HP碗式中速磨煤機在碾磨褐煤中的應用

0 概 述

近年來隨著火力發電廠用煤情況的變化，新建火電廠有相當一部分燃用或準備燃用褐煤，如內蒙古上都電廠、遼寧清河電廠、印尼SURALYAR電廠和印度APL電廠等，一些老電廠也改用褐煤或摻燒褐煤，如海南東方電廠就改燒印尼褐煤、遼寧清河電廠老機組就摻燒蒙東褐煤。燃用褐煤的火電機組數量越來越多。能否選擇一種好的碾磨褐煤的制粉設備是燃燒褐煤機組能否正常發電的關鍵因素，本文通過褐煤特性，燃用褐煤機組對磨煤機的要求，HP碗式中速磨煤機工作原理及其結構特點的分析，并結合HP碗式中速磨煤機在國內外褐煤機組中的應用介紹，論述了HP碗式中速磨煤機碾磨褐煤的可行性。給準備選用褐煤作為主要原料的火力發電廠選擇磨煤機設備提供借鑒。

1 火電廠用煤

1.1 煤炭分類儲量及褐煤特性

煤是一種植物化石燃料，它是由古代植物因地層發生變化，深埋地下，長期在高溫、高壓及地下水的影響下，經過復雜的化學作用和細菌作用而形成的。按照煤的煤化程度高低可將煤分為無煙煤、煙煤、次煙煤和褐煤。

按照國際能源署統計，世界煤炭可采資源儲量約1萬億t，中國占有13%，就煤階來看，煙煤及無煙煤占世界可采資源儲量的53%，次煙煤占30%，褐煤量占17%。中國褐煤占可采煤資源總量的比例在16%以上，主要分布在內蒙古、云南、黑龍江和新疆地區。可以看出褐煤占有較大比例，具有很大的可開采量，合理的利用褐煤對于優化煤炭能源產業結構，以及火電事業的長期發展有很大的戰略意義。

褐煤是煤化程度最低的一類煤，外觀呈褐色到黑色，光澤暗淡或呈瀝青光澤，見圖1，揮發份一般在40%～50%，全水分一般達20%～50%，低位發熱量一般只有7～16.7MJ/kg，因此褐煤一般具有高揮發份、高水分和低發熱量的特性。

圖1 褐煤

1.2 火電廠用煤

火電廠用煤主要采用煤質比較差的煙煤、次煙煤和褐煤，通常按表1分類。

表1 煤種分類

過去火電廠用煤主要為煙煤，但煙煤相對于褐煤價格偏高，而且儲量越來越少，近年來隨著大的褐煤礦的發現及開采，越來越多的火電廠開始采用褐煤作為主要燃料。

2 燃燒褐煤機組對磨煤機的要求

燃用褐煤發電機組通常采用兩種磨型，一種為風扇磨，另外一種為中速磨。這里只討論燃用褐煤機組采用中速磨的情況。

燃燒褐煤發電機組對磨煤機的要求，除了普通燃燒煙煤機組對磨煤機的通用要求外，由于褐煤的高水分和高揮發份特性，機組對磨煤機還有一些特殊要求。

(1)磨煤機的最大出力能滿足鍋爐MCR工況要求，并有一定余量，而且磨煤機出力有較大的調節范圍，能滿足鍋爐變負荷的要求。

(2)磨煤機出口煤粉細度、煤粉溫度和煤粉水分能夠方便調節，滿足鍋爐需要。

(3)通過磨煤機的一次風量能夠在一定范圍內調節，在不影響磨煤機運行情況下，能滿足鍋爐對一次風率要求，適應鍋爐燃燒需要。

(4)磨煤機對高水分原煤有較強的適應能力，不會造成磨內堵煤，也不會造成煤在磨煤機內的過分干燥。

(5)磨煤機有很好的抗爆能力，并有適當的防爆措施。

3 HP碗式中速磨煤機對褐煤的適應性

3.1 HP碗式中速磨煤機（見圖2）的工作原理

圖2 HP碗式中速磨煤機外形

HP碗式中速磨煤機主要由落煤管、分離器頂蓋、內錐體、分離器體、葉輪裝置、行星齒輪減速箱、排出閥、折向門調節裝置、彈簧變加載裝置、側機體裝置、磨碗裝置、密封空氣集管、石子煤排出口等部件組成。

該磨煤機的功能是碾磨原煤，使其達到能在鍋爐內有效燃燒的細度。磨碗與減速機連接，并和減速機一起轉動，原煤落入磨碗上后，在離心力的作用下沿徑向朝外移動，在磨碗上形成一層煤床，煤床在可繞軸轉動的磨輥裝置下通過。這時，加載裝置產生的碾磨力通過轉動的磨輥施加在煤上，煤在磨碗和磨輥之間被碾磨成粉。作徑向和周向移動的煤攜帶著被破碎的煤粉越過磨碗邊緣進入輸送介質（一次風）通道，輸送介質通常是熱空氣，熱空氣有兩個作用：一是干燥煤粉，二是輸送煤粉，在輸送介質的攜帶下，煤粉在磨煤機內部進行了二級分離，合格的煤粉被送到鍋爐進行燃燒，不合格的煤粉返回磨碗繼續進行碾磨。穿過氣流掉入側機體區域內的不易磨碎的外來雜物被裝在磨碗轂上的刮板裝置刮入側機體底板上的孔內，然后進入石子煤收集系統，排出磨煤機（見圖3所示）。

