双进双出钢球磨煤机风煤比及风量计算

田庆峰，陈 牧，张鹏霄，宋家明

(1.中南电力设计院，湖北 武汉 430071；2.北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141；3.上海重型机器厂有限公司，上海 200245)

双进双出钢球磨煤机风煤比及风量计算

田庆峰1，陈 牧1，张鹏霄2，宋家明3

(1.中南电力设计院，湖北 武汉 430071；2.北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110141；3.上海重型机器厂有限公司，上海 200245)

本文分析了MGS型双进双出钢球磨煤机通风曲线选用方法、磨煤机最大出力时分离器出口风煤比的选择原则，提供了磨煤机风量测量装置最大量程的计算方法。

双进双出钢球磨煤机；通风曲线；风煤比。

双进双出钢球磨煤机是我国燃煤电厂应用较多的一种低速磨煤机，国内生产MGS型双进双出钢球磨煤机的厂家主要包括北方重工集团有限公司、上海重型机器厂有限公司。

工程设计中，合理选用磨煤机的通风曲线、风煤比、风量计的量程并同时满足锅炉燃烧及磨煤机出力的需要，是一项最基础的设计配合工作。

1 MGS型磨煤机的通风曲线

MGS型钢球磨煤机分离器出口的风量包括进入磨煤机热风盒的风量Qr、旁通风量Qp、磨煤机密封风量Qsm、给煤机密封风量Qsg、煤粉蒸发水分QΔM，其中进入磨煤机筒体的风量(包括进入磨煤机两端热风盒的风量Qr、磨煤机的密封风量Qsm)主要功能是干燥及输送经过磨煤机破碎后的煤粉颗粒，并起到调节磨煤机出力的作用，无论是何种煤种、何种磨型，进入磨煤机筒体的风量(Qr+Qsm)的风煤比始终为1.35(国内制造厂A及制造厂B均按此数据计算)；旁通风量Qp、给煤机密封风量Qsg不进入磨煤机的筒体，经过螺旋输送器处直接进入分离器进口管道。

旁通风主要作用是满足燃煤干燥出力、补充一次风满足一次风率的要求，如果进入磨煤机筒体的风量(Qr+Qsm)已经满足燃煤干燥出力及一次风率的要求，则旁通风量理论值可为零。磨煤机密封风根据密封风的风压与进入磨煤机热风盒的风压的差值进行调节，在计算中磨煤机密封风量、给煤机密封风量一般取用定值数据。

《DL/T5145－2002 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》中图5.6.3给出了双进双出钢球磨煤机通风量和磨煤机出力的关系曲线，见图1。

图1 双进双出钢球磨煤机通风量和磨煤机出力的关系曲线

图1中原始的曲线为“40%及以下碾磨出力时分离器出口的风量为80%磨煤机最大出力时的分离器出口风量(不含煤粉蒸发水分QΔM)”，即阴影区最左侧的曲线。阴影区是工程实际设计中“可能采用”的通风曲线区域，DL/ T5145中并未列出。

1.1 厂A对磨煤机通风曲线选择的建议

制造厂A认为，在工程实际应用中，为满足锅炉一次风率的需要，可以选用“70%及以下碾磨出力时分离器出口的风量为80%磨煤机最大出力时的分离器出口风量(不含煤粉蒸发水分QΔM)”的曲线，且此两条曲线(此两条曲线为：40%及以下碾磨出力对应80%通风率曲线、70%及以下碾磨出力对应80%通风率曲线)之间的任意一条曲线在工程中均可选用(图1中的阴影区1及阴影区2)，其主要目的就是为了满足锅炉一次风率及磨煤机干燥出力的需求。

在图1的阴影区域内，当选用靠右侧的曲线时，可以获得较低的一次风量及一次风率，比较适合燃烧无烟煤、贫煤的工程，当选用靠左侧的曲线时，可以获得较高的一次风量及一次风率，比较适合燃烧烟煤、褐煤的工程(当选用钢球磨时)。在某些煤种燃烧所需的风煤比较低的情况下，即使采用80%最小风量对应70%磨煤机的最大出力，也无法实现锅炉最大连续出力(Boiler Maimum Continuous Bating, BMCR)工况运行时较小的风煤比，此时可将热平衡计算及通风量计算时取用的“磨煤机最大碾磨出力”的数值减小(比如实际最大出力为70 t/h，但在选择通风曲线时，磨煤机最大出力定为60 t/h)，其实质是人为修改了磨煤机碾磨出力的负荷率，进而调整了其通风量，从而实现上述要求。

通风曲线的通用方程式为：

φ＝(b+k×Xm/100)×100 % (1)

