MPS型中速輥式磨煤機制粉系統中德熱力計算實例分析

尹明泉, 王春民, 劉 歡

(北京電力設備總廠有限公司， 北京 102401)

中速輥式磨煤機(簡稱磨煤機)主要以20世紀50年代從德國Babcock公司引進的MPS型磨煤機和其改進結構及型號(如ZGM型)為主，而作為計算該類型磨煤機干燥出力的德國標準計算理論(簡稱德標)也一起引進過來并一直指導廠家對磨煤機的選型計算和對磨煤機干燥能力進行驗證。過去火力發電廠主要以燃燒低水分的優質煤炭為主，采用德標進行磨煤機干燥出力驗證時，完全能夠滿足選型要求。而近年來，由于我國優質煤炭資源大量減少及限制采購等原因，火力發電開始燃燒高水分、儲量豐富的褐煤，但采用德標進行干燥出力選型時，發現干燥出力與碾磨出力不能匹配，即通過干燥出力確定的磨煤機型號要比通過碾磨出力確定的型號大一個或幾個型號，這就導致如果磨煤機廠家以碾磨出力計算確定的小型號磨煤機實際運行中達不到電廠鍋爐負荷要求，而以干燥出力計算確定的型號產品競爭力不夠。

中國電力行業標準DL/T 5145—2012 《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》(簡稱國標)中規定“褐煤水分在30%～35%時可采用中速磨煤機，當燃煤熱值、鍋爐一次風率及熱風溫度等條件可滿足鍋爐燃燒和熱平衡要求時，可采用MPS型或ZGM型中速磨煤機，磨煤機出力必須通過試磨確定”，但由于廠家試驗條件限制，該理論一直未被深入研究。因此，筆者通過多個工程實例對該熱力計算理論進行深入研究，為后期試驗研究提供一定的理論基礎。

1 國標和德標熱力計算主要區別

1.1 磨煤機工作時產生的機械熱

1.1.1 國標熱力計算理論

根據國標中第5.3節熱平衡可知：磨煤機輸入的總熱量主要包括干燥劑的物理熱、漏入冷風的物理熱、密封風物理熱和磨煤機工作時產生的機械熱(DL/T 5145—2002中還包括原煤物理熱)；磨煤機輸出和消耗的熱量主要包括蒸發原煤中水分消耗的熱量、乏氣干燥劑帶走的熱量、加熱燃料消耗的熱量和設備自身散熱損失的熱量。而除了干燥劑的物理熱未知外，其他參數均可通過已知參數求得，因此，熱力計算主要是通過平衡公式確定干燥劑入磨煤機的物理熱，最終確定干燥劑入磨煤機的溫度。

1.1.2 德標熱力計算理論

德標熱力計算主要是先計算磨煤機碾磨過程中所需要的熱量，然后再通過迭代算法計算出入口干燥劑的初始溫度。基本原理與火電規定的熱力計算理論相同，但在計算過程中減少了對一些熱量的考慮[1]。

(1)

Qtotal= (QFd1+QST+QH2O,PF+

QSA+QL)×(1+VLQ)

由式(1)可知：德標熱力計算主要是加熱干粉、煤粉水分、密封風、漏風和蒸發水所需要的熱量之和。與國標相比，缺少了磨煤機工作時產生的機械熱qmac。

1.2 干燥劑的入磨煤機通風率

國標中規定輪式中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(MPS型、MPS-HP-II型、ZGM型)始端干燥劑通風率ΨMV按下式計算：

(2)

(3)

德標ΨMV按下式計算：

(4)

兩種通風率具有一定的不同，因此，對進入磨煤機的干燥劑的物理熱量也會產生相應的影響。

1.3 磨煤機入口原煤溫度

國標熱力計算中對原煤溫度trc的計算一般為：

因此，當環境溫度不等于0 ℃或者20 ℃時，計算加熱原煤所需熱量都會產生差別。

1.4 磨煤機散熱損失系數

磨煤機散熱損失系數是指磨煤機在運行過程中具有一定的散熱損失，而在理論計算中往往采用經驗法確定該散熱損失系數。國標熱力計算中該散熱損失系數取值為0.02，而在德標中該取值為0.05。該系數的不同在一定程度上影響了磨煤機所需入口干燥劑的物理熱量和干燥劑的溫度。