圖3 HP碗式中速磨煤機工作原理

3.2 HP碗式中速磨煤機的出力

HP碗式中速磨煤機的出力可以分為碾磨出力和干燥出力，磨煤機的出力最終由兩者中的小者決定。碾磨出力在磨煤機型號確定后主要取決于原煤水分、煤的可磨系數和煤粉細度。磨煤機的碾磨出力可以通過查磨煤機性能曲線表獲得。

磨煤機的干燥出力可以通過熱平衡計算獲得，在原煤溫度、環境溫度和原煤全水分確定的情況下，熱平衡計算中磨煤機的干燥出力最終主要取決于以下幾個因素。

(1)磨煤機入口干燥介質的數量；

(2)磨煤機入口干燥介質的溫度；

(3)磨煤機的出口煤粉水分；

(4)磨煤機的出口煤粉溫度。

磨煤機入口干燥介質的數量越大、溫度越高，磨煤機出口煤粉水分越大、溫度越低，磨煤機的干燥出力就越大，反之磨煤機的干燥出力就越小。

對于高熱值煙煤和低熱值煙煤磨煤機由于原煤的水分比較少，磨煤機的干燥出力往往遠大于碾磨出力，磨煤機的型號最終取決于碾磨出力。對于次煙煤和褐煤由于原煤的水分比較高，煤的可磨性隨原煤水分的變化，其變化規律不明確，按照經驗，在查磨煤機性能曲線表獲得磨煤機碾磨出力時對原煤水分不做修正，磨煤機的出力最終往往取決于干燥出力。

HP碗式中速磨煤機現在已有從HP583至HP1303共九大系列，30種規格的磨煤機，基本出力從15.0 t/h增大到132.4 t/h，完全可以滿足從50 MW到1 000 MW燃煤火電機組對配套磨煤機出力需要。每一規格的磨煤機出力都可以在25%～100%范圍內變動，完全可以滿足鍋爐變負荷的需要。

3.3 HP碗式中速磨煤機出口煤粉細度、溫度和水分的可調節性

HP碗式中速磨煤機在分離器頂蓋上裝有折向門調節裝置，在磨煤機運行時可以手動調節折向門的開度，從而調節出口煤粉的細度。折向門開度越大，煤粉越粗，折向門開度越小，煤粉越細，折向門的開度與煤粉細度有良好的線性關系。內蒙古上都電廠HP1103磨煤機性能試驗也證明了這一點，見圖4。

圖4 磨煤機折向門開度與煤粉細度關系

磨煤機出口煤粉的溫度可以通過磨煤機入口一次風的溫度來調節，入口一次風溫度提高，出口煤粉溫度就跟著提高，入口一次風溫度降低，出口煤粉溫度就跟著降低。內蒙古上都電廠HP1103磨煤機性能試驗見圖5所示。

圖5 磨煤機入口溫度與出口溫度關系

磨煤機出口煤粉水分可以通過出口煤粉溫度和入口風煤比來調節，磨煤機出口溫度越高，入口風煤比越大，磨煤機的出口水分所占比例就越小，磨煤機出口溫度越低，入口風煤比越小，磨煤機出口水分就越高。內蒙古上都電廠HP1103磨煤機性能試驗見圖6。

圖6 磨煤機出口溫度與煤粉水分關系

3.4 HP碗式中速磨煤機入口風量的可調節性

磨煤機的每個出力都對應一個計算入口風量，但為了更好地適應鍋爐對磨煤機入口風量的要求，使鍋爐達到最佳的一次風率，磨煤機的入口風量可在計算入口風量的基礎上在一定范圍內變動，并不影響磨煤機的穩定運行。

3.5 HP碗式中速磨煤機對高水分原煤的適應性

針對褐煤高水分的特點HP碗式中速磨煤機在結構上做了多項改進，磨煤機對高水分原煤的適應性表現在以下幾個方面：

(1)針對褐煤高水分的特點，磨煤機將落煤管直徑適當放大，以避免在原煤入口處出現堵煤；

(2)針對碾磨褐煤需要較高干燥劑溫度，磨煤機內部溫度較高，磨煤機磨輥采用較高粘度的潤滑油；

(3)在磨煤機安裝時，磨煤機的碾磨部件磨碗和磨輥之間留有一定間隙，磨煤機采用圓錐形磨輥，碾磨時不會形成封閉的受力煤團，而且磨煤機采用彈簧變加載，彈簧的加載力大小隨煤層的厚度自動調節，有利于高水分褐煤的碾磨，不會在碾磨過程中將煤壓成煤餅；

