MPS-HP-II型磨煤机磨制兰炭的选型研究

张明昌

（中国电建集团长春发电设备有限公司，吉林 长春 130000）

雾霾天下，环保先行。具有清洁煤制品之称的兰炭实现“华丽转身”，逐步成为“新宠儿”，其价格低、污染少，在工业和民用方面都得到了很高的认可，是一种性价比很高的燃料。

兰炭又称为半焦、焦粉，结构为块状，粒度一般为0～80 mm，颜色呈浅黑色，是利用优质侏罗精煤块烧制而成的，其具有高固定碳、低硫、低磷和发热量高等特性，着火性能稳定，燃尽率高，燃烧温度与结渣性适宜，是一种新型的环保清洁能源。

近几年，兰炭的生产技术工艺有了大幅度的提升，已经由传统的氨水熄焦提升为现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、清洁环保以及品质高的明显优势。干法熄焦和清水熄焦主要是在冷却段采用经污水处理装置处理后的回用水进行喷淋冷却，对生产出的焦块降温。解决了兰炭废水处理的难题，中水回用率高达98%以上，实现了污水零排放。

同时，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艺产品兰炭中的有机污染物，即硫化物、碳氧化物、酚和焦油等有害物质。避免了兰炭产品下游用户的二次污染，从而实现了兰炭整体过程的清洁化生产。

技术工艺的转变促进了国内兰炭生产方式的全面变革，使清洁兰炭在替代燃煤治理大气污染的过程中取得了更显著的效果，将会大量应用在电力行业中。

1 工程基本概况及燃用兰炭的资料

该工程是在已经运行的燃煤电站的基础上，对部分制粉设备系统进行优化改造。增加一台磨制兰炭的磨煤机，将兰炭磨碎后直接输送至锅炉内，与原煤一起在炉膛中进行混合燃烧。

锅炉的型式：采用超超临界参数，四角切圆燃烧。锅炉主要参数如下。

锅炉最大连续蒸发量： 1 900 t/h；过热器出口蒸汽压力：32.55 MPa；过热器出口蒸汽温度：605 ℃；一二次再热器出口蒸汽温度： 623 ℃；锅炉效率（BRL 工况）：≥95.1 %（保证值）；锅炉一次风温度不高于332℃，磨煤机出口温度75℃，一次风率不高于23%；细度R90 =18%；采用动态分离器。单台磨兰炭燃烧量49.37 t，磨损后期保证出力不小于54.3 t/h，具体参数见表1。

2 MPS-HP-II型磨煤机的选型计算

2.1 磨煤机的碾磨出力计算

MPS-HP-II 型磨煤机碾磨出力BM计算公式如下：

BMO为磨煤机的基本出力，t/h；fH为可磨性修正系数；fR为细度修正系数；fM为水分修正系数；fA为灰分修正系数；fe为磨损后期出力修正系数；fsi为动态分离器修正系数；fg为原煤粒度修正系数[1-2][5]。

按兰炭成分资料查询各修正系数如下：

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

查取MPS200HP-II 型磨煤机基本出力，BMO=77.78t/h

按公式计算磨煤机磨损后期碾磨出力：

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

根据上述计算可知，MPS200HP-II 型中速磨煤机磨损后期出力为56.6 t/h，大于保证出力54.3 t/h 的要求，因此，选择MPS200HP-II 型中速磨煤机的碾磨出力完全能满足要求，选型合理。

2.2 热平衡计算

磨煤机的热平衡计算是根据起始断面输入的总热量与终端断面处输出的热量和中间消耗的总热量相等的原理，即：输入的总热量qin=输出的总热量qout，求出干燥剂中的各种气体份额，并计算出干燥剂的初始温度值同时，计算出的热风量需要同时满足磨煤机的通风、干燥和锅炉燃烧的要求。

2.2.1 输入系统总热量组成

式中：qle为外界漏入设备的冷风物理热kJ/kg（对于正压系，qle=0）；qag1为输入的干燥剂物理热，kJ/kg；qqs为磨煤机密封风的物理热，kJ/kg；qmac为磨煤机碾磨工作时所产生的机械热量，kJ/kg[1][2][5]。

