磨煤機及制粉系統的設計及選型研究

黃 惠，于鑫瑋，葛永建

（1.河南省眾慧電力工程咨詢有限公司設計院，河南鄭州450007；2.東莞中電新能源熱電有限公司，廣東東莞523127；3.華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003）

磨煤機及制粉系統的設計及選型研究

黃 惠1，于鑫瑋2，葛永建3

（1.河南省眾慧電力工程咨詢有限公司設計院，河南鄭州450007；2.東莞中電新能源熱電有限公司，廣東東莞523127；3.華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003）

以某型機組的制粉系統為例，分析了煤質特性對磨煤機的選型和制粉系統的影響。對比了不同制粉系統的設計方案后，決定采用中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。通過對磨煤機性能參數計算和制粉系統主要性能參數的計算，確定了磨煤機的最終型式。投運后，制粉系統的運行穩定可靠。

磨煤機；制粉系統；設計；方案；優化；設備；選型；計算

0 概 述

某型燃煤發電機組的鍋爐為高溫高壓、自然循環汽包爐，設計為單爐膛∏型露天布置、全鋼架結構、無再熱系統、平衡通風、固態排渣、爐頂設置金屬屋蓋及防雨罩。對于該型機組采用的磨煤機形式，是否能適應該地區煤種的高水分、高揮發份的特點，在設計選型時存在諸多的不確定因素，需通過計算進行驗證。

現對60MW褐煤鍋爐機組的制粉系統進行選型及優化，提出該地區1×60MW擴建機組磨煤機及制粉系統［2］的選擇及選型方案，以期為褐煤機組的設計提供參考。

1 磨煤機與制粉系統的選型與計算

1.1 煤質分析與判定

1.1.1 煤質分析

根據煤質資料，煤質的成分和其它參數，如表1所示。

表1煤質資料

1.1.1 煤質的判定

通過煤質分析報告，可以判定并計算出煤質的特性參數。

（1）設計煤種屬于高水分褐煤。

（2）Vdaf=45%。

（3）通過查詢著火溫度，判斷IT＜600℃。

（4）由于該煤質分析未體現磨損系數的情況，只能根據灰的成分進行判斷，由Si02/A1203=51.44/ 32.91＜2，屬于磨損性較強行列。判斷煤的沖刷磨損指數Ke為2.0～3.5。

（5）外在表面水分Mf的計算。

煤的全水分Mt，由外在表面水分Mf和內在水分Mad（即空氣干燥機水分組成），三者的關系為：

Mt=Mf＋［Mad×（100-Mf）］/100

32=Mf＋［16.42×（100-Mf）］/100

Mf=18.64

（6）R90計算。

當燃用煤種為褐煤及油頁巖時，煤粉細度為R90=35%～50%；設計取R90=35%。取最低值，是主要考慮后續煤種的變化，使磨煤機也具備一定的裕量。

根據煤質特性，選取磨煤機及制粉系統型式。參考制粉系統的磨煤機的推薦列表，針對該設計煤種，可采用直吹式中速磨煤機以及風扇磨煤機。

1.2 磨煤機選型方案的比較

1.2.1 風扇磨煤機與中速磨煤機的性能

根據風扇磨煤機與中速磨煤機的運行特點，分析比較了設備的性能結構與參數，如表2所示。

表2風扇磨與中速磨(HP)性能對比表

序號 項目 磨煤機（HP）風扇磨煤機11 電耗 電耗較低，一般為每噸煤8～9kW，但因磨煤機阻力較高，一次風機電機功率高［21］。干燥劑可由高溫爐煙、冷爐煙以及熱空氣混合組成。根據燃煤水分，在運行中調節這三種介質的比例。12 噪音 噪音較小，距設備1m處的噪音小于85dB。 噪音較大。13 易損件壽命 磨輥及磨盤軸瓦的壽命約為8000h。 沖擊板在運行中磨損大，壽命短。在大型S型風扇磨中，沖擊板的壽命約為1200h。14 日常維修工作量 設備結構較復雜，日常維護要求較高，每年需更換耐磨件。 初投資低，維護量大，經常更換耐磨件。