式中：k、b为待求取的常数；Xm为磨煤机的碾磨出力负荷率(单位为%)；φ为碾磨出力负荷率Xm所对应的通风率φ(单位为%)，当Xm＝100%时，通风率φ＝100%，当Xm≤某一特定负荷时，通风率φ＝80%(即通风率的最小值为80%)。

上述通风曲线的方程式可通过以下两公式联立求解：

k+b＝1 (2)

k×Xm/100+b＝0.8 (3)

可得出任意的曲线方程(中速磨的通风曲线求解过程与此类似，只不过第②式右侧的数据不同而已)，当40%(或50%、或60%、或70%)及以下碾磨出力时分离器出口的风量为80%磨煤机最大出力时的分离器出口风量(不含煤粉蒸发水分QΔM)时，4个典型的通风曲线如下：

(1) φ＝(2/3+1/3×Xm/100)×100，Xm≤40%，φ＝80%；

(2) φ＝(0.6+0.4×Xm/100)×100，Xm≤50%，φ＝80%；

(3) φ＝(0.5+0.5×Xm/100)×100，Xm≤60%，φ＝80%；

(4) φ＝(1/3+2/3×Xm/100)×100，Xm≤70%，φ＝80%；

1.2 厂B对磨煤机通风曲线选择的建议

制造厂B认为，理论上只要控制磨煤机碾磨出力负荷≥40%时总风量在80%～100%之间变化，旁路风量曲线可根据要求作任意变动，但设计时建议尽量把最低通风量(80%)对应的碾磨出力负荷率控制在40%～60%以下(图1中的阴影区1)，即40%及以下碾磨出力对应80%通风率曲线、60%及以下碾磨出力对应80%通风率曲线之间的任意一条曲线在工程中均可选用。

制造厂B的主要理由如下，双进双出钢球磨煤机的最大出力一般情况下会高出BMCR工况接近20%，高出BRL工况会高出25%左右，若将最低通风量(80%)对应的碾磨出力负荷率调整70%甚至更高的点，正常出力时已经很接近设定的最低通风量(即BRL工况磨煤机正常出力时分离器进口的风量比较接近磨煤机最大出力时通风量的80%)，这样负荷变化时将没有足够的出力调整空间(即分离器进口风量、分离器折向挡板开度、煤粉细度、分离器出力及分离效率，不易协调一致)。

1.3 本文对磨煤机通风曲线选择的小结

本文对“理论极限通风曲线(即理论上可取用的最右侧的通风曲线)”论证如下，在图1中，当取用靠右侧的曲线时(阴影部分的曲线)，作为最低要求，在任何碾磨出力负荷率的情况下，宜保证Qp+2×Qsg≥ g2max×Bmax－1.35×Bmax。当磨煤机最大出力Bmax对应的分离器出口风煤比g2max(不含煤粉蒸发水分)确定之后，能够选用的最右侧的曲线就确定了(Qp+2×Qsg＝g2max×Bmax－1.35×Bmax)，详见图2。

在图2中，理论通风曲线极限位置对应的磨煤机的碾磨负荷率Xm’＝[0.8×g2max×Bmax－(g2max×Bmax－1.35×Bmax)]/(1.35×Bmax) ×100%＝(1－0.2×g2max/1.35)×100%,根据常用的分离器出口的风煤比g2max数据，可以给出Xm’与g2max的对应关系，详见表1。

表1 Xm’与g2max的对应关系表

由表1可以看出，两家制造厂提供的曲线范围均位于“理论极限通风曲线”的左侧)。

此外，每个工程均存在设计煤种和校核煤种，实际运行中也无法适时判断进入磨煤机的煤是设计煤种还是校核煤种，当各个煤种的最大碾磨出力、BMCR运行工况耗煤量相差较大时，采用同一条通风曲线会导致各个煤种的一次风总量及一次风率呈现出较大差异，在进行磨煤机热平衡计算及通风量计算时，可调整个别煤种的最大碾磨出力(或者以设计煤种的最大碾磨出力为准，或者以各个煤种中碾磨出力的最大值为准)，其实质是人为调整了碾磨出力的负荷率，保证了各个煤种在相同锅炉负荷下磨煤机的通风量比较接近。

本文认为工程设计中通风曲线的初步选用暂按制造厂B的意见执行，即采用图1中的碾磨出力负荷率为40%～60%及以下时对应80%磨煤机最大出力时的分离器出口风量(不含煤粉蒸发水分QΔM)的任意一条曲线，具体工程的通风曲线的选定仍可以与两家制造厂讨论确定，以获得合适的一次风率，实现空气预热器出口热一次风温、磨煤机入口风温、一次风量之间的合理匹配。