2.2.2 输出系统总热量的组成

式中：qev为蒸发燃料中的水分消耗的热量，kJ/kg；qag2为出口乏气带出的热量，kJ/kg；qf为加热燃料消耗的热量，kJ/kg；q5为磨煤机散热损失，kJ/kg[1-2][5]。

2.2.3 热平衡方程

按照输入热量与输出热量相等的原则，列出热平衡方程：

通过上述热平衡方程式可得出t1计算公式如下：

式中：g1为干燥剂量，cag1为干燥剂的比热容[1-2][5]。

该工程以热风作为干燥剂，压力冷风进行调节[1]，正压直吹式制粉系统。将兰炭的相关成分资料及系统要求参数输入公式进行计算后得出：

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

根据热平衡计算结果，燃用兰炭时的具体参数如下。

磨煤机出力：在49.37 t/h 工况下，通风量93.5 t/h；锅炉一次风率21.85%；磨煤机入口处一次热风温度为322℃，均满足锅炉能提供的参数及燃烧要求。磨煤机出口温度为75℃，高于50.5℃的露点温度，热平衡满足磨煤机通风和干燥出力要求。

3 磨煤机主要碾磨部件辊套、磨盘瓦材料的选择及内部防磨措施

碾磨部件的寿命与燃料的冲刷磨损特性有直接关系。煤的冲刷磨损指数Ke 值是表示磨煤机在碾磨时，煤对金属研磨件磨损程度的指标。不同的煤种冲刷磨损指数是通过专用设备进行试验后测试得出。煤的冲刷磨损指数Ke 数值越大，对设备相关碾磨部件的磨损越严重。

根据燃煤的Ke 数值，可以对其磨损性的强弱可按下列范围区分：Ke 小于1.0 时，为轻微磨损；Ke 为1.0 ～1.9时，煤的磨损性不强；Ke 为2.0 ～3.5 时，煤具有较强的磨损性；Ke 为3.6 ～5.0 时，煤很强的磨损性；Ke 大于5.0时，则煤具有极强的磨损性[3-4]。

通过实际燃用煤质的Ke 值，可以估算出磨煤机碾磨部件辊套和磨盘瓦的寿命。相同耐磨材料下，Ke 值越大，辊套和磨盘瓦寿命越低。要提高碾磨部件的寿命，就只有选择耐磨性更好的材料。

目前，磨煤机的辊套和磨盘瓦主要有3 种耐磨材料，高铬铸铁、耐磨堆焊、陶瓷复合铸造。高铬铸铁属于传统技术，造价低、寿命较低。耐磨堆焊材料属于复合性材料，造价较高、寿命较长。陶瓷复合铸造工艺较复杂，造价最高，寿命长，属于近几年的新型耐磨技术。

该工程中兰炭的冲刷磨损指数Ke 大于10，具有超强的磨损特性，需要采用高耐磨性材料来保证碾磨件的寿命。建议选择造价高的陶瓷复合铸造辊套和磨盘瓦，增加碾磨件的寿命，减少日常检修工作量，增加设备长期运行的稳定性。

兰炭的冲刷磨损指数增大，会使磨煤机内部磨损加剧，需要对磨损严重的部位做相应的防磨措施。如磨煤机中架体筒体内壁和分离器内锥体，建议贴陶瓷防磨处理；分离器叶片建议采用耐磨钢板；加载架防护板及辊支架护板建议选用耐磨堆焊材料进行防磨处理；输出煤粉管道建议进行贴陶瓷处理或采用特殊耐磨堆焊材料处理，解决各部位磨损问题。

4 结论

首先，经过选型计算，选用MPS200HP-II 型中速磨煤机，磨制兰炭的出力完全能满足的工程要求。

其次，通过热平衡计算，现有的热风系统提供的一次风温、风量完全能够满足干燥兰炭的要求，能够达到MPS200HP-II 型磨煤机的碾磨兰炭出力的要求。

再次，耐磨件选用最新的陶瓷复合材料，解决了兰炭磨损性强，碾磨件寿命低的问题。对磨煤机内部磨损严重的部位进行了防磨处理，保证设备能长期稳定运行。

最后，生产兰炭技术工艺的整体变革，兰炭成了更加清洁的煤制品，是一种性价比很高的燃料。解决了兰炭碾压磨制成粉的问题后，适应了锅炉燃烧要求，为电力行业煤粉锅炉中燃用兰炭或掺烧兰炭提供了有力的保障。