1.2.2 各種方案的利弊分析

（1）對原煤水分的適應性

中速磨煤機用熱風作為煤粉的干燥劑，入口處熱風的溫度一般低于400℃，干燥能力受到限制。風扇磨煤機抽取溫度為900～1000℃高溫爐煙作為干燥介質，干燥能力很強，再配以熱風和冷爐煙，系統干燥出力的調節幅度大，對煤的水分變化適應性強。因此，燃用高水分（Mt＞40%）和偏高水分（Mt為30%～40%）褐煤的鍋爐，采用風扇磨直吹式制粉系統較好。對于燃用中等水分（Mt為20%～30%）褐煤的鍋爐，其制粉系統采用風扇磨煤機和中速磨煤機均是可取的。

（2）磨損性和可磨性對制粉系統的影響

根據某些機組的運行經驗，中速磨煤機在磨制褐煤時，褐煤與熱風將在磨煤機中混合，當煤的水份降低至25%以下時，哈氏可磨系數（HGI）逐步上升，即可磨性提高，HGI值每提高10%，能使磨煤機出力提高約13%。本例工程的煤質磨損指數為2.0～3.5，屬于較強，對中速磨煤機和風扇磨煤機都適用。由于磨煤機本體結構的原因，風扇磨煤機的最大弱點是磨損較嚴重，檢修頻繁，連續運行時間短。沖擊板運行周期為2500～4000h，而中速磨煤機的磨損件壽命至少為8000h。試驗結果表明，在煤粉細度相等的情況下，HP中速磨煤機的磨損率明顯低于風扇磨煤機的磨損率（約4倍），而HP中速磨煤機研磨部件的金屬利用率為50%，風扇磨煤機約為30%。相比而言，中速磨煤機研磨件的使用壽命更長。如果研磨部件的磨損率較大，將影響機組的安全運行和經濟效益。

（3）制粉系統的漏風問題

風扇磨直吹制粉系統為負壓運行，故漏風問題比較突出，制粉系統的漏風不可避免，這是造成制粉系統干燥出力不足的原因之一。由于漏風量大，燃燒用的二次風量減少，使燃燒工況劣化，并使經過空氣預熱器的風量降低，致使鍋爐的排煙溫度升高，降低了鍋爐運行效率。

（4）煤粉含水分值的選取及干燥出力

煤粉含水量過大時，煤粉在爐內飛揚不暢，著火緩慢，燃燒不完全，制粉系統內的風粉混合物的露點高，易引起堵塞。對于揮發分高的煤種，如果煤粉過于干燥，將增加自燃和自爆的概率。對于褐煤煤粉水分的選取，風扇磨煤機按0.5～1倍的空氣干燥基水分，因為風扇磨煤機磨制的煤粉較粗（R90=40%～50%），較高的送粉溫度和較低的煤粉水份，才能確保可靠地燃燒。對于風扇磨煤機，采用了高溫爐煙進行干燥。中速磨煤機磨制的煤粉較細，煤粉與熱風的接觸面積大，較高的水分也能保證良好的燃燒。所以，對于中速磨煤機，煤粉的干燥出力也是能滿足要求的，干燥露點溫度為57℃，不需要考慮結露風險。

（5）制粉系統防爆

褐煤具有高水分、高揮發分的特點。制粉系統不僅需滿足干燥出力的要求，還要防止系統內出現自燃與爆炸等現象。風扇磨直吹式制粉系統引用爐煙進行干燥，呈惰化氣體輸送。風扇磨煤機一次風的出口溫度為120～180℃，用高溫爐煙干燥，可使系統內二氧化碳的含量大于4%。實際運行證明，應用這種配置方式，在干燥煤粉的同時，能有效地防止制粉系統的自燃和爆炸。對于中速磨煤機系統，需采取有效的防爆措施，在高于系統內風粉混合物露點4～6℃的前提下，磨煤機的出口溫度不高于70℃，煤粉管道的設計流速，應選用較高流速值（推薦流速的上限值）。當磨煤機低負荷運行時，煤粉管道流速應大于18m/s，且設備及管道空間內無死角和積粉現象。制粉系統應設置有效的惰化措施和滅火系統。

