褐煤锅炉中速磨制粉系统干燥出力计算

周 旋，靳智平，谷沁洋

（山西大学动力工程系，山西太原 030013）

褐煤锅炉中速磨制粉系统干燥出力计算

周 旋，靳智平，谷沁洋

（山西大学动力工程系，山西太原 030013）

褐煤是我国火力发电的常用燃料，常选择中速磨煤机进行磨制。为保证中速磨煤机有较好的干燥出力，根据热力学第一定律建立磨煤机磨制煤粉时的热平衡方程式，并计算某种褐煤在不同负荷下的磨煤机热平衡，得到磨煤机干燥出力的主要影响因素为进入磨煤机的干燥剂流量及温度，并对选择的两种不同磨煤机进行干燥出力对比，计算结果表明干燥剂初温与风煤比呈现为近线性关系，根据结果拟合得到的曲线可为磨煤机干燥出力及炉膛煤粉燃烧调整提供依据，具有较为实际的应用价值。

高水分褐煤；制粉系统；热平衡；干燥出力

0 引言

我国能源结构富煤少油，近年来随着我国经济的迅猛发展及人民生活水平的提高，人均电力及能源消费等都有大幅提升，2014年我国原煤开采量达到38.6亿t，其中用于发电的原煤比例达到66%。尽管目前新能源发展较为迅速，可以减缓化石能源的使用压力，但依据目前能源使用状况及发展趋势，在今后较长一段时间内，煤炭在我国能源消费的主导地位不会动摇[1-2]。

褐煤是我国火力发电较为常用的燃料，储量丰富，其特点为收到基水分高、含硫量不均、挥发分较高、发热量多为中低热值、灰熔融点高等[3-4]，因此磨煤机在磨制褐煤时要考虑煤粉的干燥。

目前，磨煤机根据磨煤部件的转速分为：低速磨煤机、中速磨煤机、高速磨煤机[5-6]。燃用褐煤的锅炉制粉系统有两种配置方式，一是风扇磨煤机直吹式制粉系统，二是中速磨煤机直吹式制粉系统，应用较为广泛的是中速磨煤机[7-8]。常用的中速磨煤机的型式有辊盘式磨煤机、辊碗式磨煤机、辊环式磨煤机以及球环式磨煤机，这4种磨煤机的磨煤原理基本类似，最主要区别就是研磨部件的结构各不相同。

1 中速磨制粉系统热平衡

某锅炉为超临界直流炉，单炉膛，π型布置，尾部双烟道，配有7台中速磨直吹式制粉系统，每台磨煤机对应1层燃烧器，燃烧器切向布置，燃用煤种为褐煤。

磨煤机只能起到磨制煤粉的作用，其不具备干燥能力，但送入到磨煤机的高温气体可以干燥煤粉，因此干燥出力主要由热风来实现。通过建立磨煤机的热平衡，计算分析干燥剂出口的温度，判断该中速磨煤机的干燥出力是否达到要求[9]。热平衡的建立方法是磨煤机工作时煤粉和热空气输入系统的热量与最终出口带走的热量及消耗热量保持一致。对于不同的中速磨，热平衡的建立原则都是相同的，区别在于磨煤机工作时产生的热不同[10]。本文利用中速磨煤机的热平衡计算公式[11-12]，分析该制粉系统磨制褐煤时是否满足煤粉干燥要求。逐个分析进入到磨煤机的热量以及磨煤机出口风、粉带走的热量，建立热平衡关系式。

1.1 输入磨煤机的热量

磨煤机输入的热量包括原煤物理热、热空气带进去的热量、密封风的热量、磨煤机工作时产生的热量。计算时所取公式中关于热量的计算都是单位质量工质的热量。输入磨煤机的总热量计算公式

