?30，?40，?50 mm的鋼球各占1/3，鋼球裝載總量48.00 t，分4批次加入，每批次12.00 t。根據(jù)電廠以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有鍋爐負(fù)荷及運(yùn)行方式下，磨煤機(jī)鋼球裝載量在48.00 t時(shí)比較合適，因此本次試驗(yàn)鋼球按48.00 t裝載，試驗(yàn)及計(jì)算數(shù)據(jù)見表4。

由前期試驗(yàn)已得到鋼球加載量與電流的工業(yè)應(yīng)用推薦經(jīng)驗(yàn)公式

In=I0e0.014m(指數(shù)擬合) ，

In=I0+m(線性擬合)，

式中：In為磨煤機(jī)電流(帶載無煤)，A；I0為磨煤機(jī)空載電流，A。

通過本次試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證該經(jīng)驗(yàn)公式的誤差滿足工業(yè)應(yīng)用要求，由表4可以看出：隨著磨煤機(jī)裝球量增加，誤差減小；當(dāng)接近優(yōu)化運(yùn)行工況時(shí)，誤差最小(指數(shù)公式的誤差<3.00%，線性公式的誤差<1.50%)。

3.2 青島電廠2B磨煤機(jī)試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)于磨煤機(jī)檢修完成后在2B磨煤機(jī)進(jìn)行[7]，規(guī)格?30，?40，?50 mm的鋼球各占1/3[8]，鋼球裝載總量60.00 t，分4批次加入，每批次15.00 t。每次運(yùn)行半小時(shí)，記錄每一步磨煤機(jī)的運(yùn)行電流。磨煤機(jī)電流與鋼球裝載量的指數(shù)函數(shù)擬合、線性函數(shù)擬合和二次函數(shù)擬合3種經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行誤差分析見表5。

3.3 青島電廠4A磨煤機(jī)試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)于磨煤機(jī)檢修完成后在4A磨煤機(jī)進(jìn)行[9]，規(guī)格?30，?40，?50 mm的鋼球各占1/3，鋼球裝載總量60.00 t，分4批次加入，每批次15.00 t。根據(jù)電廠以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有鍋爐負(fù)荷及運(yùn)行方式下，磨煤機(jī)鋼球裝載量在55.00 t時(shí)比較合適，因此本次試驗(yàn)鋼球按60.00 t裝載。磨煤機(jī)鋼球添加試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

磨煤機(jī)電流與鋼球裝載量的指數(shù)函數(shù)擬合、線性函數(shù)擬合和二次函數(shù)擬合3種經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行誤差分析見表7。

表5 經(jīng)驗(yàn)公式誤差分析1Tab.5 Error analysis 1 of empirical formula

注：0批次為未加入鋼球時(shí)的數(shù)據(jù)；1，2，3，4批次為分別加入15.00 t鋼球時(shí)的數(shù)據(jù)。

表6 磨煤機(jī)鋼球裝載量試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.6 Data of steel-ball charging test for coal mill

表7 經(jīng)驗(yàn)公式誤差分析2Tab.7 Error analysis 2 of empirical formula

續(xù)表

注：0批次為未加入鋼球時(shí)的數(shù)據(jù)；1，2，3，4批次為分別加入15.00 t鋼球時(shí)的數(shù)據(jù)。

表8 磨煤機(jī)鋼球裝載量與磨煤機(jī)單耗數(shù)據(jù)Tab.8 Steel-ball mill charging amount and unit pulverizing unit consumption

從表7可以看出：目前常規(guī)認(rèn)為鋼球加載量與電流的工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式為1.00 A/t，通過本試驗(yàn)得到鋼球加載量與電流的關(guān)系為1.02 A/t，與經(jīng)驗(yàn)公式接近。推薦鋼球加載量與電流的工業(yè)應(yīng)用線性經(jīng)驗(yàn)公式為

In=I0+m，

I=I0+G+xmB，

式中：I為磨煤機(jī)電流(帶載加煤)，A；mB為磨煤機(jī)出力，t；x為磨煤機(jī)帶載加煤修正系數(shù)，視實(shí)際煤種不同取0.18～0.25，如無實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)修訂可估取為0.20。

如果試驗(yàn)前沒有得到空載電流，還可根據(jù)磨煤機(jī)廠家提供數(shù)據(jù)及實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算，廠家推薦鋼球磨煤機(jī)空載電流經(jīng)驗(yàn)公式為

I0=3.2D×2.4L/(1.732×0.8U) ，

式中：U為電機(jī)電壓，kV。

3.4 磨煤機(jī)電流與鋼球裝載量的關(guān)系

為了得到磨煤機(jī)電流與鋼球裝載量的關(guān)系，分別在十里泉電廠6B磨煤機(jī)、青島電廠2B磨煤機(jī)和4A磨煤機(jī)進(jìn)行了磨煤機(jī)鋼球裝載量試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4、表5、表7。考慮實(shí)際裝球量、試驗(yàn)誤差及工業(yè)應(yīng)用的簡(jiǎn)便快捷性，通過本次試驗(yàn)可以初步得出以下經(jīng)驗(yàn)公式。

(1)指數(shù)擬合公式。磨煤機(jī)電流(帶載無煤)In=I0eam，磨煤機(jī)電流(帶載加煤)I=I0ea(m+mB)，式中：a為調(diào)整系數(shù)(試驗(yàn)得到，本次試驗(yàn)分別為0.010，0.014，0.017 5)。

