钢球磨煤机磨制硬质煤能力提升策略研究

张文祥，赵冰，康立强

（国电荥阳煤电一体化有限公司，河南 郑州 450122）

某电厂2×630MW 超临界机组锅炉采用北京巴布科克威尔克斯有限公司生产的超临界参数“W”火焰锅炉，锅炉制粉系统分别采用六台由上海重型机器厂采用法国ALSTOM 公司技术生产的BBD4062 双进双出钢球磨煤机。该公司在掺配经济煤种晋城无烟煤后，磨煤机最大制粉出力不到40 吨，难以满足锅炉带满负荷出力的需求，同时，还存在煤粉细度高、灰渣含碳量高、水冷壁壁温高、复合油用油量大等问题。针对此现状，本研究通过磨煤机钢球装载量和钢球级配调整试验，确定了一种在掺配晋城无烟煤的情况下提高磨煤机制粉能力保证锅炉长周期安全经济稳定运行的方法。

1 原因分析

该电厂配备的BBD4062 双进双出钢球磨煤机（设备参数见表1），具有2 个完全对称的制粉回路，原煤通过磨煤机筒体两端经磨煤机旁路风干燥后进入磨内，磨制好的煤粉从磨煤机两端分离器吹出。钢球随磨煤机转动被带到一定高度再由重力作用下落锤击原煤，钢球之间以及钢球与磨煤机筒体内护板的运动将原煤研磨成煤粉。煤粉经一次风干燥并携带至分离器进行粗细粉分离，合格煤粉吹入炉膛燃烧，不合格煤粉通过分离器的回粉管、落煤管回至磨煤机内进行再次研磨。由于钢球磨风煤比基本保持恒定，因此，当需要改变磨煤机出力时，只需调整磨煤机的一次风量即可。

表1 BBD4032 型磨煤机设备参数

双进双出钢球磨煤机的最大制粉出力可近似计算：

Bmax=BM0×fe×fH×fM×fR×fG

其中，BM0为磨煤机基本出力，fe、fH、fM、fR和fG分别为部件磨损对磨煤机的修正系数、原煤哈氏可磨性指数、原煤水分、煤粉细度和钢球装载量。由以上公式可知，磨煤机最大制粉出力与原煤哈氏可磨性指数、煤粉细度、原煤水分以及钢球装载量有关。

出于经济性考虑，该电厂掺配经济煤种晋城无烟煤。由于晋城无烟煤与本地煤哈氏可磨性指数相差较大（煤质参数见表2），依据某研究院配煤掺烧研究结论可知：当掺配两种哈氏可磨性指数相差较大的煤种时，其哈氏可磨性指数没有增加，而是接近难磨的煤种。当磨煤机在磨制两种煤时，哈氏可磨性指数高的煤过分磨制，而哈氏可磨性指数低的煤则磨制不够充分，从而造成煤粉粗细不均，晋城无烟煤煤粉颗粒偏粗，难以燃尽，锅炉飞灰可燃物增高。当锅炉负荷增加时，磨煤机的出力增大，一次风速随之增加，更不能保证煤粉细度，晋城无烟煤燃烧支持相对下降，本地煤的着火也会推迟。

表2 设计煤种与晋城无烟煤煤质参数

该电厂煤种配比基本确定，原煤哈氏可磨性指数和原煤水分参数也就相对固定，部件磨损对磨煤机的修正系数为常数，而煤粉细度与钢球装载量有直接关系，因此，确定优化磨煤机内钢球装载量和钢球级配为提高磨煤机磨制硬质煤能力的主要策略。

2 方案论证

关于钢球级配方面主要有等差数列法、等腰三角形法、多次试配（图表）法等。本研究采用多级试配（图表）法，通过多次试配方案试验，最终确定最优策略。

（1）选定1#炉制粉出力较好的1A、1D 磨煤机进行摸底试验。对这两台磨煤机，分别在掺配晋城无烟煤比例0、15%、20%、25%的配煤方案中测试磨煤机最大制粉出力，试验结果见表3。