式中：qazj——热空气的热量，kJ/kg；

qmac——磨煤机工作时产生的热，kJ/kg；

qm——密封风的热量，kJ/kg；

qc——原煤的热，kJ/kg。

qazj、qmac、qm、qc的计算公式分别为

式中：qazj——干燥剂的比热容，kJ/（kg·℃-1）；

t1——干燥剂的初始温度，℃；

g1——干燥剂的流量，kg/kg。

式中：Kmac——磨煤机热损耗；

e ——磨煤机单位耗电量，kW·h/t。

式中：cm——密封风的比热容，kJ/（kg·℃-1）；

tm——密封风的初始温度，℃；

Qm——密封风流量，kg/kg。

式中：cc——煤粉的比热容，kJ/（kg·℃-1）；

tc——煤粉的初始温度，℃；

BM——煤粉燃烧量，kg/s。

1.2 最终工质带走及消耗的热量

磨煤机最终状态输出热量包括：蒸发原煤水分时水分吸收的热量、热空气以及煤粉带走的热量、设备的散热损失。最终状态带走及消耗的热量计算

式中：qev——蒸发原煤中水分时消耗的热量，kJ/kg；

qaz2——干燥剂带走的热量，kJ/kg；

qc2——煤粉带走的热量，kJ/kg；

q5——设备散热损失，kJ/kg。

qev、qaz2、qc2、q5的计算公式为别为

式中：cH2O——水蒸气的比热容，kJ/（kg·℃-1）；

tc——煤粉的初始温度，℃；

ΔM——煤粉干燥蒸发的水蒸气量kg/kg。

式中：caz2——干燥剂的干燥煤粉后比热容，kJ/（kg·℃-1）；

t2——干燥剂的终温度，℃。

式中：cc2——煤粉干燥后的比热容，kJ/（kg·℃-1）；

t2——煤粉干燥后温度，℃；

BM——煤粉燃烧量，kg/s。

根据热力学第一定律，上文分析得到的输入热量及输出热量应满足式（11）。

由式（11）可算出进入磨煤机的干燥剂即热空气的流量及温度、一次冷风及热风的配比等，同时还应综合考虑中速磨运行时的安全性、经济性等要求。磨煤机出口一次风温度太高容易发生爆炸事故，出口温度太低则煤粉干燥不够，不易点燃。通过磨煤机干燥出力的计算，制定合理、安全的磨煤机出、入口工质温度。

2 制粉系统干燥出力计算分析

对于褐煤锅炉中速磨直吹式制粉系统而言，影响制粉系统出力的因素较多，包括磨煤机出力、煤粉细度、磨制后煤粉的水分、磨煤机入口干燥剂温度等等。本文主要为了分析褐煤锅炉制粉系统干燥出力的影响因素，在计算中所用的褐煤全水分为34%，空干基水分含量为14.98%，设定煤粉细度R90取35%，这样可以保证良好燃烧。本文计算在不同负荷下两种磨煤机的干燥出力，分别为带静态分离器的碗式磨煤机，名义直径代号120，带3个磨辊（下文简称“HP1203型磨煤机”）和辊盘直径为2 250 mm的引进型辊盘式磨煤机 （下文简称“MPS225HP-II型磨煤机”），计算结果如下。

图1为2台磨煤机干燥剂温度与风煤比关系变化趋势，可以发现这两种型式的磨煤机在不同负荷下都呈现出随着风煤比的增大干燥剂温度降低的变化趋势，两者变化关系近似线性关系。为了使磨煤机出口温度满足设定的要求值，可以调节干燥剂的温度以及流量大小。因此影响制粉系统干燥出力的主要因素就是干燥剂温度与干燥剂流量。

图1 HP1203型和MPS225HP-II型磨煤机干燥剂温度与风煤比关系曲线

图2 HP1203型和MPS225HP-II型磨煤机干燥剂温度与空预器出口温度比较

图2为2台磨煤机干燥剂温度与空预器出口温度比较。可以看出HP1203型磨煤机的各工况点的温度差距都较明显，其中最小也达到了7℃，考虑到热风从空预器出口到磨煤机入口有一定的温降，当保温措施做好以及调节冷风流量，7℃的温降是在可控范围之内。相比之下MPS225HP-II型磨煤机的温差都不到3℃，实现起来难度和成本较大，因此通过热平衡计算，HP1203型磨煤机的干燥出力明显优于MPS225HP-II型磨煤机。

