中速磨煤机性能考核试验磨煤单耗的校核与修正

茅建波，张 明，应明良

（国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310014）

0 引言

磨煤机是燃煤锅炉重要的辅机设备，按碾磨部件转速分为高速、中速及低速3类。中速磨煤机具有结构紧凑，负荷变化快、金属磨耗低、运行安全可靠、电耗小、噪音低等特点，其碾磨部件的转速为25～120 r/min，广泛应用于大型煤粉锅炉直吹式制粉系统，国内使用较多的是HP（碗式型）和MPS（轮式型）中速磨煤机。

新建火力发电机组投产后，按照规定需对制粉系统进行性能试验，考核磨煤机出力、磨煤单耗等指标[1]，磨煤机改造后也会进行相应的性能测试，以评价改造效果[2-4]。磨煤单耗指制粉系统磨制1 t煤时磨煤机消耗的电量[5]，是表征磨煤机运行经济性的重要指标之一，与煤种、磨煤机出力、煤粉细度、碾磨部件磨损程度等运行工况有很大关系[6-8]，故考核磨煤单耗指标对煤质等工况条件均有具体规定。发电厂煤种来源一般较复杂，煤质分布也不均匀，性能考核试验时很难保证试验用煤质与要求的煤质完全一致，煤粉细度等也会与规定值存在一定偏差，直接用试验工况条件下的磨煤单耗（以下简称“工况磨煤单耗”）结果评价磨煤机设计性能难免有失偏颇，因此，工况磨煤单耗需进行校核和修正[9]，相关的研究报道较少，文献[2-4]和文献[10]中磨煤机改造前后直接采用工况磨煤单耗进行比较，文献[11]提供了不同煤粉细度时磨煤单耗的换算方法。

对此，以1台中速磨煤机性能考核试验为例，探讨磨煤机实际运行工况偏离规定的工况条件时磨煤单耗的校核与修正计算，以期科学、合理地评价磨煤机的真实性能。

1 磨煤机概况

某新建发电厂锅炉采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配4台上海重型机械厂有限公司生产的HP743型碗式中速磨煤机，磨辊加载方式为弹簧加载，静态煤粉分离器。设计和校核煤种的煤质参数见表1，设计性能数据见表2。磨煤机性能保证：磨制设计煤种时，在煤粉细度R90=18%工况条件下磨煤机保证出力为23.2 t/h，保证出力时磨煤单耗为9.8 kWh/t。

表1 煤质分析参数

表2 磨煤机部分设计性能数据

2 磨煤单耗校核与修正

2.1 工况磨煤单耗

工况磨煤单耗是指磨煤机在试验工况条件下实际测试的磨煤单耗（磨制试验煤种），以1台磨煤机保证出力考核工况（以下简称“试验工况”）为例，磨煤机实际出力为23.4 t/h，测试煤粉细度R90=16%，磨煤机电机输入功率233.2 kW，磨煤机工况磨煤单耗为9.97 kWh/t，高于设计保证出力工况下保证的磨煤单耗（9.80 kWh/t）。

2.2 磨煤机保证出力校核

煤质参数、煤粉细度等运行工况条件对磨煤机出力影响很大，从而对磨煤单耗也有非常大的影响，磨制不同的煤种，其磨煤机最大出力会发生较大变化，保证出力也会有较大差异，一般设计磨煤机保证出力是磨煤机碾磨部件磨损至中后期时应能达到的出力，对应最大出力的0.9倍[12]。本例试验工况煤质参数见表1，收到基水分比设计煤种高3%，发热量略低，哈氏可磨系数大2，煤粉细度R90也较设计值的18%偏小，原煤水分对磨煤机出力影响较大。按照DL/T 5145-2002《火力发电厂制粉系统设计计算规定》中的方法对磨煤机出力进行如下校核计算[12]：

式中：Bm为磨制实际煤种磨煤机出力；Bm0为磨煤机基本出力，根据磨煤机型号选取，HP743型磨煤机基本出力为 31.1 t/h；fH，fR，fM，fA分别为哈氏可磨系数、煤粉细度、原煤水分、原煤灰分对磨煤机出力的修正系数，查取或按公式计算得出；fg为原煤粒度对磨煤机出力的修正系数，碗式磨煤机fg=1.0；fe为碾磨部件磨损至中后期时出力（即磨煤机保证出力）降低系数，fe=0.9。

