MPS-HP-II型磨煤機磨制蘭炭的選型研究

張明昌

（中國電建集團長春發電設備有限公司，吉林 長春 130000）

霧霾天下，環保先行。具有清潔煤制品之稱的蘭炭實現“華麗轉身”，逐步成為“新寵兒”，其價格低、污染少，在工業和民用方面都得到了很高的認可，是一種性價比很高的燃料。

蘭炭又稱為半焦、焦粉，結構為塊狀，粒度一般為0～80 mm，顏色呈淺黑色，是利用優質侏羅精煤塊燒制而成的，其具有高固定碳、低硫、低磷和發熱量高等特性，著火性能穩定，燃盡率高，燃燒溫度與結渣性適宜，是一種新型的環保清潔能源。

近幾年，蘭炭的生產技術工藝有了大幅度的提升，已經由傳統的氨水熄焦提升為現有中水回用的干法熄焦和清水熄焦模式，具有低能耗、污染小、低成本、清潔環保以及品質高的明顯優勢。干法熄焦和清水熄焦主要是在冷卻段采用經污水處理裝置處理后的回用水進行噴淋冷卻，對生產出的焦塊降溫。解決了蘭炭廢水處理的難題，中水回用率高達98%以上，實現了污水零排放。

同時，利用中水回用的干法熄焦和清水熄焦方式，可以去除氨水熄焦工藝產品蘭炭中的有機污染物，即硫化物、碳氧化物、酚和焦油等有害物質。避免了蘭炭產品下游用戶的二次污染，從而實現了蘭炭整體過程的清潔化生產。

技術工藝的轉變促進了國內蘭炭生產方式的全面變革，使清潔蘭炭在替代燃煤治理大氣污染的過程中取得了更顯著的效果，將會大量應用在電力行業中。

1 工程基本概況及燃用蘭炭的資料

該工程是在已經運行的燃煤電站的基礎上，對部分制粉設備系統進行優化改造。增加一臺磨制蘭炭的磨煤機，將蘭炭磨碎后直接輸送至鍋爐內，與原煤一起在爐膛中進行混合燃燒。

鍋爐的型式：采用超超臨界參數，四角切圓燃燒。鍋爐主要參數如下。

鍋爐最大連續蒸發量： 1 900 t/h；過熱器出口蒸汽壓力：32.55 MPa；過熱器出口蒸汽溫度：605 ℃；一二次再熱器出口蒸汽溫度： 623 ℃；鍋爐效率（BRL 工況）：≥95.1 %（保證值）；鍋爐一次風溫度不高于332℃，磨煤機出口溫度75℃，一次風率不高于23%；細度R90 =18%；采用動態分離器。單臺磨蘭炭燃燒量49.37 t，磨損后期保證出力不小于54.3 t/h，具體參數見表1。

2 MPS-HP-II型磨煤機的選型計算

2.1 磨煤機的碾磨出力計算

MPS-HP-II 型磨煤機碾磨出力BM計算公式如下：

BMO為磨煤機的基本出力，t/h；fH為可磨性修正系數；fR為細度修正系數；fM為水分修正系數；fA為灰分修正系數；fe為磨損后期出力修正系數；fsi為動態分離器修正系數；fg為原煤粒度修正系數[1-2][5]。

按蘭炭成分資料查詢各修正系數如下：

fH=0.7905；fR=1.0307；fM=0.8785；fA=1；fsi=1.07；fe=0.95；fg=1

查取MPS200HP-II 型磨煤機基本出力，BMO=77.78t/h

按公式計算磨煤機磨損后期碾磨出力：

BM=77.78×0.7905×1.0307×0.8785×1×0.95×1.07×1=56.6t/h

根據上述計算可知，MPS200HP-II 型中速磨煤機磨損后期出力為56.6 t/h，大于保證出力54.3 t/h 的要求，因此，選擇MPS200HP-II 型中速磨煤機的碾磨出力完全能滿足要求，選型合理。

2.2 熱平衡計算

磨煤機的熱平衡計算是根據起始斷面輸入的總熱量與終端斷面處輸出的熱量和中間消耗的總熱量相等的原理，即：輸入的總熱量qin=輸出的總熱量qout，求出干燥劑中的各種氣體份額，并計算出干燥劑的初始溫度值同時，計算出的熱風量需要同時滿足磨煤機的通風、干燥和鍋爐燃燒的要求。

2.2.1 輸入系統總熱量組成

式中：qle為外界漏入設備的冷風物理熱kJ/kg（對于正壓系，qle=0）；qag1為輸入的干燥劑物理熱，kJ/kg；qqs為磨煤機密封風的物理熱，kJ/kg；qmac為磨煤機碾磨工作時所產生的機械熱量，kJ/kg[1][2][5]。