3 结论

建立中速磨制粉系统热平衡的计算公式，根据公式分别计算HP1203型和MPS225HP-II型这两种型号的磨煤机在不同负荷下运行不同台数时的磨煤机出力，分析计算结果得到以下结论。

a）影响制粉系统干燥出力的主要因素是干燥剂流量及温度，根据计算结果拟合得到的曲线可以为调整磨煤机干燥出力提供理论依据。

b） 计算两种不同型号的磨煤机的干燥出力，通过计算结果的比较，来选择较为合适的磨煤机，在保证磨煤机安全的前提下，调整干燥剂的温度以及流量，从而达到磨煤机磨制褐煤时的干燥要求。

参考文献：

[1]周志强.中国能源现状、发展趋势及对策 [J].能源与环境，2008，（6）：9-10.

[2]赵敏，黄东风，佘孝云.从BP世界能源统计年鉴看中国能源发展 [J].能源与环境.2014，（6）：16-17.

[3]傅雪海，路露，葛燕燕.我国褐煤资源及其物性特征 [J].煤炭科学技术，2012，40（10）：104-112.

[4]白中华，赵玉冰，黄海东.中国褐煤提质技术现状及发展趋势[J].洁净煤技术，2013，19（6）：25-29.

[5]张昀，李卫东，许传凯，等.褐煤锅炉磨煤机选型和煤粉水分选取的探讨 [J].中国电力，2011，44（8）：36-39.

[6]于清航.工业煤粉锅炉煤粉制备中速磨煤机的选型及发展 [J].洁净煤技术，2015，21（1）：99-102

[7]陈波，黄亚继，岳峻峰.HP磨煤机磨制经济型煤种的运行特性[J].热力发电，2014，43（12）：56-60.

[8]李战国，袁鸿飞，冷杰.MPS-HP-II型磨煤机磨制高水分褐煤出力计算及应用研究 [J].东北电力技术，2014，(10)：41-43.

[9]王有福.褐煤锅炉中速磨制粉系统出力调整试验研究 [D].北京:华北电力大学，2011：50.

[10]马有福.炉烟干燥开式制粉系统的锅炉热平衡及烟气特性计算方法 [J].热能动力工程，2014，29（6）：725-730.

[11]朱效毅，杨守文.磨煤机入口采用褐煤干燥技术分析 [J].黑龙江科技信息，2014，（35）：18.

[12]张力.电站锅炉原理 [M].重庆:重庆大学出版社，2009：69-77，175-190.

Analysis on the Orying Capacity of Medium Speed Coal Pulverized System for Lignite-fired Boilers

ZHOU Xuan,JIN Zhiping,GU Qinyang

(Power Engineering Department,Shanxi University,Taiyuan,Shanxi 030013,China)

Lignite is the common fuel for power plant in our country and it is usually pulverized bymedium speed coal pulverizer. Toensure themedium speed pulverizer tohavebetter drying capacity,thermalbalanceequation isestablished according to the first law of thermodynamics.A certain kind of lignite thermalbalance under differentpulverizer load is calculated.The resultsshow that the important factors influencing the drying capacity are the desiccantquality entering the pulverizer and its initial temperature.Two kinds of pulverizer are compared in termsofdrying capacity and it is found that the initial temperature of the desiccanthas linear relationship with the air/coal ratio.Based on the trend between desiccant temperature and air/coal ratio from the results,the furnace can adjust combustion situation for more efficiency.

highmoisture lignite;coalpulverizingsystem;thermalbalance;drying capacity

TK223.25

A

1671-0320（2016）03-0057-04

2016-01-28，

2016-04-13

周 旋（1984），女，吉林长春人，2013年毕业于重庆大学动力工程与工程热物理专业，硕士，助教，从事火电厂优化调整教学工作；

靳智平（1962），男，山西太原人，1983年毕业于太原工业大学热能动力装置专业，硕士，教授，从事电厂汽轮机以及洁净煤技术的教学和研究工作；

谷沁洋（1988），男，山西太原人，2013年毕业于重庆大学动力工程与工程热物理专业，硕士，助教，从事火电厂安全经济运行及优化调整教学工作。