图2 磨煤机通风曲线的极限位置

2 最大出力时分离器出口风煤比确定

为满足锅炉燃烧所需的一次风率，除了前述的选取合适的通风曲线外，双进双出钢球磨煤机最大出力时分离器出口风煤比的取值，同样可以影响一次风量及一次风率。除上述因素外，磨煤机型号(即磨煤机的碾磨出力裕量系数的大小)也影响BMCR工况的一次风率及一次风量。

分离器出口的风量Q2＝(Qr+Qsm)+(Qp+2×Qsg)+ QΔM，在与磨煤机厂家进行配合计算中，分离器出口的风煤比g2通常不考虑QΔM(g2不含煤粉水分，仅仅是一个磨煤机厂家的标准定义，实际煤粉水分不但参与了磨煤机的热平衡计算，而且磨煤机分离器出口也包含了煤粉水分，选型设计及运行中分离器出口最大体积流量不应超过分离器规定的最大体积流量)，这一点在工程配合计算中应特别注意。

与磨煤机厂家配合计算时，分离器出口的风煤比为g2＝[(Qr+Qsm)+(Qp+2×Qsg)]/B ＝(gr+Qsm/B)+(gp+2×Qsg/B) ＝1.35+(gp+2×Qsg/B)＝g1+(Qsm+2×Qsg)/B，上式中g1为磨煤机入口风煤比，g1＝(Qr+Qp)/B＝gr+gp，B为磨煤机的碾磨出力，gp为旁通风的风煤比，gr为热风盒风量的风煤比。

2.1 厂A对最大出力时分离器出口风煤比选取建议

制造厂A认为，当磨煤机在最大出力时，如果磨煤机干燥出力及一次风率满足锅炉燃烧要求，理论上旁通风量可以取值为≥0的数据，因此磨煤机最大碾磨出力时，分离器出口的最小风煤比理论上可以为g2max＝1.35+2×Qsg/Bmax。

2.2 厂B对最大出力时分离器出口风煤比选取建议

制造厂B认为，除考虑制造厂A的意见外，在磨机选型设计时，风煤比初始设定还必须考虑到煤粉细度的要求，具体考虑如下： (1) 煤粉细度要求85%～90%以上(通过率200目)时，磨煤机最大出力对应的风煤比取1.6～1.7；(2)煤粉细度要求75%～80%以上(通过率200目)时，磨机最大出力对应的风煤比取1.4～1.5。

制造厂B主要理由如下，除了进入磨机筒体的风量外(1.35的风煤比对应的风量，即热风盒风量与磨煤机密封风量的总和)，其余风量(即旁通风量和给煤机密封风量的总和)对煤粉的选送还是起到直接作用，对于双进双出磨煤机煤粉细度要越高的时候，分离器挡板开度要求越小，分离器内部阻力变大，同时煤粉的回粉率增大，循环负荷便大，为了保证出力，风压及风煤比需要相应增大，因此“要求的煤粉细度越细则风煤比越大，反之风煤比越小”。

2.3 本文对最大出力时分离器出口风煤比选取小结

关于“双进双出钢球磨煤机最大出力时分离器出口风煤比”的确定，制造厂A认为应优先考虑锅炉燃烧一次风率的需要(煤粉细度变细引起的磨煤机出力下降的情况，在磨煤机选型时已经考虑了设计余量)，制造厂B认为除此之外还应考虑煤粉细度及出力的需要。本文认为，制造厂A提出的“磨煤机最大出力时分离器出口的最小风煤比理论上可以为g2max＝1.35+2×Qsg/Bmax”是最基本的、最低的要求，任何型号的磨煤机均必须满足，磨煤机最大出力时分离器出口的风煤比数值选取，具体工程中可与两家制造厂协商确定。

根据上述磨煤机的碾磨出力能力、选定的通风曲线、最大碾磨出力时分离器出口风煤比的取值，即可计算出各个负荷下磨煤机的通风量，最终选用的各个负荷下的磨煤机通风量、一次风率、空预器出口热一次风温度应与锅炉厂的要求基本一致。因此，通风曲线的选取及磨煤机最大出力时风煤比的取值，是确定一次风率、选择一次风机、确定制粉系统管径的重要依据。