试验工况条件（煤质、煤粉细度）下的总出力修正系数f=0.808，校核磨煤机的最大出力为25.1 t/h，保证出力为22.6 t/h，见表3。

2.3 磨煤单耗校核

对于同种型号的中速磨煤机，磨煤机所需功率与磨煤机出力有关，磨制不同的煤种，若经出力校核后磨煤机负荷率相同，则磨煤机所需功率基本不变，这是因为煤质参数、煤粉细度等变化以后，磨煤单耗和磨煤机出力都会发生相应变化，从而可保持磨煤机所需功率不变[13-14]，据此对设计工况保证的磨煤单耗进行校核。

磨煤机保证出力时负荷率均为90%，设计保证出力为23.2 t/h，对应磨煤单耗9.80 kWh/t，试验工况条件校核保证出力为22.6 t/h，校核保证出力时磨煤单耗保证值为10.05 kWh/t，见表3。

表3 磨煤机保证出力考核工况磨煤单耗校核、修正计算

2.4 磨煤单耗修正

磨煤机性能试验期间需对磨制的原煤进行取样，由于煤质参数分析得到结果有滞后，现场试验时磨煤机的出力一般不会正好对应试验工况条件下的校核保证出力，而磨煤单耗与磨煤机出力关系密切，一般随着磨煤机出力的增加而减小[6，8]，因此需在煤质参数等分析结果出来后再对试验工况条件下的磨煤机出力进行校核，进而将工况磨煤单耗修正至校核保证出力时的磨煤单耗。

中速磨煤机电机的相对输入功率P/Pmax与相对出力（负荷率）B/Bmax存在如下线性关系[12]：

式中：P为磨煤机实际出力B时其电机的输入功率；Pmax为磨煤机100%出力（即Bmax）时其电机的输入功率；C1和C2为系数，对于碗式磨煤机C1=0.827， C2=0.173（按文献[12]及文献[15]提供的磨煤机出力-功率关系曲线进行拟合，与文献[13]中的系数略有差异）；对于MPS轮式磨煤机C1=0.62，C2=0.383（按文献[14]提供的磨煤机出力-单位功耗关系曲线进行变换、拟合）。

试验工况磨煤机出力为23.4 t/h，高于校核后的保证出力22.6 t/h，按式（2）将工况磨煤单耗修正至试验工况条件下校核保证出力时的磨煤单耗。试验工况B磨煤机相对出力B2/Bmax2=0.931，磨煤机电机的相对输入功率P2/Pmax=0.943，即试验工况磨煤机电机输入功率P2=0.943Pmax；试验工况条件下，磨煤机校核保证出力时的相对出力Bg2/Bmax2=0.900，校核保证出力时磨煤机电机相对输入功率Pg2/Pmax=0.917，由此，试验工况条件下磨煤机出力由23.4 t/h变为22.6 t/h，则磨煤机电机输入功率Pg2=233.2×0.917/0.943=226.8 kW，低于原来的233.2 kW，修正至试验工况条件下磨煤机 保 证 出 力 时 磨 煤 单 耗 Em2c=226.8/22.6=10.03 kWh/t，比校核后的磨煤单耗保证值10.05 kWh/t略低，与直接采用工况磨煤单耗9.97 kWh/t与设计保证值9.80 kWh/t比较得出的结论正好相反。表3为磨煤机性能考核试验保证出力工况磨煤单耗校核及修正计算过程。

实际上，由表3中试验工况条件保证出力磨煤单耗的计算公式可推导出：

式中：PgD为设计保证出力时磨煤机功率，PgD=Bg1Emg1。可见，若试验工况条件保证出力时的磨煤机功率不大于设计所需功率，实际磨煤单耗即能达到设计保证值（不大于Emg2）。

由公式（3）进一步推导可得：

式中：针对1台已投产磨煤机进行的具体某个考核试验工况，P2和PgD为定值。修正后的试验工况保证出力磨煤单耗能否达到设计保证值不仅与工况条件如煤质参数、煤粉细度等有关（影响校核保证出力Bg2），还与磨煤机实际运行性能（P2）有关。

3 结语

中速磨煤机因其自身优点在火力发电厂得到了广泛应用，由于煤种复杂多变等实际原因，中速磨煤机进行性能考核时的试验工况条件很难保证与设计工况条件完全一致，影响了对磨煤机实际应用性能的准确评价。本文探讨了性能试验实际工况条件偏离设计工况条件时磨煤单耗的校核及修正计算方法，计算结果更为科学、合理，评价磨煤机性能更加客观，计算方法也可为评价中速磨煤机的改造效果提供参考。