淺談燃煤機組磨煤機及制粉系統選擇

文_曾銀佳 中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司

1 概述

制粉系統是燃煤火力發電廠主要系統之一，包括原煤的碾磨、干燥、煤粉輸送等環節，合理的制粉系統是電廠安全、穩定、經濟運行的保證。制粉系統與燃燒系統有密切的關聯，只有擬定制粉系統后，才能確定燃燒系統中的一次風和二次風的分配比例，進行燃燒系統中相關輔機的選型，因此在獲得煤質資料后應首先進行制粉系統比選和擬定，然后才能開展其它工作。制粉系統類型的擬定是在對煤質的成分和特點進行分析計算的基礎上確定的，應根據煤質的物性特點，結合爐膛和燃燒器的結構，擬定適合工程煤質特點的系統，確定合理的工藝參數，為機組安全、經濟、穩定的運行提供技術保障。

2 煤質資料分析

按照《發電煤粉鍋爐用煤技術條件》的煤種分類方法，設計煤種和校核煤種均屬于高揮發份、中灰分、中高水分、中熱值、中等可磨的煙煤。對制粉系統擬定比較重要的另一個參數是沖刷磨損指數Ke，可以用來估算磨煤機的碾磨部件的壽命。

3 制粉系統及磨煤機的擬定

3.1 制粉系統類型選擇

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》(簡稱《規定》)以及《電站磨煤機及制粉系統選型導則》(簡稱《導則》)的相關規定，制粉系統的選擇與燃煤的著火溫度有很大的相關性，不同的著火溫度，影響煤粉細度的選取、送粉一次風溫度的選取以及一次風比例等制粉系統工藝參數的選取。按照規程可以選擇鋼球磨貯倉式乏氣送粉系統或中速磨直吹式系統。鋼球磨貯倉式乏氣送粉系統屬于負壓系統，系統不按抗爆壓力設計，需要裝設防爆門，系統復雜，設備多，自動化水平低，檢修運行工作量大，技術落后。大型機組為了簡化系統，增加安全性，系統按抗爆壓力設計，不設防爆門，系統自動化水平高，同時減少煤倉間的建筑投資，大多采用直吹式系統。

3.2 磨煤機型式選擇

磨煤機是燃煤電廠的重要輔機，也是制粉系統工藝流程中重要的一環，不同型式的磨煤機均具有一定范圍的煤種適應性，因此磨煤機主要根據煤質特性并結合制粉系統的工藝要求進行選型，合理的磨煤機選型直接影響到工程投資和機組運行的經濟性。直吹式制粉系統磨煤機型式主要有風扇磨、中速磨、雙進雙出鋼球磨。磨煤機的型式受煤質特性影響較大，是選型中首要考慮因素。

3.2.1 風扇磨

風扇磨集干燥、破碎、輸送三大功能于一身，制粉電耗最低。在原煤水分很高，需抽爐煙干燥的系統中，具有明顯的優勢，而且由于抽取爐煙干燥，系統在惰化氣氛中啟、停和運行，系統安全。由于風扇磨屬于撞擊破碎機理，對高溫下脆性煤最為有效。水分大的褐煤在高溫加熱下，水分蒸發形成很多孔隙，用風扇磨可以獲得很好的破碎效果。但《規定》要求，風扇磨適用于磨制Ke≤1.5的煙煤。采用風扇磨還有風扇磨碾磨部件壽命短、風扇磨磨制煤粉較粗、未燃燼碳損失偏大等缺點。

3.2.2 雙進雙出鋼球磨

雙進雙出鋼球磨煤機具有煤種適應范圍廣，煤粉較細，煤粉均勻性好，無石子煤排放、負荷調節能力強等優點。但雙進雙出鋼球磨金屬材料消耗量大，雖然近年來隨著國產化成功，設備價格明顯降低，價格還是高于中速磨。鋼球磨筒體容積大，鋼球和筒內存煤重量很大，因此運行電耗高，明顯高于中速磨。與中速磨煤機對比，雙進雙出鋼球磨煤機主要有 設備價格高、廠房容積大、 制粉成本高等缺點。

3.2.3 中速磨

中速磨煤機具有一定的煤質適應范圍，而且具有重量較輕、噪音較小、磨煤電耗低、金屬耗量較少，設備價格適中等優點。中速磨的碾磨部件壽命可以達到6000h以上，立式布置，占地面積小，可以明顯的節省廠房容積，降低建設投資費用。

3.2.4 每臺鍋爐配置磨煤機數量

磨煤機的臺數除了與鍋爐的燃燒器的布置方式有很大關系外，同時還要綜合考慮設備費用和土建費用。鍋爐燃燒器布置型式有兩種，一種是對沖布置的燃燒器；另一種是雙切圓布置的燃燒器。燃燒器的層數與單個燃燒器熱負荷有很大關系，單個燃燒器熱負荷高的燃燒器，鍋爐燃燒器數量可以少一些，單個燃燒器熱負荷要求較低的鍋爐，燃燒器數量就比較多。目前，國內燃用煙煤的鍋爐燃燒器無論采用對沖布置還是雙切圓布置，均是配置5～6臺中速磨煤機。