3 风量流量计的取值

典型的双进双出钢球磨煤机冷风及热风插板门、风量测量装置的配置以具体工程为准，以下主要说明各个流量计刻度流量的确定方法。

以某300 MW燃烧无烟煤的工程为例，每台锅炉配置4台MGS3854型双进双出钢球磨煤机，其通风曲线及基本资料见图3。

通过图3，可以得出各个流量测量装置BMCR工况的刻度流量及最大计算风量，详见表2。

图3 双进双出钢球磨煤机通风曲线示例

① 设计煤种最大碾磨计算出力为43.6 t/h，BMCR工况单台磨煤机的运行出力为35.5425 t/h；

② 磨煤机通风曲线方程为φ＝(0.5+0.5×Xm)×100，Xm≤60%，φ＝80%；

③ 单台磨煤机密封风量3.8 t/h，2台给煤机密封风量1.542 t/h；

④ 分离器出口最小风煤比为g2＝1.35+2×Qsg/B＝1.35+1.542/43.6＝1.385，计算时实际取值1.4 (多余的风量为旁通风量)。

表2 双进双出钢球磨煤机风量流量计选型量程

由以上示例看出，BMCR工况及磨煤机最大出力工况时旁通风的流量，与磨煤机启动时的旁通风量相差甚远，磨煤机最大出力时旁通风量接近于零，BMCR工况时旁通风量仅占磨煤机启动时旁通风量的约12.4%。因此旁通风管道的管径选择不能单纯依据BMCR工况的旁通风量来进行设计，旁通风道的管径宜不小于磨煤机厂家的接口管径，旁通风管的最大流速的上限值宜为25～35 m/s(此上限值参考热风再循环管道的推荐流速)。

4 结论及建议

(1)双进双出钢球磨煤机通风曲线的初步选用，可按照图1中的碾磨出力负荷率为40%～60%及以下时对应80%磨煤机最大出力时的分离器出口风量(不含煤粉蒸发水分QΔM)的任意一条曲线，具体工程计算时，通风曲线的选定可以与两家制造厂讨论确定。

(2)磨煤机最大出力时分离器出口的最小风煤比为g2max＝1.35+2×Qsg/Bmax(理论值)，这是最基本的、最低的要求(磨煤机最大出力时，旁通风量为0)，任何型号的双进双出钢球磨煤机均必须满足，磨煤机最大出力时分离器出口的风煤比的取值，具体工程中可与两家制造厂协商确定。

(3)磨煤机通风曲线及磨煤机最大碾磨出力时分离器出口风煤比数值的取用，最终目的是保证锅炉BMCR/锅炉额定出力(Boile Rated Load, BRL)工况下分离器出口风煤比与燃烧所需风煤比基本一致。根据确定的磨煤机最大出力时取用的风煤比、选定的通风曲线，可以计算求取BMCR/BRL工况的风煤比及风量，通过调整磨煤机最大出力时分离器出口的风煤比及选用合适的通风曲线，可以获得适合锅炉燃烧所需的一次风率，并实现空气预热器出口热一次风温、磨煤机入口风温、一次风量之间的合理匹配。

(4)磨煤机单侧热风盒流量(风煤比gr/2)的最大计算值应为Qr/2＝(1.35×Bmax－Qsm)/2；磨煤机单侧旁通风流量(风煤比gp/2)的最大计算值应为Qp/2＝(0.8×g2max×Bmax－2×Qsg)/2；单台磨煤机进口总风量(风煤比g1)的最大计算值应为Q1＝g2max×Bmax－2×Qsg－Qsm。热控专业在选用流量测量装置时，应在风量的最大计算值的基础上，考虑一定的选型裕量。

(5)BMCR工况及磨煤机最大出力工况时旁通风的流量，与磨煤机启动时的旁通风量相差甚远，因此旁通风管道的管径选择不能单纯依据BMCR工况的旁通风量进行设计，旁通风道的管径宜不小于磨煤机厂家的接口管径，旁通风管的最大流速的上限值宜为25～35 m/s(此上限值参考热风再循环管道的推荐流速)。

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

[2] DL/T 5145－2012，火力发电厂制粉系统设计计算技术规定(征求意见稿)[S]．

[3] 张安国，梁辉．电站锅炉煤粉制备与计算[M]．北京：中国电力出版社，2011．

The Calculation of Coal-air Ratio and Air Flow for Double-inlet and Double-outlet Ball Mill

TIAN Qing-feng1, CHEN Mu1, ZHANG Peng-xiao2, SONG Jia-ming3
(1. Central Southern Electrical Power Design Institute, Wuhan 430071, China; 2. Northern Heavy Industries Group Co. Ltd, Shenyang 110141, China; 3. Shanghai Heavy machinery plant Co. Ltd, Shanghai 200245, China)

This article analyzed selection method of grinding-aerated capacity curve，selection principle of coalair ratio at separator outlet with maximum grinding capacity，and calculation method of air fowmeter’s maximum capacity for MGS type ball mill.

double-inlet and double-outlet ball mill;grinding-aerated capacity curve; coal-air ratio.

TM621

：B

：1671-9913(2017)01-0020-05

2015-01-07

田庆峰(1975- )，男，河南林州人，高级工程师，主要从事火力发电厂热机专业设计。