磨煤机参数对煤排放率和热值影响的实验研究

(沈浙能台州发电厂，浙江　台州　318016)

燃煤电厂是煤炭能源使用的主要途径，中速直吹式磨煤机由于具有启动迅速、结构紧凑、调节灵活、安全性高等优点，在燃煤发电系统中占有重要的地位。磨煤机的性能、经济性以及排放特性是燃煤电厂比较关注的，很多文献对此进行了研究，陈徳荫[1]指出火电厂磨煤制粉系统节能潜力巨大。如宋绍伟[2]研究了磨煤机钢球最佳级配技术对磨煤机节能降耗及运行安全的影响。郑福国等[3]提出了针对华能德州电厂三期机组双进双出钢球磨煤机的节能降耗运行技术措施，刘进海[4]通过对齐鲁石化热电厂的六台之分系统进行研究分析，探索制粉系统及磨煤机的改进措施。在台州电厂的实际运行中来看，中速磨煤机依然存在不少问题，其中出力不足和石子煤排放的问题很突出。

在电厂实际运行中，制粉系统都预留一台磨煤机用于备用，如果磨煤机出力不足，在燃煤热值较低时机组满负荷运行可能需要投运全部磨煤机，机组稳定运行存在安全隐患。此外，石子煤排放过多对电厂的经济和安全运行也是不利的。石子煤排量过多将导致石子煤中夹带的煤粉过多，从而使得磨煤机出力变低，经济性变差，同时石子煤排放运输费用增加。另外，如果石子煤排放过多并堆积挤压，由于磨入口混合风温很高，长时间将会导致结焦，引起石子煤在一次风室排放不畅，风道流通面积变小，一次风量不足、出力下降、风环处风速变小，继而又增加了石子煤排量，如此恶性循环，最终可能引发设备故障。

目前国内外已经有了一部分针对中速磨煤机的提高出力和减少石子煤排放量的研究。

在提高磨煤机出力的研究中，很多学者已经研究了磨煤机的运行参数和风环处的关键结构对磨煤机运行的影响。邹娇阳和秦鹏等[5-6]通过电厂试验的方法，得出了在一定范围内，磨煤机出力和一次风量成正比关系。这是由于一次风量增加后，风环喷口射流对煤粉的携带能力提高，煤粉细度变粗，同时可使磨煤机内煤层厚度减薄，提高出力。许育群等[7]同样采用电厂优化试验的方法，提高磨煤机入口风温，增加其对煤的干燥作用，使煤比较容易被磨碎，因此在给煤量不变时,可减少磨煤机内的再循环煤量和煤层厚度使制粉电耗降低。刘雁琳等[8]人通过提高磨煤机转速的方法提高了出力，但提高转速的同时也要综合考虑碾磨件磨损、磨煤机振动、减速机推力瓦温度变化等因素。崔树忠等[9]通过调整磨辊压力和磨辊间隙，得出在综合考虑磨煤机性能和经济性的情况下，磨辊加载压力和磨辊磨碗间隙有一个最佳匹配关系。如某HP1203型磨煤机的磨辊加载压力21 MPa，磨辊与衬板之间的间隙为10 mm，比磨辊加载压力23 MPa，磨辊与衬板之间的间隙为16 mm运行更为经济。

中速磨煤机石子煤排放异常的问题一直存在，国内外学者也从不同的角度开展了研究。朱宪然[10-11]从石子煤的物理特性进行分析，得到石子煤普遍存在热值低和密度高等特点，不利于磨煤机的运行。沈天发，贾剑华等[12-13]主要考虑一次风风量及风温的影响，提出中速磨煤机要保持合适的风煤比，使石子煤的排放与锅炉的经济性相互平衡。赵熙，吕强等[14-15]从磨辊及衬板磨损的角度研究石子煤的排放。Bhasker C，朱宪然等[16-17]从磨煤机内部流场角度出发，采用数值模拟的方法，研究石子煤的排放与风环的关系。

