HP碗式中速磨煤机在碾磨褐煤中的应用

0 概 述

近年来随着火力发电厂用煤情况的变化，新建火电厂有相当一部分燃用或准备燃用褐煤，如内蒙古上都电厂、辽宁清河电厂、印尼SURALYAR电厂和印度APL电厂等，一些老电厂也改用褐煤或掺烧褐煤，如海南东方电厂就改烧印尼褐煤、辽宁清河电厂老机组就掺烧蒙东褐煤。燃用褐煤的火电机组数量越来越多。能否选择一种好的碾磨褐煤的制粉设备是燃烧褐煤机组能否正常发电的关键因素，本文通过褐煤特性，燃用褐煤机组对磨煤机的要求，HP碗式中速磨煤机工作原理及其结构特点的分析，并结合HP碗式中速磨煤机在国内外褐煤机组中的应用介绍，论述了HP碗式中速磨煤机碾磨褐煤的可行性。给准备选用褐煤作为主要原料的火力发电厂选择磨煤机设备提供借鉴。

1 火电厂用煤

1.1 煤炭分类储量及褐煤特性

煤是一种植物化石燃料，它是由古代植物因地层发生变化，深埋地下，长期在高温、高压及地下水的影响下，经过复杂的化学作用和细菌作用而形成的。按照煤的煤化程度高低可将煤分为无烟煤、烟煤、次烟煤和褐煤。

按照国际能源署统计，世界煤炭可采资源储量约1万亿t，中国占有13%，就煤阶来看，烟煤及无烟煤占世界可采资源储量的53%，次烟煤占30%，褐煤量占17%。中国褐煤占可采煤资源总量的比例在16%以上，主要分布在内蒙古、云南、黑龙江和新疆地区。可以看出褐煤占有较大比例，具有很大的可开采量，合理的利用褐煤对于优化煤炭能源产业结构，以及火电事业的长期发展有很大的战略意义。

褐煤是煤化程度最低的一类煤，外观呈褐色到黑色，光泽暗淡或呈沥青光泽，见图1，挥发份一般在40%～50%，全水分一般达20%～50%，低位发热量一般只有7～16.7MJ/kg，因此褐煤一般具有高挥发份、高水分和低发热量的特性。

图1 褐煤

1.2 火电厂用煤

火电厂用煤主要采用煤质比较差的烟煤、次烟煤和褐煤，通常按表1分类。

表1 煤种分类

过去火电厂用煤主要为烟煤，但烟煤相对于褐煤价格偏高，而且储量越来越少，近年来随着大的褐煤矿的发现及开采，越来越多的火电厂开始采用褐煤作为主要燃料。

2 燃烧褐煤机组对磨煤机的要求

燃用褐煤发电机组通常采用两种磨型，一种为风扇磨，另外一种为中速磨。这里只讨论燃用褐煤机组采用中速磨的情况。

燃烧褐煤发电机组对磨煤机的要求，除了普通燃烧烟煤机组对磨煤机的通用要求外，由于褐煤的高水分和高挥发份特性，机组对磨煤机还有一些特殊要求。

(1)磨煤机的最大出力能满足锅炉MCR工况要求，并有一定余量，而且磨煤机出力有较大的调节范围，能满足锅炉变负荷的要求。

(2)磨煤机出口煤粉细度、煤粉温度和煤粉水分能够方便调节，满足锅炉需要。

(3)通过磨煤机的一次风量能够在一定范围内调节，在不影响磨煤机运行情况下，能满足锅炉对一次风率要求，适应锅炉燃烧需要。

(4)磨煤机对高水分原煤有较强的适应能力，不会造成磨内堵煤，也不会造成煤在磨煤机内的过分干燥。

(5)磨煤机有很好的抗爆能力，并有适当的防爆措施。

3 HP碗式中速磨煤机对褐煤的适应性

3.1 HP碗式中速磨煤机（见图2）的工作原理

图2 HP碗式中速磨煤机外形

HP碗式中速磨煤机主要由落煤管、分离器顶盖、内锥体、分离器体、叶轮装置、行星齿轮减速箱、排出阀、折向门调节装置、弹簧变加载装置、侧机体装置、磨碗装置、密封空气集管、石子煤排出口等部件组成。

该磨煤机的功能是碾磨原煤，使其达到能在锅炉内有效燃烧的细度。磨碗与减速机连接，并和减速机一起转动，原煤落入磨碗上后，在离心力的作用下沿径向朝外移动，在磨碗上形成一层煤床，煤床在可绕轴转动的磨辊装置下通过。这时，加载装置产生的碾磨力通过转动的磨辊施加在煤上，煤在磨碗和磨辊之间被碾磨成粉。作径向和周向移动的煤携带着被破碎的煤粉越过磨碗边缘进入输送介质（一次风）通道，输送介质通常是热空气，热空气有两个作用：一是干燥煤粉，二是输送煤粉，在输送介质的携带下，煤粉在磨煤机内部进行了二级分离，合格的煤粉被送到锅炉进行燃烧，不合格的煤粉返回磨碗继续进行碾磨。穿过气流掉入侧机体区域内的不易磨碎的外来杂物被装在磨碗毂上的刮板装置刮入侧机体底板上的孔内，然后进入石子煤收集系统，排出磨煤机（见图3所示）。

