燃用山西貧煤電廠采用中速磨制粉系統的探討

郭 偉，崔 寧

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031)

1 概述

考慮地緣優勢，河北南網電廠多采用山西貧煤作為燃料，我院設計的任丘2×300MW供熱機組、河北建投沙河電廠2×600MW電廠，中電投良村電廠、滄州華潤渤海新區工程、河北華電石家莊裕華熱電等工程均采用山西晉中、陽泉等地的貧煤或貧煤與無煙煤的混煤。考慮到山西貧煤具有低揮發份、較強磨損、較高著火溫度的特性，上述電廠的制粉系統多采用鋼球磨制粉中儲倉熱風送粉系統或雙進雙出鋼球磨制粉直吹式送粉系統。

山西貧煤揮發份一般在12%～19%之間，沖刷磨損指數Ke一般在1.2～3.5之間，設計時考慮其揮發份較低，著火溫度較高，為保證鍋爐燃燒效果，入爐煤粉一般要求較細的煤粉細度，較高的風粉混合物溫度，故一般采用鋼球磨煤機，而不采用中速磨煤機。但中速磨煤機具有重量輕、占地少、制粉系統管路簡單、投資省、電耗低、噪聲小等一系列優點，隨著各中速磨煤機廠家磨型的不斷更新換代，中速磨煤機磨制較低揮發份燃煤、產出較細煤粉細度已成為可能。

2 鋼球磨煤機制粉系統與中速磨制粉系統的對比

鋼球磨煤機最突出的優點是煤種適應性廣，運行安全可靠，維修方便。對磨制煤種的可磨性指數和磨損指數沒有任何限制。它可以磨制包括褐煤在內的所有煤種。特別適合磨制無煙煤及磨損指數Ke>3.5的煤種。這是因為：①無煙煤煤粉著火溫度高，要求煤粉細，而且在制粉系統設計上需要熱風送粉，采用其他類型磨機較難達到很細的煤粉細度；②磨損指數Ke>3.5的煤種，磨粉時對金屬的磨損大，研磨件壽命低，采用鋼球磨煤機時雖然鋼球損耗大，但鋼球可在運行中很方便的補充，鋼球磨損對正常運行影響甚微，因此，此時鋼球磨煤機就成為最佳選擇。

鋼球磨煤機主要磨制無煙煤、硬質煤、高灰分煙煤以及硫化鐵含量大于6%的高硫煤。我國早期由于燃煤混雜而且有煤質劣化的趨勢，因而在鍋爐燃燒制粉設計中，國內很多電廠都采用了鋼球磨煤機。據統計，20世紀90年代前全國電廠中鋼球磨煤機占所有各類磨煤機總量的60%以上。

然而，鋼球磨煤機及其制粉系統也存在很多缺點。諸如系統復雜、運行電耗高、制粉管道長、部件多、占地面積大、占用空間大、耗鋼多、磨損大、噪聲大、易爆炸等。

世界范圍內電廠采用中速磨煤機始于20世紀20年代。我國只在最近二三十年間才開始有廣泛應用。中速磨煤機是指工作轉速為20～300r/min的磨煤機械。這種磨煤機具有重量輕、占地少、制粉系統管路簡單、投資省、電耗低、噪聲小等一系列優點，因此在大容量機組中得到日益廣泛的應用。目前國內中速磨的生產廠家及磨型主要有：沈陽重型機器有限責任公司生產的的MPS中速磨煤機，北京電力設備總廠生產的的ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型中速磨煤機，上海重型機器廠有限公司生產的HP碗式中速磨煤機，長春發電設備有限公司生產的MPSHP-Ⅱ型中速磨煤機。

以下以我院近期設計的燃用山西陽泉地區貧煤混煤的保定南郊2×300MW電廠為例，對采用3臺MGS4060雙進雙出球磨機及6臺MPS180中速磨煤機兩種方案進行對比。

2.1 性能對比

我們對MPS180、MGS4060磨煤機主要性能進行匯總后，比較結果見表1(以設計煤種為基礎進行定性趨勢性的比較，并未將所有方面一一列出)：

表1 兩種磨煤機主要性能對比

2.2 電耗對比

我們對兩種磨煤機的磨煤電耗及通風電耗(按設計煤種)進行匯總后對比見表2。

表2 兩種型號磨煤機磨煤電耗及通風電耗對比

由表2可以得出如下結論：中速磨直吹式制粉系統的磨煤電耗低于雙進雙出鋼球磨直吹式制粉系統，即采用中速磨煤機直吹式制粉系統會節省較多的運行費用。

2.3 初投資對比

兩種系統設備初投資比較詳見表3。

表3 兩種系統設備初投資對比

由表3可以得出結論，如不采用動態分離器，選用中速磨煤機制粉系統的初投資低于雙進雙出鋼球磨煤機制粉系統。但為了充分保證煤粉細度，加裝動態分離器后，中速磨煤機制粉系統初投資較雙進雙出鋼球磨煤機制粉系統方案增加投資5540-4640=900萬元。

2.4 主廠房體積對比

表4 主廠房體積對比

由表4可以看出，由于雙進雙出鋼球磨體積較大，需占用較大空間，故所需主廠房體積較大，相應的主廠房造價較高，而選中速磨煤機主廠房體積相對較小，從而節省投資。

綜上所述，采用中速磨制粉系統較雙進雙出球磨機制粉系統無論在磨制單位燃煤電耗方面，還是主廠房投資方面都存在較大優勢。加裝動態分離器后，設備初投資偏高，但考慮其節電性，初投資的增加可在2.21年后收回。