这些研究都只是针对现有的磨煤机结构进行研究，对石子煤基础性的理论研究还不够深入，没有考虑到磨煤机运行参数对石子煤排放量和发热量的影响。浙江台州电厂五期300 MW锅炉目前使用的HP863型中速碗式磨煤机存在着较严重磨煤机出力偏低和石子煤排放量过多的问题。当前磨煤机最大出力仅为31 t/h，而HP863磨煤机设计最大出力为38.5 t/h。标准DT/L 467-2004《电站磨煤机及制粉系统性能试验》规定了中速磨煤机石子煤量必须小于额定出力的0.05%，石子煤发热量小于6.27 MJ/kg，而台州电厂部分磨煤机的石子煤量在1%以上，甚至出现了石子煤量在3%左右的情况，且发热量在14.2 MJ/kg以上。本文试验将对磨煤机的相关性能进行摸底，为进一步的磨煤机的运行与结构优化研究提供参考依据。

1　磨煤机设计参数

磨煤机采用HP863磨，正常运行时，磨煤机出口温度应控制在65～80℃之间，不得超过90℃。

HP863磨煤机最大出力：38.5 t/h，经济出力：30.8～32.73 t/h(磨煤机最大出力的80%～85%)，磨煤机最大保证出力：36.58 t/h(磨煤机磨辊磨损厚度达15 mm时4台运行不小于锅炉BMCR工况下120%的出力)，设计工况磨煤机出力：29.85 t/h(BMCR工况)，磨煤机最小出力：9.625 t/h。磨煤机设计工况空气流量：18.27 kg/s，通风阻力3 327 Pa。密封风量70.75 m3/min(单台磨)，磨煤机密封风与一次风差压：≥2 000 Pa。

2　试验测试及结果分析

2.1　试验标准及测试内容

试验依据DL/T467-2004《电站磨煤机及制粉系统性能试验》规程中相关内容。煤质、细度等分析化验根据最新国家标准或电力标准。

主要测试内容及方法如下：

(1)控制磨煤机出口温度为85℃，调整3档不同风煤比，测试石子煤排放量、煤粉细度等变化。

(2)控制不同磨煤机出口温度(75℃、85℃、95℃)，测试石子煤排放量、煤粉细度、石子煤热值等变化。

(3)控制磨煤机出口温度85℃，在当前分离器挡板开度下，根据磨煤机差压、磨煤机电流、磨煤机出口温度稳定性、石子煤排放等参数，确定最大磨煤出力。

(4)针对当前磨煤机的运行工况，停机后检测磨煤机当前的加载力，并调整磨煤机的加载力，测量调整后石子煤量、煤粉细度等。

主要测试煤种煤质参数见表1。

表1入炉煤煤质

煤种 工业分析/[%]Qnet,ar/MJ·kg-1元素分析/[%]MtMadAadVadFCadCadHadNadOadSt,ad优混煤11.42.1620.7225.152.0223.4663.63.721.207.820.72澳煤 10.42.5320.1831.046.3422.74/4.2//0.72

2.2　出口温度对磨煤机性能影响试验

在A、B、C、D四个同型号不同使用时长的磨煤机上调整出口温度试验，调整磨煤机出口温度为75℃、85℃、95℃，试验结束后称量石子煤的排放量并计算，试验结果如图1所示，试验数据如表2。

图1　磨出口温度对磨煤机石子煤排放率的影响

表2不同磨煤机出口温度下石子煤排放数据

名称出口温度/℃石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]7560.00.22A磨8537.90.149532.00.1275148.10.55B磨8571.70.279541.80.157537.70.13C磨8526.40.099524.60.087543.10.15D磨8529.50.119521.50.08

从测试结果可知出口温度的提高可以降低石子煤的排放率，即提高磨煤机出口温度能改善磨煤机的性能，这可能是因为出口温度提高后，干燥出力增加，煤更易碾磨的缘故。从石子煤的排放量来看，B磨排放量最高，碾磨性能最差，C、D磨排放率最低，但仍高于0.05%，考虑到磨煤机各部件的磨损、折旧情况，C、D磨石子煤的排放量仍较为正常。