图3 HP碗式中速磨煤机工作原理

3.2 HP碗式中速磨煤机的出力

HP碗式中速磨煤机的出力可以分为碾磨出力和干燥出力，磨煤机的出力最终由两者中的小者决定。碾磨出力在磨煤机型号确定后主要取决于原煤水分、煤的可磨系数和煤粉细度。磨煤机的碾磨出力可以通过查磨煤机性能曲线表获得。

磨煤机的干燥出力可以通过热平衡计算获得，在原煤温度、环境温度和原煤全水分确定的情况下，热平衡计算中磨煤机的干燥出力最终主要取决于以下几个因素。

(1)磨煤机入口干燥介质的数量；

(2)磨煤机入口干燥介质的温度；

(3)磨煤机的出口煤粉水分；

(4)磨煤机的出口煤粉温度。

磨煤机入口干燥介质的数量越大、温度越高，磨煤机出口煤粉水分越大、温度越低，磨煤机的干燥出力就越大，反之磨煤机的干燥出力就越小。

对于高热值烟煤和低热值烟煤磨煤机由于原煤的水分比较少，磨煤机的干燥出力往往远大于碾磨出力，磨煤机的型号最终取决于碾磨出力。对于次烟煤和褐煤由于原煤的水分比较高，煤的可磨性随原煤水分的变化，其变化规律不明确，按照经验，在查磨煤机性能曲线表获得磨煤机碾磨出力时对原煤水分不做修正，磨煤机的出力最终往往取决于干燥出力。

HP碗式中速磨煤机现在已有从HP583至HP1303共九大系列，30种规格的磨煤机，基本出力从15.0 t/h增大到132.4 t/h，完全可以满足从50 MW到1 000 MW燃煤火电机组对配套磨煤机出力需要。每一规格的磨煤机出力都可以在25%～100%范围内变动，完全可以满足锅炉变负荷的需要。

3.3 HP碗式中速磨煤机出口煤粉细度、温度和水分的可调节性

HP碗式中速磨煤机在分离器顶盖上装有折向门调节装置，在磨煤机运行时可以手动调节折向门的开度，从而调节出口煤粉的细度。折向门开度越大，煤粉越粗，折向门开度越小，煤粉越细，折向门的开度与煤粉细度有良好的线性关系。内蒙古上都电厂HP1103磨煤机性能试验也证明了这一点，见图4。

图4 磨煤机折向门开度与煤粉细度关系

磨煤机出口煤粉的温度可以通过磨煤机入口一次风的温度来调节，入口一次风温度提高，出口煤粉温度就跟着提高，入口一次风温度降低，出口煤粉温度就跟着降低。内蒙古上都电厂HP1103磨煤机性能试验见图5所示。

图5 磨煤机入口温度与出口温度关系

磨煤机出口煤粉水分可以通过出口煤粉温度和入口风煤比来调节，磨煤机出口温度越高，入口风煤比越大，磨煤机的出口水分所占比例就越小，磨煤机出口温度越低，入口风煤比越小，磨煤机出口水分就越高。内蒙古上都电厂HP1103磨煤机性能试验见图6。

图6 磨煤机出口温度与煤粉水分关系

3.4 HP碗式中速磨煤机入口风量的可调节性

磨煤机的每个出力都对应一个计算入口风量，但为了更好地适应锅炉对磨煤机入口风量的要求，使锅炉达到最佳的一次风率，磨煤机的入口风量可在计算入口风量的基础上在一定范围内变动，并不影响磨煤机的稳定运行。

3.5 HP碗式中速磨煤机对高水分原煤的适应性

针对褐煤高水分的特点HP碗式中速磨煤机在结构上做了多项改进，磨煤机对高水分原煤的适应性表现在以下几个方面：

(1)针对褐煤高水分的特点，磨煤机将落煤管直径适当放大，以避免在原煤入口处出现堵煤；

(2)针对碾磨褐煤需要较高干燥剂温度，磨煤机内部温度较高，磨煤机磨辊采用较高粘度的润滑油；

(3)在磨煤机安装时，磨煤机的碾磨部件磨碗和磨辊之间留有一定间隙，磨煤机采用圆锥形磨辊，碾磨时不会形成封闭的受力煤团，而且磨煤机采用弹簧变加载，弹簧的加载力大小随煤层的厚度自动调节，有利于高水分褐煤的碾磨，不会在碾磨过程中将煤压成煤饼；

