火电厂磨煤机的选型原则及方法

2014-12-31王小芬

机械工程与自动化 2014年2期

王小芬

（1.华北电力大学动力工程系，河北保定 071003；2.江西省电力设计院，江西南昌 330000）

0 引言

磨煤机是火电厂的重要辅机，其运行状态直接影响到锅炉炉内燃烧的稳定性和带负荷的能力［1］。随着机组容量的增大和技术水平的提高，磨煤机的种类也日益增多。目前，600MW以上发电机组已成为燃煤电厂主力机组，综合考虑煤质、炉型、经济安全性能等诸多因素，这些机组大多配备的是中速磨煤机，主要包括RP（HP）、MPS和MBF等类型［2，3］。

火电厂磨煤机选型大多是从煤的发热量、灰分、挥发分、水分及煤的磨损特性等指标考虑的。很多电厂磨煤机运行情况欠佳，可靠性及经济性低，故障频发，运行周期短，这是由于选型不当造成的［4－6］。如何根据煤质、炉型等情况，选择合适的磨煤机型式成为了重要的课题。本文在分析不同磨煤机性能参数的基础上，探讨火电厂磨煤机的选型原则及方法，并通过实例进行分析。

1 磨煤机性能分析与对比

1.1 磨煤机出力性能分析

磨煤机按类型可分为低速磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机。主要的性能参数有研磨出力、风环速度和磨煤机阻力等，其中最主要的为研磨出力。

磨煤机的研磨出力与原煤中的水分大小、可磨性系数、灰分以及煤粉细度有关。磨煤机的出力计算可用基本出力乘以出力修正系数得到。出力修正系数包括可磨性、原煤水分、原煤粒度、煤粉细度、灰分等对出力的影响系数。以MPS中速磨煤机为例，其研磨出力BM的计算公式为：

其中：BMO为磨煤机基本出力；fH为可磨性修正系数；fR为煤粉细度修正系数；fW为原煤水分修正系数；fA为原煤灰分修正系数；fg为原煤粒度修正系数；fe为研磨件磨损至中后期时的出力降低系数；fsi为分离器形式对磨煤机出力的修正系数；HGI为可磨系数；R90为煤粉细度；Mt为原煤水分；Aar为煤粉灰分。

结合式（1），可得到部分修正系数的变化曲线，如图1所示。研磨件磨损至中后期时的出力降低系数fe一般取0.95，这是由于研磨件在质量减轻15%以内（磨损前期）对出力影响很小；磨损中后期质量减少至22%后，磨煤机功率和加载压力将增加10%，这时的出力是最大出力的95%。

1.2 磨煤机的性能比较

磨煤机型式的选择应根据煤种、燃料磨损特性、煤种变化范围、煤质状况、负荷性质并结合炉膛结构和燃烧器型式等因素来综合考虑，不同的磨煤机型式有其不同的特点和问题，对它们的主要性能参数进行对比，结果见表1。

根据表1中的数据，结合不同煤种特性，可得到各种类型的磨煤机所适应的煤种情况：①筒式磨煤机适于无烟煤和低挥发分贫煤；②双进双出钢球式磨煤机适用于无烟煤、低挥发分贫煤和磨损指数高的烟煤；③HP（RP）型中速磨煤机、MPS型中速磨煤机和E型中速磨煤机适用于高挥发分贫煤和烟煤，以及Mt≤35%的褐煤；④风扇磨煤机（高速磨煤机）适用于褐煤。

2 磨煤机选型原则及注意点

2.1 选型原则

在磨煤机选型时应尽可能考虑煤的燃烧和爆炸特性、可磨性和煤粉细度的要求，并重点考虑磨煤机的电耗水平。在全部厂用电的5%中，磨煤机耗电率可达到0.7%～0.8%，有时甚至超过1%。因此选择磨煤机型式时，应对煤种的适应性和电耗水平进行综合考虑。此外，还应注意以下几点：

（1）燃用无烟煤的制粉系统，一般选用中间仓储式钢球磨煤机。但双进双出的钢球磨煤机直吹式制粉系统存在NOx排放高、造价贵、电耗高的缺点。

图1 各修正系数变化曲线

表1 各种类型磨煤机性能指标对比

（2）中速磨煤机直吹式制粉系统和风扇磨煤机直吹式制粉系统相比有较大的优越性。中速磨煤机研磨件使用寿命要比风扇磨煤机长，检修工作量少。

（3）长期运行结果表明HP型和MPS（ZGM）型磨煤机电耗基本相同，约为20kWh/t～22kWh/t。MPS-HP-II型磨煤机则要低1kWh/t，对于一台600 MW机组，其电机功率比其他两种磨煤机的电机功率低约100kW。

（4）应根据煤的磨损指数和煤粉细度，按磨煤机寿命曲线或计算公式确定研磨件使用寿命后再选择磨煤机。中速磨煤机研磨件寿命应大于6 000h，研磨件对MPS型磨煤机是指辊轮的单面寿命。

