氣固兩相流場優化提升中速磨煤機性能的應用與分析

文_壽奎原 浙江浙能蘭溪發電有限責任公司

我國每年電力消耗巨大，2019 年全年用電量約7．23 萬億kWh，而在2020 年1～10月份全社會用電量已經達到了約6．03萬億kWh，電力需求保持正增長。我國電力生產中火力發電仍是我國最主要的電力能源，2019 年火電裝機容量為11．9 億kW（其中燃煤電廠10．45 億kW），約占全國裝機總容量的59．22%。統計數據顯示我國燃煤電廠總發電量的5%～10%都被消耗在電能生產過程中，其中磨煤制粉系統的能耗較大。

因此，針對磨煤制粉系統進行節能降耗的技術研究與研發，是需要持續投入與努力的方向之一。

20 世紀七八十年代，我國相繼從國外引進了磨煤機技術，目前，我國最廣泛使用的中速磨煤機包括中速輥環式（MPS 型）、中速碗環式（HP 型）磨煤機。北京電力設備總廠在MPS 型磨煤機基礎上，自主改進研發出了ZGM 型中速磨煤機。ZGM 型中速磨煤機的運行原理見圖1。

圖1 ZGM 型中速磨煤機運行原理圖

原煤經落煤管持續落入磨煤機內部磨盤，磨盤被電機帶動旋轉，旋轉過程中，通過磨輥及襯瓦完成對原煤的碾磨及甩出。熱風自磨煤機底部風室進入，經由噴嘴環組織后進入磨煤機，攜帶被磨盤甩出的煤粉，通過分離器送出磨煤機。分離器啟動分離不合格煤粉的作用，不合格煤粉被分離下來后，經由回粉錐重新返回磨盤進行碾磨，重復上述工作。

1 中速磨煤機運行情況的分析及研究

科技工作者已對中速磨煤機運行方式及能耗情況進行了長久持續的研究，但是磨煤機內部存在“黑匣子”工作性質，對磨煤機運行情況的分析及研究存在一定難度。

何亞群等開創型地對中速磨煤機進行開孔取樣，分析進入分離器前返料、分離器返料的煤粉成分及細度分布情況，得出磨煤機待磨物料中循環負荷占比接近90%，且灰分較原煤高20%，減少料層中細顆粒含量及其灰分，可提高粗顆粒的破碎效率。周念鑫等通過自制的實驗室輥磨試驗系統，模擬、分析、研究封閉磨煤機內物料的粒度減小與能量消耗問題。王煜杰通過自制輥磨機及哈式可磨儀等進行煤樣的循環破碎與混合破碎試驗，揭示了磨煤機中礦物質的累積及遷移規律。左蔚然對MPS 型中速磨煤機運行過程進行建模分析，結果顯示風煤比是影響中速磨煤機運行狀況的主要因素，隨著風煤比的提高，磨煤機的功率會上升，而一次風機的功率會下降，但磨煤機和一次風機的總功率會下降，煤粉細度變粗。董素艷等對磨煤機內部煤粉顆粒流進行數值模擬，研究了磨煤機內顆粒粒徑對分離效率的影響。

結合現有科研結論，針對某電廠ZGM113G 型磨煤機的運行情況，對其內部氣固兩相流場進行分析發現：

①現有回粉擋板位置，分離器分離下來的煤粉經回粉擋板流出后進入磨煤機內部煤粉進入分離器的流通區域，容易造成已分離不合格煤粉的二次飛揚，增加煤粉在磨煤機內部的循環次數。

②通過對ZGM型中速磨煤機進行同煤量降低風量試驗，發現風量降低一定程度后，石子煤量并沒有明顯增加。說明實際運行過程中動環位置風速偏大，增加磨煤機通風阻力，加劇對磨煤機殼體及內部零部件的吹損。

③原煤在磨盤中被碾磨工作時，隨著碾磨過程進行，磨盤中共同存在粗細煤粉，此時細煤粉會阻礙粗煤粉的研磨，減少粗煤粉可分配的碾磨能量，降低碾磨效率，增加煤粉在磨煤機內部的循環次數。

基于以上分析，確定問題及優化方向：嘗試性對某電廠ZGM113G 型中速磨煤機進行氣固兩相流場優化系統技術改造，增加中心預干燥系統、內部流場優化系統、磨盤流化風系統，爭取有針對性地解決上述問題。

改造內容如下：

①中心預干燥系統：由磨煤機入口管道引一路熱風進入落煤管，隨落煤管原煤一起進入磨煤機內部。

②內部流場優化系統：將現有磨煤機回粉擋板位置移至回粉錐內部，并延長回粉錐，降低此位置分離煤粉的二次飛揚。

③磨盤流化風系統：由磨煤機入口風道引一路熱風進入磨煤機內部，由布置在磨盤上方的流化風噴嘴，對磨盤中原煤及煤粉進行吹掃流化。

改造完成后，保持相同煤質，對改造系統進行投退對比性能試驗分析。

2 投退對比性能試驗分析

試驗針對某電廠單臺ZGM113G 型中速磨煤機進行，試驗內容包括：磨煤機最大出力、磨煤單耗、煤粉細度、通風阻力等。

試驗分為投入改造系統、退出改造系統兩個工況。其中內部流場優化系統為磨煤機內部機械改造，無法進行投退，投退試驗不包括該部分。

試驗結果如表1 所示。

表1 試驗數據表

同時，最大出力試驗結束后，維持相同煤質，又進行了相同煤量氣固兩相優化系統投退對比試驗（50t/h），在系統退出時，穩定運行1h 后，投入氣固兩相優化系統，分析磨煤機性能參數的變化情況，結果見圖2。

圖2

可以看出，系統投入后，電流相比未投運時降低2．99A，投退前后差壓降低0．25kPa，可見本次改造可以實現提升磨煤機性能的目的。

3 結論

針對某電廠ZGM113G 型中速磨煤機進行氣固兩相流場優化分析，確定磨煤機內部氣固兩相流場存在的問題及可能的優化方向，制定相應的優化改造方案，改造后，可以實現提升最大出力5．49%，降低磨煤機單耗1．11kWh/t，通風阻力降低250Pa；維持相同煤量，投入改造系統，同樣可以降低磨煤機單耗及通風阻力。希望能為MPS 型中速磨煤機性能優化及降耗的科研工作提供參考和借鑒。