磨煤机及制粉系统的设计及选型研究

黄 惠，于鑫玮，葛永建

（1.河南省众慧电力工程咨询有限公司设计院，河南郑州450007；2.东莞中电新能源热电有限公司，广东东莞523127；3.华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）

磨煤机及制粉系统的设计及选型研究

黄 惠1，于鑫玮2，葛永建3

（1.河南省众慧电力工程咨询有限公司设计院，河南郑州450007；2.东莞中电新能源热电有限公司，广东东莞523127；3.华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）

以某型机组的制粉系统为例，分析了煤质特性对磨煤机的选型和制粉系统的影响。对比了不同制粉系统的设计方案后，决定采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统。通过对磨煤机性能参数计算和制粉系统主要性能参数的计算，确定了磨煤机的最终型式。投运后，制粉系统的运行稳定可靠。

磨煤机；制粉系统；设计；方案；优化；设备；选型；计算

0 概 述

某型燃煤发电机组的锅炉为高温高压、自然循环汽包炉，设计为单炉膛∏型露天布置、全钢架结构、无再热系统、平衡通风、固态排渣、炉顶设置金属屋盖及防雨罩。对于该型机组采用的磨煤机形式，是否能适应该地区煤种的高水分、高挥发份的特点，在设计选型时存在诸多的不确定因素，需通过计算进行验证。

现对60MW褐煤锅炉机组的制粉系统进行选型及优化，提出该地区1×60MW扩建机组磨煤机及制粉系统［2］的选择及选型方案，以期为褐煤机组的设计提供参考。

1 磨煤机与制粉系统的选型与计算

1.1 煤质分析与判定

1.1.1 煤质分析

根据煤质资料，煤质的成分和其它参数，如表1所示。

表1煤质资料

1.1.1 煤质的判定

通过煤质分析报告，可以判定并计算出煤质的特性参数。

（1）设计煤种属于高水分褐煤。

（2）Vdaf=45%。

（3）通过查询着火温度，判断IT＜600℃。

（4）由于该煤质分析未体现磨损系数的情况，只能根据灰的成分进行判断，由Si02/A1203=51.44/ 32.91＜2，属于磨损性较强行列。判断煤的冲刷磨损指数Ke为2.0～3.5。

（5）外在表面水分Mf的计算。

煤的全水分Mt，由外在表面水分Mf和内在水分Mad（即空气干燥机水分组成），三者的关系为：

Mt=Mf＋［Mad×（100-Mf）］/100

32=Mf＋［16.42×（100-Mf）］/100

Mf=18.64

（6）R90计算。

当燃用煤种为褐煤及油页岩时，煤粉细度为R90=35%～50%；设计取R90=35%。取最低值，是主要考虑后续煤种的变化，使磨煤机也具备一定的裕量。

根据煤质特性，选取磨煤机及制粉系统型式。参考制粉系统的磨煤机的推荐列表，针对该设计煤种，可采用直吹式中速磨煤机以及风扇磨煤机。

1.2 磨煤机选型方案的比较

1.2.1 风扇磨煤机与中速磨煤机的性能

根据风扇磨煤机与中速磨煤机的运行特点，分析比较了设备的性能结构与参数，如表2所示。

表2风扇磨与中速磨(HP)性能对比表

序号 项目 磨煤机（HP）风扇磨煤机11 电耗 电耗较低，一般为每吨煤8～9kW，但因磨煤机阻力较高，一次风机电机功率高［21］。干燥剂可由高温炉烟、冷炉烟以及热空气混合组成。根据燃煤水分，在运行中调节这三种介质的比例。12 噪音 噪音较小，距设备1m处的噪音小于85dB。 噪音较大。13 易损件寿命 磨辊及磨盘轴瓦的寿命约为8000h。 冲击板在运行中磨损大，寿命短。在大型S型风扇磨中，冲击板的寿命约为1200h。14 日常维修工作量 设备结构较复杂，日常维护要求较高，每年需更换耐磨件。 初投资低，维护量大，经常更换耐磨件。

1.2.2 各种方案的利弊分析

（1）对原煤水分的适应性

中速磨煤机用热风作为煤粉的干燥剂，入口处热风的温度一般低于400℃，干燥能力受到限制。风扇磨煤机抽取温度为900～1000℃高温炉烟作为干燥介质，干燥能力很强，再配以热风和冷炉烟，系统干燥出力的调节幅度大，对煤的水分变化适应性强。因此，燃用高水分（Mt＞40%）和偏高水分（Mt为30%～40%）褐煤的锅炉，采用风扇磨直吹式制粉系统较好。对于燃用中等水分（Mt为20%～30%）褐煤的锅炉，其制粉系统采用风扇磨煤机和中速磨煤机均是可取的。