（6）二種檢修方案及費用

中速磨煤機和風扇磨煤機的檢修方案及檢修費用的對比，如表3所示。

表3風扇磨煤機與中速磨煤機的檢修方案及檢修費用

（6）二種設計方案相關設備的對比

二種制粉系統的方案中，主要設備及相關設備的電機功率對比，如表4所示。

表4二種制粉系統設備電機功率的對比表 （kW）

從表4可知，二種制粉系統中，中速磨煤制粉系統所用的設備較多，但總的電機功率相近。

綜合各因素后，若選用風扇煤磨系統，雖然比較經濟，投資小，但對電廠的后續維護及耐磨件的更換，將提出更高的要求。所以，最后采用了HP中速磨煤機熱一次風機正壓直吹式制粉系統。

1.3 磨煤機性能參數計算

選擇磨煤機的主要性能參數和公式計算，如表5所示。

表5磨煤機的主要性能參數

根據計算結果，選定的中速磨煤機型號為HP743，采用靜態離心式分離器。

1.4 制粉系統主要參數計算

根據鍋爐運行工況，對制粉系統的有關能參數進行了計算，計算結果，如表6所示。

2 制粉系統的缺陷及優化

2.1 制粉系統的運行缺陷

針對該地區鍋爐燃煤的特性，最終選擇了中速磨煤機、直吹式制粉系統。在實際運行中，還是發現制粉系統的運行存在某些缺陷。

（1）制粉系統的排渣方式

表6鍋爐制粉系統主要性能參數

因磨煤機的排渣門磨損，導致密封不嚴，存在不同程度的內漏和外漏。在出渣及轉運過程中，時常有粉塵飛揚，污染了環境。

（2）氣動插板式關斷門的故障

磨煤機入口熱一次風隔絕門，原采用氣動插板式關斷門（接口直徑為1120mm）。但因結構繁瑣，還有復雜的連鎖動作，在運行中故障率較高。

（3）粗粉分離器的靜態擋板

磨煤機出口的粗粉分離器，原設計為靜態擋板式分離器，靜態分離器對煤種的適應性較差。制粉系統的電耗高，飛灰含碳量較高，影響了鍋爐的燃燒及效率，不利于節能環保。

（4）煤倉存在堵煤現象

煤倉偶爾存在堵煤現象，原煤斗尺寸直徑為1000mm，轉換為給煤機入口尺寸570×570mm后，通過法蘭連接，方圓過渡節的設計長度為2m。由于收口過小，在使用38%全水分煤質時，造成了堵煤現象。

（5）磨煤機在經過一段時間的運行后，發現3臺磨的負荷出力不一致，其中B、C磨煤機的出力明顯低于保證出力值21.6t/h。

（6）出口裝置及粉管被磨損

本例工程中，磨煤機的出口裝置多為鑄鋼結構，粉管材料為10號鋼。投入運行不久，磨煤機A的出口裝置和粉管被磨損，出現了泄漏現象。

2.2 優化對策

（1）對排渣系統改造后，維持磨煤機原排渣出料口的有效通徑。更換了排渣出料口以下的部分材料。配套系統采用全封閉結構，排渣門由原液壓驅動，改為更加可靠的氣動執行機構。

（2）為保證熱風門開關動作可靠，并解決軸封漏灰等缺陷。在機組檢修時，對磨煤機的入口熱風門進行了改造，整體更換為氣動翻板式隔絕門。

（3）選用動態分離器，對原靜態擋板式分離器進行技術改造。相比原靜態分離器，動態分離器增加了1臺變頻驅動電機，可控制分離器動葉的轉速，調節出口煤粉細度，其變頻控制柜安裝在給煤機層，實現了遠程調節功能。

（4）針對堵煤現象，解決的方法是在閘閥上部500mm處，增加振打裝置。或者可對給煤機的入口進行改造，在征求制造廠同意的情況下，考慮增加給煤機的入口空間。

（5）3臺磨煤機中，磨煤機B、磨煤機C的最大出力達不到理論值。通過停機檢查，發現磨煤機A磨輥與磨碗的靜態間隙為5mm，而磨煤機B、磨煤機C磨輥與磨碗的靜態實際間隙分別為12mm，10 mm。重新調整了這2臺磨煤機的靜態間隙后，出力均能滿足運行要求，達到22t/h。

（6）對出口裝置的內壁進行改裝

對磨煤機的出口裝置內壁進行了設計修改，采取了防磨處理。采用耐磨復合鋼內襯加陶瓷防磨相結合的形式，對磨煤機出口直管易磨損的1.5m區域，更換為不銹鋼內襯陶瓷的結構形式，將直管其它易磨損區域更換為雙金屬耐磨鋼結構。改造后，磨煤機頂部均未出現泄漏現象。