2.2 不同煤质下宜选用的磨煤机

2.2.1 无烟煤（挥发分Vdaf＝6.5%～10%）

对于着火及燃尽特性属于极难等级的无烟煤（着火温度Tm＞900℃），宜优先选择中间仓储式钢球磨煤机和双进双出钢球磨煤机。

2.2.2 贫煤（挥发分Vdaf＝10%～20%）

（1）当煤的磨损性在较强及以下（磨损指数Ke≤5）、煤的着火性能为中等（挥发分Vdaf≥15%，着火温度Tm＜800℃）时，宜选用中速磨煤机。

（2）当煤的磨损性在较强以上（磨损指数Ke＞5）、煤的着火性能为中等（挥发分Vdaf＞15%，着火温度Tm＜800℃）时，宜选用双进双出钢球磨煤机。

2.2.3 烟煤（挥发分Vdaf＝20%～37%）

（1）当煤的磨损性在较强及以下（磨损指数Ke≤5），宜选用中速磨煤机，但不宜采用缝隙式风环的中速磨煤机。

（2）当煤的磨损性在较强以上（磨损指数Ke＞5），宜选双进双出钢球磨煤机和直吹式制粉系统。

2.2.4 褐煤（挥发分Vdaf＞37%）

（1）当褐煤磨损性在较强以下（磨损指数Ke≤3.5）、煤水分35%＜Mt≤40%时，宜选风扇磨煤机；当Mt＞40%时，宜选用带乏气分离装置的风扇磨煤机。

（2）当煤的全水分Mt≤35%时，宜选用中速磨煤机和直吹式制粉系统。

3 实例分析

某电厂建设2×660MW国产超超临界燃煤发电机组，锅炉为东方660MW超超临界燃煤锅炉，煤质为40%丰城煤矿和60%裴沟煤矿的混煤，设计煤种的哈氏可磨性系数为HGI＝72，校核煤种的哈氏可磨性系数分别为HGI＝56和HGI＝62，校核煤种磨损指数Ke＝3.13，设计煤种的干燥无灰基挥发分Vdaf＝18.39%，校核煤种I和校核煤种II的干燥无灰基挥发分分别为Vdaf＝22.84%和Vdaf＝35.45%，设计煤种的煤粉细度为R90＝10%，校核煤种的煤粉细度为R90＝12.6%和R90＝19.5%。要求对磨煤机进行选型。

根据煤质挥发分分析，设计煤种属于贫煤，校核煤种属于烟煤，煤质易爆炸；根据可磨系数分析，设计煤种与校核煤种均属“中等可磨”；从磨损系数分析，煤质磨损性较强，宜优先选用中速磨。目前国内的中速磨主要有HP型磨和MPS型磨，两者应用于本体的计算结果见表2。

表2 计算结果

（1）煤种适应性：MPS型磨由于磨盘较HP型磨深，磨辊碾压较大，因而MPS型磨允许被碾磨煤的磨损指数较大，对煤种的适应范围比HP型磨广。

（2）运行电耗：MPS型磨磨盘较深，通风阻力大，导致一次风机电功率增加，因此电耗比HP型磨大，其电机功率是HP型磨的1.15倍～1.2倍。

（3）磨辊使用寿命：MPS型磨辊使用寿命较长，且磨损后期出力降低得小；MPS磨磨损系数为0.95，HP磨磨损系数为0.9。

（4）检修方便性：HP磨的磨辊能翻出检修，MPS磨则需采用拆除分离器或在机壳上开检修大门来对磨辊检修，因此HP磨比MPS维修方便。但运行时的维护却正好相反，MPS磨比HP维护方便。

（5）出力调节范围及煤粉均匀性：HP磨能对载荷的变化作出迅速反应，出力调节幅度较大；另外其出口设有文丘利喷嘴，能使煤粉均匀分配到各出口，使送粉管内煤粉浓度比较均匀。MPS磨煤粉分配效果较HP磨差，但在磨制的煤粉颗粒均匀性指数方面却要略好于HP磨。

（6）初期投资：相当出力的MPS型磨本体、分离器体积、磨辊维修所需空间比HP型磨大，导致其煤仓间跨度较大，加上MPS型磨重量也较大，使得土建厂房和基础投资是HP型磨的1.15倍～1.25倍。

本例校核煤种磨损指数Ke＝3.13，磨损性较强，从这一角度出发，宜选用耐磨性较好的MPS型磨。而综合其他性能，HP磨的综合优势并不比MPS磨强。另外从经济和运行角度考虑，MPS型磨具有振动小、密封性好、金属磨耗量小、煤种适应性好等优点，因此本例采用MPS型磨煤机。每台锅炉配置6台磨，正常情况下5台磨煤机运行，1台备用。