ZGM113型磨煤机运行工况对煤粉细度的影响机制

涂国勇，程 强，曾学文，郑 熙，张 君，张 进，董建聪

（1.国家能源集团黄金埠发电有限公司，江西 上饶 335101；2.南京工程学院能源研究院，南京 211167）

0 引言

将煤矿粉碎为煤粉有利于提高锅炉的燃烧效率，因此磨煤机是火电厂重要的辅助设备[1]，使较多学者对磨煤机展开研究。磨煤机出口温度是影响锅炉安全性的重要参数[2]，张智羽等[3]利用正交法探索磨煤机相关运行参数对其出口温度的影响机制，发现一次循环烟气比例是影响磨煤机出口温度的关键性因素之一。王天堃[4]研究了磨煤机故障对磨煤机运行工况的影响规律，在此基础上提出了一套磨煤机故障在线监测的方法。煤粉分离器是磨煤机的重要部件，孙哲等[5]基于多相流理论构建了煤粉分离器的理论模型，并根据该模型提出了煤粉分离器的改进方法以实现磨煤机的增容。王培毅等[6]对磨煤机的运行参数进行优化以解决该磨煤机运行工况偏离设计工况的问题，其研究了磨煤机出力、一次风量、分离器转速与煤粉细度之间的本构关系，结果表明造成磨煤机堵磨的原因是磨煤机出力过小，导致较大尺寸煤矿的出现。

表1 实验所采用的原煤特性参数Table 1 Raw coal characteristic parameters used in the experiment

图1 磨煤机给煤量对煤粉细度影响Fig.1 The influence of coal feed rate of coal mill on fineness of pulverized coal

尽管较多学者对磨煤机展开了研究，但是磨煤机运行工况与煤粉细度之间的本构关系尚未完全被构建。降低煤粉细度可以提高煤粉的比表面积，从而改善煤粉的燃烧过程，但是过细的煤粉细度所导致的架桥现象会阻碍煤粉的输运过程，同时降低煤粉细度的代价则是增加磨煤机的能耗。因此，需要对磨煤机运行工况与煤粉细度之间的本构关系展开研究，以期为磨煤机的运行提供指导。

本文以国电黄金埠发电有限公司的磨煤机为研究对象，研究了给煤量、一次风量、液压加载力以及分离器转速对煤粉细度的影响机制。

1 实验方法

1.1 实验设备

采用ZGM113型磨煤机作为研究对象，该磨煤机通过3个磨辊的自转和磨环的转动实现煤块的粉碎。煤块经中央管道落入磨辊上，继而利用离心力将煤块输运至磨辊运转的轨道上。煤粉粉碎过程中通过通风口向磨煤机内部通入热风，从而实现煤粉的干燥以及输运过程。煤粉被热风输送至煤粉分离器，通过离心力将细粉与粗粉分离。

1.2 原煤参数

本实验所使用的原煤参数见表1，其为电厂煤质分析化验车间所提供（化验时间：2020-01-01～2020-02-01）。

1.3 测试方法

采用平头枪多点取样法对煤粉细度进行取样测试。磨煤机给煤量、一次风量、液压加载力以及分离器转速等参数由ZGM113型磨煤机控制系统提供。

2 结果与讨论

2.1 给煤量的影响

磨煤机给煤量是磨煤机运行的重要参数，因此本文首先对磨煤机给煤量对煤粉细度的影响规律展开了研究。为了规避其它因素的影响，本小节中保持磨煤机的液压加载力、动态分离器转速以及一次风量不变，磨煤机的给煤量从42th-1改变到55th-1。

图1显示了磨煤机给煤量与煤粉细度之间的本构关系。可以发现，随着磨煤机给煤量的增加，煤粉细度也随之增加，这意味着煤粉颗粒的尺寸变大。图1中数据表明，当磨煤机给煤量从42th-1增加到55th-1时，煤粉细度R88从14.4%增加到17.2%，这一变化有可能对锅炉燃烧特性产生影响。磨煤机给煤量对煤粉细度的影响可以从两方面来解释：一方面随磨煤机出力增加，单位时间进入磨煤机的煤量上升，会导致煤在磨煤机里面未能充分研磨就被带出系统，导致煤粉细度值升高，煤粉变粗；另一方面，一次风量不变的情况下，磨煤机对煤粉的干燥能力基本保持不变。随着给煤量的增加，若一次风量保持不变，则煤粉的含水量便会上升，同时煤粉的温度则会下降，高含水量和低温都会降低煤的可磨性，因此增加给煤量也会导致煤粉的尺寸较大。