表3 磨煤机最大制粉出力摸底试验

通过摸底试验，发现随着晋城无烟煤掺配比例的增加，磨煤机制粉出力呈明显下降趋势。

（2）给1A 磨煤机补加钢球：φ60mm=3 吨，φ40mm=3 吨。加球后1A 磨煤机制粉最大制粉出力试验结果见表4。

表4 1A 磨煤机最大制粉出力试验

按以上方案加装钢球后，1A 磨煤机制粉出力相比以前有一定的提高，但晋城无烟煤掺配比例30%时，制粉出力只有42 吨，还远不能满足锅炉带负荷的需要。

（3）由于1A 磨制粉出力依旧偏低，继续补加钢球：φ60mm=3 吨，φ40mm=3 吨。总计装球量57 吨。加球后1A磨煤机最大制粉出力试验结果见表5。

表5 1A 磨煤机二次加球后最大制粉出力试验

当晋城无烟煤掺配比例30%时，1A 磨煤机出力达到45 吨，对比第一次加球时出力有所提高，但还是达不到目标要求。由于晋城无烟煤颗粒度较小，决定适当增加小直径钢球比例，提高制粉能力。

（4）由于1A 磨钢球量已达额定值，选择1D 磨进行进一步优化试验。对1D 磨煤机补加钢球：φ30mm=8 吨，总计装球量约52 吨。经制粉出力试验，发现磨煤机制粉能力有较大幅度的提升，继续补加钢球：φ20mm=4 吨，总计装球量约56 吨。1D 磨煤机最大制粉出力试验结果见表6。

表6 1D 磨煤机最大制粉出力试验

当晋城无烟煤掺配比例30%时，1D 磨煤机出力稳定在50t/h 以上，制粉能力有明显的提高，基本达到目标要求。

根据以上试验数据，分析得出如下结论：

第一，增加磨煤机有效钢球装载量，磨煤机制粉能力有所提升，对磨制硬质煤种有积极作用。第二，只是采取补加φ60 和φ40 钢球的方式，磨煤机制粉能力提升有限，而适当提高磨内小直径钢球的装载比例，可大幅提升磨制硬质煤的能力。

（5）为验证上述结论，经再次优化钢球级配方案后，选择1C 磨煤机实施验证。对1C 磨煤机内钢球进行筛分，清理出无效钢球和杂物共计7 吨，按优化后的钢球级配方案重新装载钢球56 吨，具体钢球级配方案见表7。

表7 1C 磨煤机钢球级配方案

经过两个月的晋城无烟煤种掺配跟踪试验，在掺配晋城无烟煤比例为30%时，1C 磨煤机平均制粉出力达到52.6t/h。后将1#机组六台磨煤机钢球级配方式按新的方案重新装载了钢球，每台磨钢球装载量56 吨，掺配晋城无烟煤比例30%，进行磨煤机最大制粉出力试验，试验结果见表8。

表8 1#炉磨煤机最大制粉出力试验

3 结果与分析

经过以上磨煤机钢球级配优化试验，在掺配晋城无烟煤比例30%时，磨煤机最大制粉出力均达到52 吨以上，满足锅炉带满负荷出力需求。

随着磨煤机制粉能力的提升，锅炉以前存在的一些安全、经济性问题也得到改善，主要体现在以下几个方面：

（1）锅炉制粉系统的煤粉细度R90由17.96 降至11.33，飞灰含碳量由5.1%降至3.27%，炉渣含碳量由10.15%降至5.74%，锅炉效率显著提高。

（2）有效改善了锅炉下部水冷壁壁温高的问题。在磨煤机钢球级配优化前，由于一次风速过高，火焰中心下移，拱下热负荷过大，导致下部水冷壁中部区域壁温高。经过优化，一次风速降到合适范围，水冷壁壁温高问题得到有效控制。

（3）锅炉燃烧稳定性增强，大幅减少了机组启动、调峰和稳燃用油量。2019 年，公司全年复合油用油量520 吨，而2018 年用油量908 吨，同比下降42.7%。

（4）经济效益显著。公司年使用晋城无烟煤量在43 万吨以上，晋城无烟煤种跟市场上同质煤种相比，单价要便宜70 元/吨左右，全年节约燃料费用在3000 万元以上。刨除钢球级配优化后磨煤机增加的电费、钢球费用及其他材料费用等，全年可节约成本费用在2000 万元以上。

4 结语

通过近一年的磨煤机最大制粉出力优化调整试验，得出适合该公司磨煤机的钢球级配方案。在掺烧经济煤种晋城无烟煤的前提下，显著提高了磨煤机的制粉能力，解决了以前锅炉不能带满负荷出力的问题，同时，煤粉细度和灰渣含碳量大幅降低，下部水冷壁壁温高得到有效改善，复合油用油量大幅减少，对保证锅炉长周期安全经济稳定运行有积极意义。