同时，对石子煤排量较大的B磨的石子煤进行了热值分析，结果见图2。随着磨煤机出口温度由75℃提高至95℃，石子煤的热值大幅度下降，从14 182 J/g下降至5 214 J/g，已经符合了国标规定的石子煤发热量。

此外，磨煤机出口温度对磨煤机差压也有一定的影响，具体见图3。随着磨煤机的温度增加，磨腕差压的降幅在0.1～0.2 kPa，其中C磨本身的差压不高，差压无明显变化。

图2　磨煤机出口温度对石子煤热值的影响

图3　磨煤机出口温度对磨腕差压的影响

2.3　不同风量试验

在B磨碾磨优混煤，出口温度为85℃，给煤量31 t/h的前提下，调整磨煤机的入口风量，进行不同风量试验，试验结果如图4、图5和表3所示。

图4　B磨风量对煤粉细度的影响

图5　B磨风量对石子煤排放率的影响

表3不同风量下的石子煤排放数据

名称风量/t·h-1风煤比/kg·kg-1石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]石子煤热值(Qb,ad)/J·g-1611.973251.0513 247B磨652.10183.60.5915 068712.2966.10.219 772752.4231.20.19 619

表4不同加载力下石子煤排放数据

名称加载力/MPa石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]石子煤热值(Qb,ad)/J·g-1B磨2066.10.216 39424470.157 73626360.127 791

从图中可知风量的变化对磨煤机出口煤粉细度无明显影响，而对石子煤的排放率影响较大。随着风量的增加，石子煤排放率逐渐降低。风量为61 t/h时，石子煤排放量325 kg/h，排放率1.05%，远大于标准规定的0.05%。逐渐调整一次风量，增大至75 t/h时，石子煤排放量31.2 kg/h，排放率为0.1%。虽然其依旧高于国标0.05%的规定，但较风量为61 t/h时，石子煤排放量下降90%左右，此时风煤比为2.42，已经偏离合理范围，对燃烧器出口气流着火存在不利影响。不同风量下的石子煤热值均高于6.27 MJ/kg，当风量低于71 t/h石子煤热值增加较大，说明风量低时，较多的原煤被当作石子煤排出。

2.4　磨煤机加载力试验

B磨煤机的石子煤排量最大，因此如何能降低石子煤的排放率是一个主要问题，本节关注磨煤机加载力变化对排放率的影响。表4为B磨煤机不同加载力条件下石子煤排放数据。给煤量31 t/h，风量71 t/h时，调整磨煤机磨辊的加载力，待差压、电流等稳定后，利用等速取样装置抽取煤粉，同时计量石子煤排放量，试验结果如图6所示。加载力对煤粉细度的影响不大，对石子煤的排放影响较为显著。随着加载力的提高，石子煤的排放率降低，但随着加载力的提高，磨煤机内部磨辊辊套、磨碗衬板磨损加剧，磨煤机大修周期缩短，磨煤机电流增加，电耗增加。

图6　不同加载力对磨煤机性能的影响

2.5　磨煤机给煤量和最大出力试验

在出口温度为85℃，入口风量70 t/h的前提下，调整给煤量进行磨煤机的最大出力试验，调整步幅为2 t/次，待磨煤机电流、差压稳定后抽取煤粉、测试煤粉细度和石子煤计量工作，本次实验数据对比已排放率最高的B磨煤机和排放率最低的C磨煤机为例，试验结果如图7所示，磨煤机电流和磨碗差压的变化过程如图8、图9所示。

图7　不同磨煤机出力下的煤粉细度

图8　磨煤机电流变化过程

从图中可以看出不同磨煤机之间的煤粉细度差别较大，这可能是不同磨煤机的磨损情况、磨煤机的性能有差别。同一台磨煤机之间不同出力下的细度并不随磨煤机出力的增加而增大。磨煤机电流和差压随给煤量的增加而增大，38 t/h时，B、C磨煤机差压分别为3.2 kPa、2.7 kPa左右。石子煤的排放量如表5所示，B磨石子煤排放量随给煤量增加而增加，排放率增加，石子煤的排放热值也增加，说明石子煤中原煤的比例增加；C磨给煤量31 t/h时，石子煤排放比例较低，随给煤量增加，排放率略高于电力行业标准，但总体波动不大，较平稳。