(4)磨煤機采用外置式彈簧變加載裝置，磨煤機內部結構簡單，磨煤機阻力小，煤的循環倍率低，此結構減少了原煤在磨煤機內部的循環干燥次數，避免煤在磨煤機內的過分干燥，磨煤機出口煤粉水分不至于太低，以獲得更大的磨煤機干燥出力。

3.6 HP碗式中速磨煤機的防爆措施

針對褐煤揮發份高，易燃易爆的特點，HP碗式中速磨煤機采取了多項措施：

(1)磨煤機內部結構是按照無死角設計的，可以有效地避免煤粉在磨煤機內的堆積現象，杜絕著火的可能性；

(2)磨煤機本體上留有安裝CO探測器接口，出口留有測量溫度和壓力接口。可以對磨煤機內部運行狀況進行監視；

(3)磨煤機上留有惰性蒸汽接口和滅火噴水接口。如果發現有著火跡象可以及早處理；

(4)磨煤機殼體本身具有一定的防爆能力，防爆能力按≥0.35 MPa設計。

3.7 HP碗式中速磨煤機在碾磨褐煤中的應用

HP碗式中速磨煤機很早已經應用在研磨褐煤機組，其中最典型的是上重公司出口馬來西亞古晉電廠的HP683磨煤機，研磨的原煤全水分為32.3%,古晉電廠一期HP683磨煤機已正常運行10年多，完全達到設計要求，古晉二期仍然選用上重公司的HP683磨煤機。

內蒙古上度發電廠是國內首套600 MW燃燒褐煤發電機組，其1號機組和2號機組都采用HP1103磨煤機，已分別于2006年7月和2006年8月投入商業運行。2007年6月西安熱工研究院對上都電廠2號機HP1003磨煤機進行了性能試驗，試驗時原煤水分高達38.9%～42.5%，實驗結果表明：HP碗式中速磨煤機出力完全能達到設計要求，無堵煤現象，磨煤機的出口煤粉細度隨折向門開度有良好的線性對應關系，調節方便，出口煤粉水分隨出口溫度的增高而降低，有良好的可調性。出口煤粉溫度隨入口風溫的提高而提高，有良好的可控性。但實驗中也暴露出一些問題，由于原煤全水分遠高出設計煤種原煤水分（設計煤種原煤全水分為29.5%），而且受到系統提供的磨煤機入口一次風溫度無法繼續提高以及鍋爐一次風率要求的限制，磨煤機干燥出力在65 t/h已基本上達到最大值，而從磨煤機主電機電流來看磨煤機的碾磨出力還有較大余量。如果要想進一步提高磨煤機的干燥出力，需要系統提供更高的一次風溫度或鍋爐放寬對一次風率的要求，使磨煤機能夠有更大的一次風量。

遼寧清河電廠“以大代小”1×600 MW超臨界機組，其用煤為霍林河褐煤，所配磨煤機為上重公司提供的HP1103磨煤機。2010年該機組投入運行，2010年6月東北電科院對該機組進行了性能試驗，磨煤機出力達到78.7 t/h，高于磨煤機保證出力78 t/h，磨煤機其他各項指標也達到了設計值。

近年來印度尼西亞褐煤得到了廣泛應用，印度尼西亞褐煤也大量出口到中國沿海地區和印度。印尼SURALYAR電廠是印尼首套600 MW褐煤機組，采用上重公司生產的HP1103磨煤機，電廠目前已投入運行，磨煤機各項指標達到設計要求。

5 結 論

綜上所述，不管從理論分析還是實際運行情況來看，HP碗式中速磨煤機都能滿足燃燒褐煤火電機組對中速磨煤機的要求。到目前為止，HP碗式中速磨煤機已在國內外20余個燃用褐煤熱電廠中得到成功應用，所碾磨的褐煤原煤水分最高已達42%。

但另一方面對于高水分的褐煤制粉系統，磨煤機的出力往往取決于其干燥出力，而磨煤機本身并不具備干燥能力，磨煤機干燥出力還賴于系統提供一定數量和一定溫度的干燥介質來保證。因此要想提高磨煤機的出力還需要系統的進一步配合，如系統提供更高溫度或更多數量的干燥介質，這就需要對鍋爐空氣預熱器和鍋爐結構進行適當改進。

[1]陳鵬.中國煤炭性質分類和利用[M].北京：化學工業出版社,2006.

[2]DL/T 5145-2002.火力發電廠制粉系統設計計算技術規定[S].2002.

[3]ALSTOM公司HP系列碗式磨煤機選型方法[S].2003.

[4]DL/T 466-2004.電站磨煤機及制粉系統選型導則[S].2004.

[5]上都電廠HP1103磨煤機磨制高水分褐煤性能試驗報告[R].西安熱工研究院有限公司,2007.

[6]清河發電有限責任公司9號機組鍋爐性能考核試驗報告[R].東北電力科學研究院有限公司,2010.