3 采用中速磨煤機制粉的可行性

《電站磨煤機及制粉系統選型導則》(DLT466-2004)對磨煤機及制粉系統的選擇有如下規定(部分引用)，貧煤(Vdaf=10%～20%)，當煤的磨損性在較強以下(Ke≤(5)、煤的著火性能為中等(揮發份Vdaf在15%以上，著火溫度IT<800℃)時，宜選用中速磨煤機直吹式系統。

當煤的著火性能為難(揮發份Vdaf在15%以下，著火溫度IT>800℃)時，應按無煙煤來對待，宜優先選用中間儲倉式鋼球磨煤機爐煙干燥、熱風送粉系統和雙進雙出鋼球磨煤機半直吹式系統。

由上述條文論述可以知道，對于Ke≤5的煤種，磨煤機的選擇主要與燃煤的著火特性有關。當著火特性為中等時，宜采用中速磨煤機制粉，當著火特性為難時，宜選用鋼球磨煤機制粉。

對于著火性為難的燃煤宜采用鋼球磨制粉，筆者認為主要是基于以下兩個方面進行的考慮。

(1)降低煤粉細度

煤粉細度對煤粉燃燒有明顯影響。煤粉變細，能使燃煤的著火點提前，且煤粉變細有利于提高最大燃燒速率。因此，隨著煤粉細度的降低，燃煤的熱重曲線分界明顯，著火溫度降低，著火特性有所改善；燃燒速度增大，燃盡溫度降低，煤粉更易燃盡。山西貧煤的沖刷磨損指數Ke一般在1.2～3.5之間，Ke<5，屬較強以下。IT在800～900之間，屬較難著火煤種。對于燃燒山西貧煤的鍋爐，為保證燃燒效率，各鍋爐廠一般要求較細的入爐煤粉細度，其R90一般要求在12%左右。采用鋼球磨煤機制粉系統有利于保證較細的煤粉細度。

(2)提高風粉混合物的溫度

入爐風粉混合物溫度的提高將對鍋爐燃燒效率的提高及飛灰含碳量的降低產生積極影響。對于貧煤，鍋爐廠要求入爐風粉混合物的溫度盡量高。如采用鋼球磨煤機爐煙干燥、熱風送粉系統，風粉混合物的溫度最高可達130℃；如采用雙進雙出球磨機直吹式送粉系統，風粉混合物的最高溫度也可達100℃，有利于煤粉的充分燃燒。

基于上述原因，在設計諸如以山西貧煤為燃料的電廠時，多考慮采用鋼球磨煤機形式。

近年來，中速磨煤機得到了廣泛的應用和長足的發展。各中速磨煤機生產廠對磨型不斷升級更新，磨煤機性能得到了很大提高。在磨制諸如山西貧煤等燃料方面可替代鋼球磨煤機。理由如下：

(1) 煤粉細度

傳統觀點認為中速磨煤機磨制的成品煤粉細度R90一般大于15%，低于15%則采用鋼球磨煤機。但隨著科技進步，各磨煤機廠均進行了技術更新。經與沈陽重型機器有限責任公司、北京電力設備總廠、上海重型機器廠有限公司、長春發電設備有限公司溝通，在不采用動態分離器的情況下四廠生產的中速磨煤機煤粉細度均可達到12%。如采用動態分離器，四廠均可達5%以下。6臺中速磨煤機+動態分離器總價格約2400萬元，相比三臺雙進雙出鋼球磨煤機1950萬元的總價高出450萬元，但由于中速磨煤機方案較雙進雙出鋼球磨煤機方案節電，年節約用電費用115萬元，在不考慮主廠房造價的情況下，僅用四年即可收回動態分離器的投資。

(2) 風粉混合物溫度

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》(DL/T5145-2002)，采用中速磨直吹式制粉系統，磨煤機出口最高允許溫度tM2(分離器后)當Vdaf<40%時，tM2=[(82-vdaf)5/3±5]。對于山西貧煤，Vdaf在10～18之間，對應tm2可在111℃～125℃之間。因此，tM2的取值取決與中速磨煤機本體的耐溫程度。經與上述四個主要磨煤機生產廠加溝通，現在生產的中速磨煤機耐溫可達300℃，考慮磨機的長期使用壽命，風粉混合物的溫度最高可取100℃，基本可以滿足鍋爐燃燒要求。

(3) 磨損性

山西貧煤的沖刷磨損指數Ke一般在1.2～3.5之間，Ke<5，屬較強以下，可以采用中速磨煤機。

綜上所述，對于燃用山西貧煤的電廠，采用中速磨煤機制粉系統從滿足鍋爐燃燒方面考慮是可行的。

4 結論及建議

以往考慮山西貧煤低揮發份，較強磨損的特性，制粉系統一般選擇鋼球磨中貯倉熱風送粉或雙進雙出鋼球磨直吹送粉系統，通過本文一系列對比分析，認為采用中速磨不失為另一種可行的方法。當采用中速磨制粉系統是應注意以下幾點：①注意煤種的磨損性，如Ke>5，則不應采用中速磨煤機；②為保證足夠的煤粉細度，盡量配套動態或動靜組合分離器；③在允許的范圍內盡量提高一次風溫；④對運輸距離較遠，來煤較不穩定的電廠，如采用中速磨制粉系統，建議磨煤機出力余量做適當放大處理，以保證鍋爐運行的穩定性；⑤由于山西貧煤磨損性較強，在選取磨煤機時，盡量考慮采用后期磨損出力下降較少的廠家為宜。

[1]賈鴻祥.制粉系統設計與運行.

[2]保定南郊熱電廠工程制粉系統方案優化專題報告[R].石家莊：河北省電力勘測設計研究院，2009，(7).

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