燃用山西贫煤电厂采用中速磨制粉系统的探讨

郭 伟，崔 宁

(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031)

1 概述

考虑地缘优势，河北南网电厂多采用山西贫煤作为燃料，我院设计的任丘2×300MW供热机组、河北建投沙河电厂2×600MW电厂，中电投良村电厂、沧州华润渤海新区工程、河北华电石家庄裕华热电等工程均采用山西晋中、阳泉等地的贫煤或贫煤与无烟煤的混煤。考虑到山西贫煤具有低挥发份、较强磨损、较高着火温度的特性，上述电厂的制粉系统多采用钢球磨制粉中储仓热风送粉系统或双进双出钢球磨制粉直吹式送粉系统。

山西贫煤挥发份一般在12%～19%之间，冲刷磨损指数Ke一般在1.2～3.5之间，设计时考虑其挥发份较低，着火温度较高，为保证锅炉燃烧效果，入炉煤粉一般要求较细的煤粉细度，较高的风粉混合物温度，故一般采用钢球磨煤机，而不采用中速磨煤机。但中速磨煤机具有重量轻、占地少、制粉系统管路简单、投资省、电耗低、噪声小等一系列优点，随着各中速磨煤机厂家磨型的不断更新换代，中速磨煤机磨制较低挥发份燃煤、产出较细煤粉细度已成为可能。

2 钢球磨煤机制粉系统与中速磨制粉系统的对比

钢球磨煤机最突出的优点是煤种适应性广，运行安全可靠，维修方便。对磨制煤种的可磨性指数和磨损指数没有任何限制。它可以磨制包括褐煤在内的所有煤种。特别适合磨制无烟煤及磨损指数Ke>3.5的煤种。这是因为：①无烟煤煤粉着火温度高，要求煤粉细，而且在制粉系统设计上需要热风送粉，采用其他类型磨机较难达到很细的煤粉细度；②磨损指数Ke>3.5的煤种，磨粉时对金属的磨损大，研磨件寿命低，采用钢球磨煤机时虽然钢球损耗大，但钢球可在运行中很方便的补充，钢球磨损对正常运行影响甚微，因此，此时钢球磨煤机就成为最佳选择。

钢球磨煤机主要磨制无烟煤、硬质煤、高灰分烟煤以及硫化铁含量大于6%的高硫煤。我国早期由于燃煤混杂而且有煤质劣化的趋势，因而在锅炉燃烧制粉设计中，国内很多电厂都采用了钢球磨煤机。据统计，20世纪90年代前全国电厂中钢球磨煤机占所有各类磨煤机总量的60%以上。

然而，钢球磨煤机及其制粉系统也存在很多缺点。诸如系统复杂、运行电耗高、制粉管道长、部件多、占地面积大、占用空间大、耗钢多、磨损大、噪声大、易爆炸等。

世界范围内电厂采用中速磨煤机始于20世纪20年代。我国只在最近二三十年间才开始有广泛应用。中速磨煤机是指工作转速为20～300r/min的磨煤机械。这种磨煤机具有重量轻、占地少、制粉系统管路简单、投资省、电耗低、噪声小等一系列优点，因此在大容量机组中得到日益广泛的应用。目前国内中速磨的生产厂家及磨型主要有：沈阳重型机器有限责任公司生产的的MPS中速磨煤机，北京电力设备总厂生产的的ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型中速磨煤机，上海重型机器厂有限公司生产的HP碗式中速磨煤机，长春发电设备有限公司生产的MPSHP-Ⅱ型中速磨煤机。

以下以我院近期设计的燃用山西阳泉地区贫煤混煤的保定南郊2×300MW电厂为例，对采用3台MGS4060双进双出球磨机及6台MPS180中速磨煤机两种方案进行对比。

2.1 性能对比

我们对MPS180、MGS4060磨煤机主要性能进行汇总后，比较结果见表1(以设计煤种为基础进行定性趋势性的比较，并未将所有方面一一列出)：

表1 两种磨煤机主要性能对比

2.2 电耗对比

我们对两种磨煤机的磨煤电耗及通风电耗(按设计煤种)进行汇总后对比见表2。

表2 两种型号磨煤机磨煤电耗及通风电耗对比

由表2可以得出如下结论：中速磨直吹式制粉系统的磨煤电耗低于双进双出钢球磨直吹式制粉系统，即采用中速磨煤机直吹式制粉系统会节省较多的运行费用。

2.3 初投资对比

两种系统设备初投资比较详见表3。

表3 两种系统设备初投资对比

由表3可以得出结论，如不采用动态分离器，选用中速磨煤机制粉系统的初投资低于双进双出钢球磨煤机制粉系统。但为了充分保证煤粉细度，加装动态分离器后，中速磨煤机制粉系统初投资较双进双出钢球磨煤机制粉系统方案增加投资5540-4640=900万元。

2.4 主厂房体积对比

表4 主厂房体积对比

由表4可以看出，由于双进双出钢球磨体积较大，需占用较大空间，故所需主厂房体积较大，相应的主厂房造价较高，而选中速磨煤机主厂房体积相对较小，从而节省投资。

综上所述，采用中速磨制粉系统较双进双出球磨机制粉系统无论在磨制单位燃煤电耗方面，还是主厂房投资方面都存在较大优势。加装动态分离器后，设备初投资偏高，但考虑其节电性，初投资的增加可在2.21年后收回。