2.2 一次风量的影响

2.1 节中的结果表明，一次风量可能对煤粉细度产生影响，因此本小节研究了一次风量对煤粉细度的影响规律。本小节中，控制磨煤机的液压加载力为9.7 MPa，动态分离器转速为770r min-1，磨煤机出力为50th-1，实验将磨煤机的一次风量从95th-1调整到107th-1来研究一次风量对煤粉细度的影响机制。

2.1 节的分析表明，一次风量可以通过影响煤粉的含水量和温度来影响煤粉的可磨性。需要指出的是，增加一次风量来提高煤粉的可磨性并不意味着可以改善煤粉细度。如图2所示，随一次风量增加，煤粉细度的值呈指数型增长，这说明增加一次风量会导致煤粉变粗，并且随一次风量增加，改变一次风量对煤粉细度影响越来越明显。一次风量由95th-1增加到107th-1，煤粉细度R88由16.4%上升为18.4%。这一现象主要是由于煤粉的输运过程所导致的，磨煤机通过一次风将煤粉输运至动态分离器，当一次风量较小时，较大的煤粉颗粒由于自身重力难以被一次风带起并输运至分离器，此时一次风量对煤粉细度的影响较小；当一次风量足够将尺寸较大的煤粉颗粒输运至煤粉分离器，增加一次风量便可以对煤粉细度产生较明显的影响。

图2 磨煤机一次风量对煤粉细度影响Fig.2 The influence of the primary air volume of the coal mill on the fineness of pulverized coal

图3 液压加载力与煤粉细度的关系Fig.3 The relationship between hydraulic loading force and coal fineness

2.3 液压加载力的影响

ZGM113型磨煤机通过磨辊和磨环之间的相对运动实现煤块的粉碎，因此磨辊和磨环之间的压力是影响煤粉细度的重要影响因素。鉴于此，本小节研究了磨煤机液压加载力的变化对煤粉细度的影响。

对于ZGM113型磨煤机，其加载油压为3.2 MPa～12.9MPa，在这一范围内调整液压加载力来获取煤粉细度和液压加载力之间的关系。试验过程中，控制磨煤机出力为48th-1, 磨煤机进口一次风量控制在100th-1左右，动态分离器转速置于770r min-1，调整磨煤机液压加载力分别为10MPa、11MPa和12MPa，得到的液压加载力与煤粉细度的关系曲线如图3所示。通过试验数据分析可知：在48t/h出力下，煤粉细度R90随着液压加载力的增加而变小。液压加载力从10MPa增加到12MPa时，煤粉细度R90从23.39%降为20.13%。

2.4 动态分离器转速变化

动态分离器将通过离心力实现煤粉的分离，是磨煤机的重要部件。因此，本小节对磨煤机转速与煤粉细度之间的关系展开了研究。本小节通过试验研究了动态分离器转速对煤粉细度的影响规律，控制磨煤机给煤量为50th-1，一次风量为107th-1，在570r min-1～1070r min-1范围内改变动态分离器转速，得到的动态分离器转速对煤粉细度的影响如图4所示。通过试验数据分析可知：随动态分离器转速上升，煤粉细度R88值下降。当动态分离器转速由570r min-1升高到1070r min-1，煤粉细度R88由21.2%下降到了7.2%。分离器通过离心力实现煤粉的分离，而离心力与转速的二次方成正比，因此可以发现，煤粉细度随分离器转速变化的曲线类似于抛物线。

图4 磨煤机动态分离器转速对煤粉细度影响Fig.4 The influence of the dynamic separator speed of the coal mill on the fineness of coal

3 结论

本文通过单因素分析方法研究了ZGM113磨煤机的运行工况与煤粉细度之间的关系。实验结果表明，给煤量、一次风量、液压加载力以及分离器转速是影响煤粉细度的重要参数。煤粉细度与给煤量之间呈线性增长关系，这主要是由于煤块在被完全粉碎前便被带入到煤粉分离器中。一次风量与煤粉细度之间关系呈指数式增长，这主要是由煤粉的输运过程所导致的。增加液压加载力和分离器转速则可以显著减低煤粉细度。