（2）磨损性和可磨性对制粉系统的影响

根据某些机组的运行经验，中速磨煤机在磨制褐煤时，褐煤与热风将在磨煤机中混合，当煤的水份降低至25%以下时，哈氏可磨系数（HGI）逐步上升，即可磨性提高，HGI值每提高10%，能使磨煤机出力提高约13%。本例工程的煤质磨损指数为2.0～3.5，属于较强，对中速磨煤机和风扇磨煤机都适用。由于磨煤机本体结构的原因，风扇磨煤机的最大弱点是磨损较严重，检修频繁，连续运行时间短。冲击板运行周期为2500～4000h，而中速磨煤机的磨损件寿命至少为8000h。试验结果表明，在煤粉细度相等的情况下，HP中速磨煤机的磨损率明显低于风扇磨煤机的磨损率（约4倍），而HP中速磨煤机研磨部件的金属利用率为50%，风扇磨煤机约为30%。相比而言，中速磨煤机研磨件的使用寿命更长。如果研磨部件的磨损率较大，将影响机组的安全运行和经济效益。

（3）制粉系统的漏风问题

风扇磨直吹制粉系统为负压运行，故漏风问题比较突出，制粉系统的漏风不可避免，这是造成制粉系统干燥出力不足的原因之一。由于漏风量大，燃烧用的二次风量减少，使燃烧工况劣化，并使经过空气预热器的风量降低，致使锅炉的排烟温度升高，降低了锅炉运行效率。

（4）煤粉含水分值的选取及干燥出力

煤粉含水量过大时，煤粉在炉内飞扬不畅，着火缓慢，燃烧不完全，制粉系统内的风粉混合物的露点高，易引起堵塞。对于挥发分高的煤种，如果煤粉过于干燥，将增加自燃和自爆的概率。对于褐煤煤粉水分的选取，风扇磨煤机按0.5～1倍的空气干燥基水分，因为风扇磨煤机磨制的煤粉较粗（R90=40%～50%），较高的送粉温度和较低的煤粉水份，才能确保可靠地燃烧。对于风扇磨煤机，采用了高温炉烟进行干燥。中速磨煤机磨制的煤粉较细，煤粉与热风的接触面积大，较高的水分也能保证良好的燃烧。所以，对于中速磨煤机，煤粉的干燥出力也是能满足要求的，干燥露点温度为57℃，不需要考虑结露风险。

（5）制粉系统防爆

褐煤具有高水分、高挥发分的特点。制粉系统不仅需满足干燥出力的要求，还要防止系统内出现自燃与爆炸等现象。风扇磨直吹式制粉系统引用炉烟进行干燥，呈惰化气体输送。风扇磨煤机一次风的出口温度为120～180℃，用高温炉烟干燥，可使系统内二氧化碳的含量大于4%。实际运行证明，应用这种配置方式，在干燥煤粉的同时，能有效地防止制粉系统的自燃和爆炸。对于中速磨煤机系统，需采取有效的防爆措施，在高于系统内风粉混合物露点4～6℃的前提下，磨煤机的出口温度不高于70℃，煤粉管道的设计流速，应选用较高流速值（推荐流速的上限值）。当磨煤机低负荷运行时，煤粉管道流速应大于18m/s，且设备及管道空间内无死角和积粉现象。制粉系统应设置有效的惰化措施和灭火系统。

（6）二种检修方案及费用

中速磨煤机和风扇磨煤机的检修方案及检修费用的对比，如表3所示。

表3风扇磨煤机与中速磨煤机的检修方案及检修费用

（6）二种设计方案相关设备的对比

二种制粉系统的方案中，主要设备及相关设备的电机功率对比，如表4所示。

表4二种制粉系统设备电机功率的对比表 （kW）

从表4可知，二种制粉系统中，中速磨煤制粉系统所用的设备较多，但总的电机功率相近。

综合各因素后，若选用风扇煤磨系统，虽然比较经济，投资小，但对电厂的后续维护及耐磨件的更换，将提出更高的要求。所以，最后采用了HP中速磨煤机热一次风机正压直吹式制粉系统。

1.3 磨煤机性能参数计算

选择磨煤机的主要性能参数和公式计算，如表5所示。

表5磨煤机的主要性能参数

根据计算结果，选定的中速磨煤机型号为HP743，采用静态离心式分离器。

1.4 制粉系统主要参数计算

根据锅炉运行工况，对制粉系统的有关能参数进行了计算，计算结果，如表6所示。

2 制粉系统的缺陷及优化

2.1 制粉系统的运行缺陷

针对该地区锅炉燃煤的特性，最终选择了中速磨煤机、直吹式制粉系统。在实际运行中，还是发现制粉系统的运行存在某些缺陷。

（1）制粉系统的排渣方式

表6锅炉制粉系统主要性能参数

因磨煤机的排渣门磨损，导致密封不严，存在不同程度的内漏和外漏。在出渣及转运过程中，时常有粉尘飞扬，污染了环境。

（2）气动插板式关断门的故障

磨煤机入口热一次风隔绝门，原采用气动插板式关断门（接口直径为1120mm）。但因结构繁琐，还有复杂的连锁动作，在运行中故障率较高。

（3）粗粉分离器的静态挡板

磨煤机出口的粗粉分离器，原设计为静态挡板式分离器，静态分离器对煤种的适应性较差。制粉系统的电耗高，飞灰含碳量较高，影响了锅炉的燃烧及效率，不利于节能环保。

（4）煤仓存在堵煤现象

煤仓偶尔存在堵煤现象，原煤斗尺寸直径为1000mm，转换为给煤机入口尺寸570×570mm后，通过法兰连接，方圆过渡节的设计长度为2m。由于收口过小，在使用38%全水分煤质时，造成了堵煤现象。