(2)線性擬合公式。磨煤機(jī)電流(帶載無煤)In=I0+m，磨煤機(jī)電流(帶載加煤)I=I0+m+xmB。

3.5 磨煤機(jī)電耗與鋼球裝載量的關(guān)系

青島電廠、十里泉電廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總見表8，分析得到的磨煤機(jī)鋼球加載量與磨煤?jiǎn)魏牡年P(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 磨煤機(jī)鋼球加載量與磨煤?jiǎn)魏年P(guān)系曲線Fig.2 Curve of the relationship between the charge of steel-ball and pulverizing consumption per unit

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于鋼球磨煤機(jī)而言，當(dāng)鋼球裝載系數(shù)在0.10～0.35之間或小于最佳鋼球裝載系數(shù)時(shí)，如果通風(fēng)量和煤粉細(xì)度保持不變，則

Em=Cm-0.3，

式中：Em為磨煤電耗，(kW·h)/t；C為比例常數(shù)。

磨煤電耗隨磨煤機(jī)鋼球裝載量m的增加而增大，同時(shí)磨煤機(jī)出力增加。對(duì)于鋼球磨煤機(jī)來言，沿筒體的半徑方向各鋼球載荷層的工作效益是不一樣的，處在外層的鋼球提升的高度最大，鋼球的工作效率也最高。但當(dāng)m大于最佳鋼球裝載量時(shí)，由于在內(nèi)層的鋼球份額增加，從整體上看降低了鋼球的工作效率，磨煤機(jī)出力反而會(huì)下降，Em會(huì)增大。

4 研究建議

4.1 磨煤機(jī)最佳鋼球裝載量建議

確定最佳鋼球裝載量時(shí)，可先由經(jīng)驗(yàn)公式得到磨煤電耗最小時(shí)的最佳鋼球裝載系數(shù)，確定最佳通風(fēng)量和最佳鋼球裝載量，然后通過調(diào)整試驗(yàn)找出磨煤機(jī)出力最大、制粉電耗最低的鋼球裝載量即為最佳裝載量[10]。通過在青島電廠4A，2B磨煤機(jī)和十里泉電廠6B磨煤機(jī)上進(jìn)行裝載量試驗(yàn)，得出最佳裝載量數(shù)據(jù)見表9。

由表9可以看出，試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)鋼球裝載量都沒有達(dá)到最佳鋼球裝載量。從圖2也可以看出，隨著鋼球加載量增加，磨煤機(jī)出力增加，磨煤?jiǎn)魏南陆?。?dāng)煤粉細(xì)度保持一定時(shí)，隨著鋼球載裝量的增大，一開始磨煤出力增加，但隨后逐漸趨緩，磨煤?jiǎn)魏膭t是先降低、后升高，與單位磨煤電耗最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的裝球量為最佳鋼球裝載量。由于磨煤過程中能量主要消耗于轉(zhuǎn)動(dòng)筒體和提升鋼球上，所以，在機(jī)組出力允許的條件下，在一定范圍內(nèi)降低某臺(tái)磨煤機(jī)鋼球裝載量是提高磨煤機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有效手段。同時(shí)，要提高磨煤機(jī)出力，在增加鋼球裝載量的同時(shí)，也應(yīng)增加磨煤機(jī)的通風(fēng)量并提高干燥劑的初溫。

4.2 添加鋼球方式及添加量建議

磨煤機(jī)在運(yùn)行中由于鋼球磨損，質(zhì)量不斷減小，應(yīng)定期補(bǔ)充鋼球至最佳鋼球量，以恢復(fù)磨煤機(jī)的磨制能力[11]。目前，大部分電廠加球方式是規(guī)定磨煤機(jī)空載電流的上下限制值，當(dāng)磨煤機(jī)空載電流下降到下限制值后，集中加一次鋼球，使空載電流上升到上限制值。該方式導(dǎo)致磨煤機(jī)鋼球裝載量無法保持在一個(gè)最佳的水平，并存在加球方式憑經(jīng)驗(yàn)、鋼球配比沒有一定的概念、加球只加大球及煤粉細(xì)度R90控制不合理等諸多問題。本課題通過數(shù)據(jù)整理得到了鋼球磨煤機(jī)鋼球裝載量與磨煤機(jī)電流的經(jīng)驗(yàn)公式，以及基于HGI和R200參數(shù)的加球指導(dǎo)原則，具體見表10。

表9 最佳鋼球裝載量試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.9 Optimum charge of balls test data

表10 基于HGI，R200參數(shù)的加球指導(dǎo)原則Tab.10 Guiding principle of charge of balls based on HGI value and R200 parameter

鋼球磨煤機(jī)的鋼球會(huì)磨損，應(yīng)定期補(bǔ)充鋼球。對(duì)于大多數(shù)煤種(HGI在50左右)，鋼球磨損速度一般為0.03 kg/(h·t)左右，根據(jù)計(jì)算每天補(bǔ)充大約40 kg鋼球。可采用“少餐多食”的加鋼球方式，當(dāng)R200偏大時(shí)，需要加一定量的小鋼球，保證磨煤機(jī)空載電流保持平穩(wěn)，確保鋼球的裝載量始終保持在最佳水平。建議中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)鋼球磨煤機(jī)要采取相應(yīng)措施，保證達(dá)到最佳鋼球裝載量。

5 結(jié)束語

本文重點(diǎn)通過試驗(yàn)手段研究鋼球磨煤機(jī)鋼球裝載量與電機(jī)電流的關(guān)系，根據(jù)試驗(yàn)情況，通過數(shù)據(jù)分析提出磨煤機(jī)電流與鋼球裝載量的預(yù)測(cè)關(guān)系式和最佳鋼球裝載量，并提出了磨煤機(jī)正常運(yùn)行中鋼球添加方式及添加量指導(dǎo)建議，從而保證磨煤機(jī)有相對(duì)穩(wěn)定的制粉能力。