磨煤机分离器出口温度对准东煤和地煤煤粉特性的影响

程智海， 季明彬， 何 翔， 刘海龙， 金 鑫

（1.上海发电设备成套设计研究院，上海200240；2.内蒙古蒙东能源有限公司，呼伦贝尔021000）

新疆准东煤易着火、易燃尽，但其水分高、热值不高及结渣和沾污严重，给锅炉的安全运行带来了很大的困难，准东地区多个火电厂出现过燃用准东煤时锅炉炉膛及各级受热面不同程度的沾污、结焦、最终机组停机的情况［1］.目前，准东地区电厂都进行了准东煤与地煤的掺烧，以减轻锅炉各级受热面沾污、结焦的程度.准东煤的燃用问题已经引起业界广泛关注，目前仅准东五彩湾地区在建、规划的机组已达到30几台.但是对准东煤制粉特性的研究尚不多见，大多都是近几年对高钠煤燃烧特性再结合锅炉运行特性的研究，这些研究有一个普遍的观点，即燃用准东煤时，煤粉较细为佳，给出可供参考的煤粉细度R90值为20%～25%［2－3］；磨煤机分离器出口温度不低于70℃［3］；掺烧其他煤种时，准东煤细度R90值小于20%［4］.除此之外，还有研究将准东煤归为典型的高钠煤、高碱金属煤，其灰渣中的Na2O含量多在5%以上［5］.张守玉等［6］认为煤粉越粗，颗粒温度比烟气温度越高，钠更容易得到释放，而煤粉越细，沉积量越大.于强等［7］认为准东煤灰中的CaO会在炉内结合其他物质经过一系列反应后生成CaCl2和CaSO4（与烟气中的SO3反应），CaCl2可以冷凝在尾部烟道的管壁上，CaSO4在1 200℃以下是稳定的具有黏结性的化合物，可以连续不断地捕捉飞灰，使得管屏上的沾污层变厚.

对于准东煤来说，煤粉的特性不仅对燃烧特性有重要影响［8］，而且对其沾污、结渣等特性也有重要影响，故亟需开展准东煤煤粉特性的研究.

2012年，在某330MW供热机组燃烧调整试验项目中，笔者针对制粉系统开展了一系列试验，研究了准东煤与地煤在煤粉细度等特性上的差异.

1 设备简介

某330MW供热机组的一次风机型号为C124642，风量为22.67m3／h，风压为18.111kPa，转速为1 480r／min，效率为85.9%，风机轴功率为1 294.6kW，电动机功率为1 500kW.磨煤机部分规范见表1.

表1 HP863式磨煤机部分规范Tab.1 Technical specifications of the HP863coal mill

2 煤质参数

试验煤种为准东煤（采自五彩湾天池能源南矿区）和地煤（来自众兴矿业的井矿煤），其煤质分析见表2.

表2 试验煤种的煤质分析Tab.2 Quality analysis of Zhundong and local coal

3 试验方法及过程

3.1 煤粉取样方法

风粉管道上的取样系统如图1所示.按照DL／T 467—2004［9］的对数－线性法，圆形一次风粉管道上煤粉取样点沿直径方向布置6个点，从管内壁到测点距离分别为0.032D、0.135D、0.321D、0.679D，0.865D和0.968D，D为风粉管道直径.利用自主设计的可同时取样且能调整取样点位置的平头式取样枪伸入一次风粉管道内取样，每根管道的取样时间为4min.

图1 煤粉取样系统示意图Fig.1 Schematic diagram of the pulverized coal sampling system

3.2 试验过程

准东煤和地煤的试验工况条件完全一致.磨煤机出力为35t／h，分离器叶轮转速为350r／min，磨煤机入口一次风量分别为70t／h和80t／h，准东煤水分高，当一次风量为70t／h时，磨煤机分离器出口温度80℃难以调节到位，故未得到该工况下的参数.

机组解除AGC运行方式，试验中磨煤机、热风、冷风的挡板开度和给煤量等主要运行参数全部采用手动进行调节，各工况参数调整完毕后，稳定10min再进行煤粉取样工作.

各根风粉管道取的样品质量大于150g，煤粉样品筛分前首先在烘箱内55℃下烘干5h，烘干前后对每个煤粉样品进行称重，以求得煤粉样品的外水分质量分数，再采用200μm、125μm、90μm、75μm和61μm的标准筛子进行煤粉筛分，过筛的煤粉样品质量为25g.各级筛子上的煤粉质量除以25g即可得到煤粉粒度分布百分比.

4 试验结果及分析

4.1 煤粉样品外水分质量分数

图2给出了各试验工况下煤粉样品的外水分质量分数，其中准东煤和地煤煤粉样品的温度分别从70℃和68℃开始.由图2可知，地煤煤粉样品的外水分平均质量分数为2.5%，准东煤煤粉样品的外水分质量分数比地煤普遍高出1倍多.