(4)磨煤机采用外置式弹簧变加载装置，磨煤机内部结构简单，磨煤机阻力小，煤的循环倍率低，此结构减少了原煤在磨煤机内部的循环干燥次数，避免煤在磨煤机内的过分干燥，磨煤机出口煤粉水分不至于太低，以获得更大的磨煤机干燥出力。

3.6 HP碗式中速磨煤机的防爆措施

针对褐煤挥发份高，易燃易爆的特点，HP碗式中速磨煤机采取了多项措施：

(1)磨煤机内部结构是按照无死角设计的，可以有效地避免煤粉在磨煤机内的堆积现象，杜绝着火的可能性；

(2)磨煤机本体上留有安装CO探测器接口，出口留有测量温度和压力接口。可以对磨煤机内部运行状况进行监视；

(3)磨煤机上留有惰性蒸汽接口和灭火喷水接口。如果发现有着火迹象可以及早处理；

(4)磨煤机壳体本身具有一定的防爆能力，防爆能力按≥0.35 MPa设计。

3.7 HP碗式中速磨煤机在碾磨褐煤中的应用

HP碗式中速磨煤机很早已经应用在研磨褐煤机组，其中最典型的是上重公司出口马来西亚古晋电厂的HP683磨煤机，研磨的原煤全水分为32.3%,古晋电厂一期HP683磨煤机已正常运行10年多，完全达到设计要求，古晋二期仍然选用上重公司的HP683磨煤机。

内蒙古上度发电厂是国内首套600 MW燃烧褐煤发电机组，其1号机组和2号机组都采用HP1103磨煤机，已分别于2006年7月和2006年8月投入商业运行。2007年6月西安热工研究院对上都电厂2号机HP1003磨煤机进行了性能试验，试验时原煤水分高达38.9%～42.5%，实验结果表明：HP碗式中速磨煤机出力完全能达到设计要求，无堵煤现象，磨煤机的出口煤粉细度随折向门开度有良好的线性对应关系，调节方便，出口煤粉水分随出口温度的增高而降低，有良好的可调性。出口煤粉温度随入口风温的提高而提高，有良好的可控性。但实验中也暴露出一些问题，由于原煤全水分远高出设计煤种原煤水分（设计煤种原煤全水分为29.5%），而且受到系统提供的磨煤机入口一次风温度无法继续提高以及锅炉一次风率要求的限制，磨煤机干燥出力在65 t/h已基本上达到最大值，而从磨煤机主电机电流来看磨煤机的碾磨出力还有较大余量。如果要想进一步提高磨煤机的干燥出力，需要系统提供更高的一次风温度或锅炉放宽对一次风率的要求，使磨煤机能够有更大的一次风量。

辽宁清河电厂“以大代小”1×600 MW超临界机组，其用煤为霍林河褐煤，所配磨煤机为上重公司提供的HP1103磨煤机。2010年该机组投入运行，2010年6月东北电科院对该机组进行了性能试验，磨煤机出力达到78.7 t/h，高于磨煤机保证出力78 t/h，磨煤机其他各项指标也达到了设计值。

近年来印度尼西亚褐煤得到了广泛应用，印度尼西亚褐煤也大量出口到中国沿海地区和印度。印尼SURALYAR电厂是印尼首套600 MW褐煤机组，采用上重公司生产的HP1103磨煤机，电厂目前已投入运行，磨煤机各项指标达到设计要求。

5 结 论

综上所述，不管从理论分析还是实际运行情况来看，HP碗式中速磨煤机都能满足燃烧褐煤火电机组对中速磨煤机的要求。到目前为止，HP碗式中速磨煤机已在国内外20余个燃用褐煤热电厂中得到成功应用，所碾磨的褐煤原煤水分最高已达42%。

但另一方面对于高水分的褐煤制粉系统，磨煤机的出力往往取决于其干燥出力，而磨煤机本身并不具备干燥能力，磨煤机干燥出力还赖于系统提供一定数量和一定温度的干燥介质来保证。因此要想提高磨煤机的出力还需要系统的进一步配合，如系统提供更高温度或更多数量的干燥介质，这就需要对锅炉空气预热器和锅炉结构进行适当改进。

[1]陈鹏.中国煤炭性质分类和利用[M].北京：化学工业出版社,2006.

[2]DL/T 5145-2002.火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[S].2002.

[3]ALSTOM公司HP系列碗式磨煤机选型方法[S].2003.

[4]DL/T 466-2004.电站磨煤机及制粉系统选型导则[S].2004.

[5]上都电厂HP1103磨煤机磨制高水分褐煤性能试验报告[R].西安热工研究院有限公司,2007.

[6]清河发电有限责任公司9号机组锅炉性能考核试验报告[R].东北电力科学研究院有限公司,2010.