表5B磨最大出力石子煤排放数据

名称给煤量/t·h-1石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]石子煤热值(Qb,ad)/J·g-13171.70.238 251B磨35103.10.2910 66738109.50.2914 0803110.80.0358 349C磨3624.40.0687 6313827.80.0736 978

2.6　石子煤排放率的关键影响因素分析

以上的磨煤机性能试验，分别测试了磨煤机出口温度、一次风量、磨煤机加载力和给煤量对磨煤机石子煤排量、热值等参数的影响。试验结果表明各个变量与石子煤的排放率成正相关或负相关，B磨的各个变量对石子煤排放率的影响见表6。从表中可以看出，提高出口温度、一次风量和磨辊加载力均能够降低磨煤机的石子煤排放率。

将出口温度由75℃提高至95℃，磨煤机干燥出力增加，煤更易碾磨，石子煤中的原煤成分降低使热值降低，同时石子煤的排放率降低了72.7%，因此提高磨煤机出口温度对降低石子煤排放是十分有利的。同时提高出口温度可以提高热风利用率，降低排烟温度，但是提高磨煤机出口温度可能会使挥发分提前析出燃烧，为了保证设备的安全性，出口温度应当控制在安全范围内。

表6B磨的各个变量对石子煤排放率的影响

参数参数变化石子煤排放率变化/[%]石子煤排放率降低率/[%]石子煤热值变化/J·g-1出口温度/℃75→950.55→0.1572.714 182→5 214一次风量/t·h-161→751.05→0.190.513 247→9 619加载力/MPa20→260.21→0.1242.96 394→7 791给煤量/t·h-131→380.23→0.29-26.18 251→14 081

一次风量的大小将直接影响磨煤机内风环出口的风速，通过理论计算，风量每增加5 t/h，风环出口风速增加3.5 m/s左右，因此将一次风量由61 t/h提高至75 t/h，风环出口速度理论可以增加9.8 m/s，风速增加后原先会落入一次风室被当做石子煤排出的粒径和密度较小的颗粒会被送回磨腕继续碾磨，密度大、热值低较难碾磨的颗粒仍会落入一次风室排出。因此，一次风量是影响磨煤机石子煤排放的关键因素，但是过大的一次风量会影响锅炉内的正常燃烧，要在保持一次风量不变的情况下调整风环处的风速只有对磨煤机内风环处的结构进行一定的调整。

提高磨煤机的加载力能够增加磨辊的碾磨能力，能将原煤更快得磨细，但是原来不易被磨细的密度大、热值低的矿物颗粒也被磨小而无法落入一次风室作为石子煤排出，因此石子煤排放率虽然有所降低但是石子煤的热值也小幅增加。

3　结论

(1)将磨煤机出口温度由75℃提高至95℃，对煤粉细度的影响较小，正常运行的B磨石子煤排放率由0.55%降低至0.15%，石子煤热值由14 182 J/g降低至5 214 J/g，已基本符合国标规定值。

(2)增加风量对煤粉细度影响不明显，风量由61 t/h增加至75 t/h，石子煤排放率明显降低，由1.05%降低至0.1%，且风量在70 t/h以下时，石子煤的热值较高，即原煤比例较高。

(3)石子煤排放率随给煤量的增加而小幅增加，石子煤热值的变化与磨煤机的运行情况有关。当给煤量在38 t/h时，磨煤机能稳定运行，B、C磨的电流维持在41 A左右，磨碗差压分别在3.2 kPa、2.7 kPa左右。

(4)将磨煤机加载力由20 MPa提高至26 MPa后，石子煤排放率由0.21%降至0.12%，石子煤热值有小幅上升，对煤粉细度的影响不明显。

(5)通过分析B磨的出口温度、一次风量、磨辊加载力和给煤量对石子煤排放率和热值的影响，得出了影响石子煤排放的关键因素为一次风量/风环风速。但过高的一次风量对炉内的燃烧不利，因此要在保持一次风量不变的情况下调整风环风速，只有对磨煤机内部风环处的结构进行一定的调整改造。