3 采用中速磨煤机制粉的可行性

《电站磨煤机及制粉系统选型导则》(DLT466-2004)对磨煤机及制粉系统的选择有如下规定(部分引用)，贫煤(Vdaf=10%～20%)，当煤的磨损性在较强以下(Ke≤(5)、煤的着火性能为中等(挥发份Vdaf在15%以上，着火温度IT<800℃)时，宜选用中速磨煤机直吹式系统。

当煤的着火性能为难(挥发份Vdaf在15%以下，着火温度IT>800℃)时，应按无烟煤来对待，宜优先选用中间储仓式钢球磨煤机炉烟干燥、热风送粉系统和双进双出钢球磨煤机半直吹式系统。

由上述条文论述可以知道，对于Ke≤5的煤种，磨煤机的选择主要与燃煤的着火特性有关。当着火特性为中等时，宜采用中速磨煤机制粉，当着火特性为难时，宜选用钢球磨煤机制粉。

对于着火性为难的燃煤宜采用钢球磨制粉，笔者认为主要是基于以下两个方面进行的考虑。

(1)降低煤粉细度

煤粉细度对煤粉燃烧有明显影响。煤粉变细，能使燃煤的着火点提前，且煤粉变细有利于提高最大燃烧速率。因此，随着煤粉细度的降低，燃煤的热重曲线分界明显，着火温度降低，着火特性有所改善；燃烧速度增大，燃尽温度降低，煤粉更易燃尽。山西贫煤的冲刷磨损指数Ke一般在1.2～3.5之间，Ke<5，属较强以下。IT在800～900之间，属较难着火煤种。对于燃烧山西贫煤的锅炉，为保证燃烧效率，各锅炉厂一般要求较细的入炉煤粉细度，其R90一般要求在12%左右。采用钢球磨煤机制粉系统有利于保证较细的煤粉细度。

(2)提高风粉混合物的温度

入炉风粉混合物温度的提高将对锅炉燃烧效率的提高及飞灰含碳量的降低产生积极影响。对于贫煤，锅炉厂要求入炉风粉混合物的温度尽量高。如采用钢球磨煤机炉烟干燥、热风送粉系统，风粉混合物的温度最高可达130℃；如采用双进双出球磨机直吹式送粉系统，风粉混合物的最高温度也可达100℃，有利于煤粉的充分燃烧。

基于上述原因，在设计诸如以山西贫煤为燃料的电厂时，多考虑采用钢球磨煤机形式。

近年来，中速磨煤机得到了广泛的应用和长足的发展。各中速磨煤机生产厂对磨型不断升级更新，磨煤机性能得到了很大提高。在磨制诸如山西贫煤等燃料方面可替代钢球磨煤机。理由如下：

(1) 煤粉细度

传统观点认为中速磨煤机磨制的成品煤粉细度R90一般大于15%，低于15%则采用钢球磨煤机。但随着科技进步，各磨煤机厂均进行了技术更新。经与沈阳重型机器有限责任公司、北京电力设备总厂、上海重型机器厂有限公司、长春发电设备有限公司沟通，在不采用动态分离器的情况下四厂生产的中速磨煤机煤粉细度均可达到12%。如采用动态分离器，四厂均可达5%以下。6台中速磨煤机+动态分离器总价格约2400万元，相比三台双进双出钢球磨煤机1950万元的总价高出450万元，但由于中速磨煤机方案较双进双出钢球磨煤机方案节电，年节约用电费用115万元，在不考虑主厂房造价的情况下，仅用四年即可收回动态分离器的投资。

(2) 风粉混合物温度

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》(DL/T5145-2002)，采用中速磨直吹式制粉系统，磨煤机出口最高允许温度tM2(分离器后)当Vdaf<40%时，tM2=[(82-vdaf)5/3±5]。对于山西贫煤，Vdaf在10～18之间，对应tm2可在111℃～125℃之间。因此，tM2的取值取决与中速磨煤机本体的耐温程度。经与上述四个主要磨煤机生产厂加沟通，现在生产的中速磨煤机耐温可达300℃，考虑磨机的长期使用寿命，风粉混合物的温度最高可取100℃，基本可以满足锅炉燃烧要求。

(3) 磨损性

山西贫煤的冲刷磨损指数Ke一般在1.2～3.5之间，Ke<5，属较强以下，可以采用中速磨煤机。

综上所述，对于燃用山西贫煤的电厂，采用中速磨煤机制粉系统从满足锅炉燃烧方面考虑是可行的。

4 结论及建议

以往考虑山西贫煤低挥发份，较强磨损的特性，制粉系统一般选择钢球磨中贮仓热风送粉或双进双出钢球磨直吹送粉系统，通过本文一系列对比分析，认为采用中速磨不失为另一种可行的方法。当采用中速磨制粉系统是应注意以下几点：①注意煤种的磨损性，如Ke>5，则不应采用中速磨煤机；②为保证足够的煤粉细度，尽量配套动态或动静组合分离器；③在允许的范围内尽量提高一次风温；④对运输距离较远，来煤较不稳定的电厂，如采用中速磨制粉系统，建议磨煤机出力余量做适当放大处理，以保证锅炉运行的稳定性；⑤由于山西贫煤磨损性较强，在选取磨煤机时，尽量考虑采用后期磨损出力下降较少的厂家为宜。

[1]贾鸿祥.制粉系统设计与运行.

[2]保定南郊热电厂工程制粉系统方案优化专题报告[R].石家庄：河北省电力勘测设计研究院，2009，(7).

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