3.3 制粉系統主要參數選取

制粉系統除了擬定合理的工藝流程、選擇適當的主要輔機與零部件以外，還有一項主要的設計任務是通過計算確定制粉系統的主要參數，為輔機的具體選型提供依據，也為以后運行提供指導性的數據。合理的制粉系統參數選取應滿足系統安全、穩定、經濟運行的要求。

3.3.1 煤粉細度的確定

煤粉細度的確定主要和鍋爐的燃燒要求與制粉經濟電耗兩個因素的平衡有關，揮發分高、易燃燼的煤種，可以選取較粗的煤粉，以節省碾磨電耗，反之應選取較細的煤粉。目前國內電廠設計階段，煤粉細度的選取的依據主要是按照《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導則》《規定》和《導則》等相關規定。

3.3.2 磨煤機型號選擇

按照設計煤種和校核煤種進行磨煤機選型，選型設計遵守《規定》以及《導則》的主要原則，按照設計煤種煤粉細度R90=20%，校核煤種煤粉細度R90=22%，進行磨煤機選型。

3.3.3 磨煤機出口/入口風溫確定

磨煤機的出口溫度受煤粉的防爆要求與干燥劑終端露點溫度等因素制約。從燃燒角度考慮，磨煤機出口溫度越高，對煤粉著火越有利，特別是負荷較低的時候。燃用的設計煤種及校核煤種都是高揮發分煤，穩定著火非常容易。因此磨煤機出口溫度高低不會對著火造成很大影響，磨煤機出口溫度主要受防爆要求制約。按照規范要求推薦。

3.3.4 一次風率核算

鍋爐為了達到煤粉著火容易、低NOx燃燒，一般希望一次風率控制在一個比較適宜的范圍內，對于煙煤，通常鍋爐廠希望一次風率為15%～25%。而直吹式制粉系統，采用一次風作為干燥介質，一次風的風量要滿足制粉干燥和磨煤機的通風要求，才能使制粉系統達到額定出力，因此一次風率受制粉系統的干燥出力和通風出力制約。磨煤機的通風量受磨煤機的型號和負荷率影響，如果選定了磨煤機，就確定了通風量。

4 制粉系統防爆措施

4.1 設計中采取的防爆措施

設計煤種和校核煤種都是極易爆炸的煤種，在制粉系統設計中必須高度關注，采取相應防爆措施。中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統，制粉系統防爆設計范圍從磨煤機入口段到燃燒器入口，包括煤斗、給煤機、磨煤機以及相關的一次風管道、送粉管道。制粉系統防爆措施采用“以防為主，安全第一”的原則，設備與部件按抗爆炸壓力設計，減小煤粉爆炸事故的影響范圍。其防爆措施：①煤斗——儲煤量可滿足設計煤種在鍋爐BMCR工況下8小時的燃煤量。②給煤機和磨煤機的殼體按照0.35MPa抗爆壓力設計，能承受大多數情況下的爆炸壓力，減小爆炸造成的影響和損失。③磨煤機入口風道8倍當量直徑長度范圍內按照0.35MPa抗爆壓力設計，可以承受磨煤機發生爆炸時的壓力沖擊波。④磨煤機設置常備的防爆惰化系統。⑤給煤機進出口設置快速關斷閘板門，在磨煤機著火時迅速隔離火源。

4.2 運行中采取防爆措施

本工程設計煤種和校核煤種的揮發分都比較高，目前還沒有進行爆炸指數試驗，但根據以往工程經驗，煤種揮發分(Vdaf)高，而且灰分不高，容易發生爆炸。在磨煤機啟動和停機過程中，煤粉濃度很低，風量也較小，但相對于正常工況含氧量較高，磨煤機內可能積聚熱量，稍有擾動，極容易發生爆炸，因此磨煤機在運行中要注意采取避免爆炸的相應措施，磨煤機啟停階段以及打開檢修門前都要進行吹掃。如有磨煤機上裝設CO氣體檢測儀，運行中應注意監控磨煤機內可燃氣體的濃度以及磨盤溫度等關鍵參數。

5 結論與建議

①針對工程煤種特性，推薦采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統。②每臺鍋爐配置中速磨煤機，國內制造的HP、MPS、ZGM等系列磨煤機均可以滿足本工程使用要求。③推薦選取較細的煤粉細度，以兼顧低NOx燃燒與提高鍋爐燃燒效率的要求。④運行中注意制粉系統的防火防爆，注意監控運行參數的變化。⑤推薦磨煤機配置動態分離器，以取得更好的煤粉分離效果，有利于提高煤粉的燃燒效果。