3 結 語

（1）總結了煤質對磨煤機及制粉系統選型的影響，對比了不同磨煤機的結構型式，最終決定選用HP中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。

（2）利用公式計算，確定了制粉系統的管道尺寸等參數。確定了磨煤機的最終型式。

（3）對運行中存在的缺陷，提出了相應的優化措施。目前，運行缺陷均已消除，生產運行穩定。

（4）對于水分偏高煤種，當煤水分為16%～19%時，國內常選用風扇磨煤機，而本例工程中，煤種水分為18.64%及32%，同樣適合中速磨煤機的碾磨，且運行狀態良好。

［1］張方煒.高水分褐煤鍋爐及其制粉系統設計［J］.電力勘測設計，2007（6）：46-50.

［2］馬嘉鵬，薩如拉，袁喜明.燃燒高水分褐煤鍋爐磨煤機制粉系統選型分析［J］.內蒙古電力技術，2009，26（6）：29-32.

［3］秦鵬，岳峻峰.HP863中速磨煤機磨制褐煤的試驗研究［J］.熱力發電，2010，39（3）：71-74.

［4］劉鋼，譚紅軍，葉菲.大型褐煤鍋爐及其制粉系統的特點與選擇［J］.電力建設，2008，29（5）：54-57.

［5］王麗英.大型鍋爐中速磨煤機運行的主要問題及對策［J］.電站系統工程，2002，18（1）：15-16.

［6］葉志強.中速磨煤機的改進與發展［J］.機械制造，2001（9）：17-18.

［7］胡萌平.電站鍋爐手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［8］Modernpowerstatationpractice.VolumeB，boilersandAncillary Plant，Pergamonpress，1991.

［9］B.A.Folsom，M.P.Heap，J.H.Pohl.EffectsofCoalQualityon PowerPlantPerformancandCost.EPRI-CS-4283，Vol1.

［10］G.Q.FAN.N.W.REES.Aninterlligentexpertsystemfor powerplantcoalmillsupervisionandcontrol［J］.ControlEng Practice.1997，5（1）.

［11］西安熱工研究院.超臨界、超超臨界燃煤發電技術［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［12］DL/T466-2004.電站磨煤機及制粉系統選型導則［S］.

［13］DL/T5203-2005.火力發電廠煤和制粉系統防爆設計規程［S］.

［14］LiJun，Wushaohua，Lizhenzhong.Ultra-supercritical-A PreferentialChoiceforChinatoDevelopCleanCoal Technology［J］.Electricity，2004（4）：30-35.

［15］閻維平.鍋爐性能試驗規程ASMEPTC4-1998［M］.北京：中國電力出版社，2004.

DesignandSelectionofCoalMillerandPulverizingSystem

HUANGHui1，YNXin-wei2，GEYong-jian3
（1.HenanElectricityInvestigationandDesignInstitute，Zhengzhou450007，Henan，China；2.DongguanChinaPower NewEnergyThermalPowerCo.，Ltd.，Dongguan523127，Guangdong，China；3.NorthChinaElectricPower University，PowerEnergyandMechanicalEngineeringInstitute，Baoding071003，Hebei，China）

Bytakingthecoalpulverizingsystemofaboiler，thispaperstartswiththeanalysistotheeffectofcoal qualityoncoalmillmodelselectionandpulverizingsystem.Anditsummarizesconventionalpulverizingsystem proposalsandmakescomparisonandsummaryofdifferentcoalmillsandpulverizingsystems.Finally，thispaper determinesthepulverizingsystem，MediumSpeedMillPositivePressureDirectFiringCoalPulverizingSystemof Desiccant，whichconformstotheproject.Bycalculationoftwoimportantpartsofpulverizingsystem.Thispaper determinesthefinalcoalmillmodelandformulatesthepulverizingsystemdiagram.Regardingthedefectsinthe operation.Thefactsindicatethatthepulverizingsystemisstableandreliableafteroperation.

coalmiller；pulverizingsystem；design；plan；optimization；equipment；selection；calculation

TK223.25

A

1672-0210(2015)04-0017-05

2015-09-21

黃惠（1990-），女，助理工程師，從事火力機組運行方面的技術工作。