（5）磨煤机在经过一段时间的运行后，发现3台磨的负荷出力不一致，其中B、C磨煤机的出力明显低于保证出力值21.6t/h。

（6）出口装置及粉管被磨损

本例工程中，磨煤机的出口装置多为铸钢结构，粉管材料为10号钢。投入运行不久，磨煤机A的出口装置和粉管被磨损，出现了泄漏现象。

2.2 优化对策

（1）对排渣系统改造后，维持磨煤机原排渣出料口的有效通径。更换了排渣出料口以下的部分材料。配套系统采用全封闭结构，排渣门由原液压驱动，改为更加可靠的气动执行机构。

（2）为保证热风门开关动作可靠，并解决轴封漏灰等缺陷。在机组检修时，对磨煤机的入口热风门进行了改造，整体更换为气动翻板式隔绝门。

（3）选用动态分离器，对原静态挡板式分离器进行技术改造。相比原静态分离器，动态分离器增加了1台变频驱动电机，可控制分离器动叶的转速，调节出口煤粉细度，其变频控制柜安装在给煤机层，实现了远程调节功能。

（4）针对堵煤现象，解决的方法是在闸阀上部500mm处，增加振打装置。或者可对给煤机的入口进行改造，在征求制造厂同意的情况下，考虑增加给煤机的入口空间。

（5）3台磨煤机中，磨煤机B、磨煤机C的最大出力达不到理论值。通过停机检查，发现磨煤机A磨辊与磨碗的静态间隙为5mm，而磨煤机B、磨煤机C磨辊与磨碗的静态实际间隙分别为12mm，10 mm。重新调整了这2台磨煤机的静态间隙后，出力均能满足运行要求，达到22t/h。

（6）对出口装置的内壁进行改装

对磨煤机的出口装置内壁进行了设计修改，采取了防磨处理。采用耐磨复合钢内衬加陶瓷防磨相结合的形式，对磨煤机出口直管易磨损的1.5m区域，更换为不锈钢内衬陶瓷的结构形式，将直管其它易磨损区域更换为双金属耐磨钢结构。改造后，磨煤机顶部均未出现泄漏现象。

3 结 语

（1）总结了煤质对磨煤机及制粉系统选型的影响，对比了不同磨煤机的结构型式，最终决定选用HP中速磨煤机正压直吹式制粉系统。

（2）利用公式计算，确定了制粉系统的管道尺寸等参数。确定了磨煤机的最终型式。

（3）对运行中存在的缺陷，提出了相应的优化措施。目前，运行缺陷均已消除，生产运行稳定。

（4）对于水分偏高煤种，当煤水分为16%～19%时，国内常选用风扇磨煤机，而本例工程中，煤种水分为18.64%及32%，同样适合中速磨煤机的碾磨，且运行状态良好。

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DesignandSelectionofCoalMillerandPulverizingSystem

HUANGHui1，YNXin-wei2，GEYong-jian3
（1.HenanElectricityInvestigationandDesignInstitute，Zhengzhou450007，Henan，China；2.DongguanChinaPower NewEnergyThermalPowerCo.，Ltd.，Dongguan523127，Guangdong，China；3.NorthChinaElectricPower University，PowerEnergyandMechanicalEngineeringInstitute，Baoding071003，Hebei，China）

Bytakingthecoalpulverizingsystemofaboiler，thispaperstartswiththeanalysistotheeffectofcoal qualityoncoalmillmodelselectionandpulverizingsystem.Anditsummarizesconventionalpulverizingsystem proposalsandmakescomparisonandsummaryofdifferentcoalmillsandpulverizingsystems.Finally，thispaper determinesthepulverizingsystem，MediumSpeedMillPositivePressureDirectFiringCoalPulverizingSystemof Desiccant，whichconformstotheproject.Bycalculationoftwoimportantpartsofpulverizingsystem.Thispaper determinesthefinalcoalmillmodelandformulatesthepulverizingsystemdiagram.Regardingthedefectsinthe operation.Thefactsindicatethatthepulverizingsystemisstableandreliableafteroperation.

coalmiller；pulverizingsystem；design；plan；optimization；equipment；selection；calculation

TK223.25

A

1672-0210(2015)04-0017-05

2015-09-21

黄惠（1990-），女，助理工程师，从事火力机组运行方面的技术工作。