2.2.2 輸出系統總熱量的組成

式中：qev為蒸發燃料中的水分消耗的熱量，kJ/kg；qag2為出口乏氣帶出的熱量，kJ/kg；qf為加熱燃料消耗的熱量，kJ/kg；q5為磨煤機散熱損失，kJ/kg[1-2][5]。

2.2.3 熱平衡方程

按照輸入熱量與輸出熱量相等的原則，列出熱平衡方程：

通過上述熱平衡方程式可得出t1計算公式如下：

式中：g1為干燥劑量，cag1為干燥劑的比熱容[1-2][5]。

該工程以熱風作為干燥劑，壓力冷風進行調節[1]，正壓直吹式制粉系統。將蘭炭的相關成分資料及系統要求參數輸入公式進行計算后得出：

t1=（408.754+150.495+76.126+12.7075-0-1.713-17.906）/ 1.031/1.894=322℃

根據熱平衡計算結果，燃用蘭炭時的具體參數如下。

磨煤機出力：在49.37 t/h 工況下，通風量93.5 t/h；鍋爐一次風率21.85%；磨煤機入口處一次熱風溫度為322℃，均滿足鍋爐能提供的參數及燃燒要求。磨煤機出口溫度為75℃，高于50.5℃的露點溫度，熱平衡滿足磨煤機通風和干燥出力要求。

3 磨煤機主要碾磨部件輥套、磨盤瓦材料的選擇及內部防磨措施

碾磨部件的壽命與燃料的沖刷磨損特性有直接關系。煤的沖刷磨損指數Ke 值是表示磨煤機在碾磨時，煤對金屬研磨件磨損程度的指標。不同的煤種沖刷磨損指數是通過專用設備進行試驗后測試得出。煤的沖刷磨損指數Ke 數值越大，對設備相關碾磨部件的磨損越嚴重。

根據燃煤的Ke 數值，可以對其磨損性的強弱可按下列范圍區分：Ke 小于1.0 時，為輕微磨損；Ke 為1.0 ～1.9時，煤的磨損性不強；Ke 為2.0 ～3.5 時，煤具有較強的磨損性；Ke 為3.6 ～5.0 時，煤很強的磨損性；Ke 大于5.0時，則煤具有極強的磨損性[3-4]。

通過實際燃用煤質的Ke 值，可以估算出磨煤機碾磨部件輥套和磨盤瓦的壽命。相同耐磨材料下，Ke 值越大，輥套和磨盤瓦壽命越低。要提高碾磨部件的壽命，就只有選擇耐磨性更好的材料。

目前，磨煤機的輥套和磨盤瓦主要有3 種耐磨材料，高鉻鑄鐵、耐磨堆焊、陶瓷復合鑄造。高鉻鑄鐵屬于傳統技術，造價低、壽命較低。耐磨堆焊材料屬于復合性材料，造價較高、壽命較長。陶瓷復合鑄造工藝較復雜，造價最高，壽命長，屬于近幾年的新型耐磨技術。

該工程中蘭炭的沖刷磨損指數Ke 大于10，具有超強的磨損特性，需要采用高耐磨性材料來保證碾磨件的壽命。建議選擇造價高的陶瓷復合鑄造輥套和磨盤瓦，增加碾磨件的壽命，減少日常檢修工作量，增加設備長期運行的穩定性。

蘭炭的沖刷磨損指數增大，會使磨煤機內部磨損加劇，需要對磨損嚴重的部位做相應的防磨措施。如磨煤機中架體筒體內壁和分離器內錐體，建議貼陶瓷防磨處理；分離器葉片建議采用耐磨鋼板；加載架防護板及輥支架護板建議選用耐磨堆焊材料進行防磨處理；輸出煤粉管道建議進行貼陶瓷處理或采用特殊耐磨堆焊材料處理，解決各部位磨損問題。

4 結論

首先，經過選型計算，選用MPS200HP-II 型中速磨煤機，磨制蘭炭的出力完全能滿足的工程要求。

其次，通過熱平衡計算，現有的熱風系統提供的一次風溫、風量完全能夠滿足干燥蘭炭的要求，能夠達到MPS200HP-II 型磨煤機的碾磨蘭炭出力的要求。

再次，耐磨件選用最新的陶瓷復合材料，解決了蘭炭磨損性強，碾磨件壽命低的問題。對磨煤機內部磨損嚴重的部位進行了防磨處理，保證設備能長期穩定運行。

最后，生產蘭炭技術工藝的整體變革，蘭炭成了更加清潔的煤制品，是一種性價比很高的燃料。解決了蘭炭碾壓磨制成粉的問題后，適應了鍋爐燃燒要求，為電力行業煤粉鍋爐中燃用蘭炭或摻燒蘭炭提供了有力的保障。