图2 各工况下煤粉样品的外水分质量分数Fig.2 Outside moisture of pulverized coal under various testing conditions

4.2 煤粉细度

图3 准东煤的煤粉细度Fig.3 Fineness of Zhundong coal

图4 地煤的煤粉细度Fig.4 Fineness of local coal

图3和图4分别给出了准东煤和地煤煤粉细度R90值的试验结果.由图3可以看出，各一次风量下，随着磨煤机分离器出口温度的提高，准东煤煤粉逐渐变细，磨煤机分离器出口温度从70℃提高到75℃时煤粉变细的趋势最明显，磨煤机分离器出口温度高于75℃后R90值减小幅度小于1%.由图4可以看出，各工况下地煤的R90值为25%～42%，其煤粉细度整体大于准东煤，且随着磨煤机分离器出口温度的提高，当一次风量为70t／h时，地煤的R90值没有呈现减小的趋势，而是维持不变，当一次风量为80t／h时，煤粉却有所变粗.

准东煤的水分较多，提高干燥剂的温度有助于磨煤机内原煤的干燥，也有利于研磨，煤粉颗粒会在相对更干燥的环境下得到更多的碾磨，但准东煤成煤年龄短，水分高使其煤粉颗粒的孔隙率比地煤大.随着干燥剂温度的提高，在水分蒸发过程中煤粉颗粒自爆性的作用下，煤粉更容易破碎成更小尺寸的颗粒.碾磨加强后使得更多的细颗粒被破碎，随着热风被携带出去，这是煤粉逐渐偏细的主要原因.地煤煤粉颗粒的孔隙率比准东煤小，随着磨煤机分离器出口温度的提高，热风干燥对煤粉颗粒产生破碎的作用相比准东煤而言不占主导作用，而增大碾磨出力和干燥出力占主导作用，小的颗粒不会再进一步被破碎，而是被热风携带离开筒体，故煤粉细度没有呈现变小的趋势，反而在大的一次风量工况下，煤粉略有变粗，这是准东煤和地煤煤粉样品的主要差异.

4.3 煤粉粒度分布

图5给出了准东煤在一次风量为70t／h和80 t／h时的煤粉粒度分布.由图5可以看出，当磨煤机分离器出口温度为70℃时，2个一次风量下的试验结果显示煤粉均较粗，粒度为61～75μm的煤粉占20%以上，粒度小于61μm的煤粉质量分数不到50%.当磨煤机分离器出口温度高于75℃后，煤粉均变细，粒度为61～75μm的煤粉质量分数减小至10%以内，粒度小于61μm的煤粉质量分数接近70%.但是当磨煤机分离器出口温度进一步提高到80℃时，煤粉粒度分布几乎不发生变化.这说明准东煤在磨煤机分离器出口温度为70～75℃时的变化特性最明显，煤粉粒度小于90μm的颗粒随磨煤机分离器出口温度的提高质量分数是变小的，但磨煤机分离器出口温度超过75℃后准东煤煤粉粒度变化不再明显.

图5 准东煤煤粉的粒度分布Fig.5 Particle size distribution of Zhundong coal

图6给出了地煤在一次风量为70t／h和80t／h时的粒度分布.由图6可以看出，地煤的煤粉粒度分布没有十分明显的变化规律.2个一次风量下的试验结果显示磨煤机分离器出口温度为75℃时，煤粉粒度为61～90μm时的质量分数是最大的，粒度小于61μm的煤粉质量分数是最小的；而磨煤机分离器出口温度为68℃与80℃时，煤粉粒度在各区间段的分布较为一致.随着磨煤机分离器出口温度的提高，一次风量小于80t／h时，粒度小于61μm的煤粉质量分数在磨煤机分离器出口温度68℃时比80℃时大10%，煤粉逐渐变粗，这与准东煤的结果有所不同.

图6 地煤煤粉的粒度分布Fig.6 Particle size distribution of local coal

5 结 论

（1）在相同工况下，地煤的煤粉细度R90值均大于准东煤5%以上.

（2）随着磨煤机分离器出口温度的提高，准东煤的煤粉逐渐变细，当一次风量为80t／h、磨煤机出力为35t／h时，R90值从23.5%减小至21%左右，当磨煤机分离器出口温度高于75℃后，R90值的变化幅度小于1%.地煤不存在煤粉变细的趋势.

（3）准东煤煤粉粒度小于90μm的颗粒随磨煤机分离器出口温度的提高是变细的，但是超过75℃后这个特性变化不再明显；地煤的煤粉粒度分布没有十分明显的变化规律，但是随着磨煤机分离器出口温度的提高，煤粉没有逐渐变细.

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