2 熱力計算實例結果對比

實例計算中將主要對比散熱損失系數、干燥劑入磨煤機通風率、原煤溫度和磨煤機散熱損失系數這4個參數對干燥劑初始溫度的影響。

表1～表4為分別選用東勝熱電項目、內蒙古大唐國際某煤制氣項目、菲律賓某熱電項目和印尼肯達里某熱電項目中的基本數據進行的熱力計算結果。表5為4個工程熱力計算各個工況的對比結果。

表1 東勝熱電項目熱力計算結果

表1(續)

表2 內蒙古大唐國際某煤制氣項目熱力計算結果

表3 菲律賓某熱電項目熱力計算結果

表4 印尼肯達里某熱電項目熱力計算結果

表5 各工況對比結果分析

由表1～表4數據可知：原煤收到基全水分質量分數、收到基低位發熱量等輸入數據各不相同，對干燥劑始端溫度的影響也不同。因此，可以通過工況對比反映出單個影響系數對干燥劑始端溫度的影響：

(1) 國標熱力計算中，增加機械熱、提高干燥劑始端通風率和采用低的散熱損失系數都會造成干燥劑始端溫度的計算值降低，更有利于磨煤機的選型。

(2) 由國標可知，原煤溫度與收到基全水分質量分數和熱值有關。對于收到基全水分質量分數較高、熱值較低的煤種，原煤溫度應該按20 ℃計算，反之原煤溫度為0 ℃。根據原煤溫度對干燥劑始端溫度的影響可知，將原煤溫度由較低的計算溫度改為較高的當地環境溫度(如菲律賓某熱電項目中由20 ℃改為32.2 ℃)時，磨煤機入口干燥劑的始端溫度將降低，而在德標熱力計算中，原煤溫度一直采用環境溫度進行計算。

(3) 國標熱力計算(工況2)和德標熱力計算(工況1)對干燥劑始端溫度的影響與國標熱力計算中機械熱、通風率和散熱損失系數3個系數對干燥劑始端溫度的綜合影響基本相當；當考慮國標熱力計算中4個系數對干燥劑始端溫度的綜合影響時，其結果有較大不同。說明在實際工程計算中，只考慮機械熱、通風率和散熱系數3個影響系數即可。

(4) 在對比國標和德標熱力計算對干燥劑始端溫度的影響時，散熱損失系數影響占比為40%左右；當原煤水分較大且環境溫度較高時，通風率影響占比在40%左右，此時機械熱影響占比為20%左右；當原煤水分較小且環境溫度較低時，通風率影響占比在30%左右，此時機械熱影響占比為30%左右。

3 結語

筆者主要討論了國標和德標對磨煤機熱力計算的主要區別，通過理論計算發現主要存在機械熱、通風率、原煤溫度和散熱損失系數4個影響系數的不同，并通過4個實際工程案例分別采用2種理論方法和變換相應系數進行計算，來研究4種影響系數對干燥劑始端溫度的影響，結果發現造成2種標準不同的因素主要有3個(機械熱、通風率和散熱損失系數)，而由于2種標準的中間計算過程不同，導致原煤溫度并沒有對2種標準的最終結果產生影響，即2種標準都可以采用原有規定的方法來獲取原煤溫度來進行后續計算。

通過研究最終表明：采用國標對磨煤機進行干燥出力選型會為實際選型提供有利幫助，但在實際運行中是否如計算所述，還需要通過性能試驗進行驗證。

參考文獻：

[1] 北京電力設備總廠. ZGM型中速輥式磨煤機技術條件及選型導則: Q/DL01.J101—2009[S]. 北京: 北京電力設備總廠, 2009.

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