磨煤機鋼球裝載量對機組制粉系統(tǒng)的影響分析

叢曉蓉，張志剛，張湘禹，尹民權(quán)

(1.中國華電工程(集團)有限公司，北京 100035;2.北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，北京 100039;3.河南第一火電建設(shè)公司，河南 鄭州 450012;4.華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273422)

0 引言

鋼球式磨煤機因煤種適應(yīng)范圍廣、運行可靠性高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠中，它已成為電站的主要制粉設(shè)備，占各類磨煤機的60%以上。早期諸多電廠多注重安全性而忽視經(jīng)濟性，使得許多電廠的制粉設(shè)備單耗高達40(kW·h)/t。一般制粉設(shè)備電耗占廠用電的1.5% ～2.0%，由此可以看出，鋼球式磨煤機的運行狀況不但直接影響機組運行的經(jīng)濟性，還關(guān)乎節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠有4臺300MW(先后改造為335MW)機組，均采用1000/170－1型亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛燃煤汽包鍋爐。每臺鍋爐配置4套中間儲倉式負壓制粉系統(tǒng)，采用單進單出、低速滾筒鋼球式磨煤機(參數(shù)見表1)，磨煤機采用雙側(cè)電動機驅(qū)動。每臺鍋爐設(shè)計甲、乙2個煤粉倉，容量均為440 m3，有效容積為343 m3，采用乏氣送粉。甲煤粉倉為甲、乙制粉系統(tǒng)授粉，乙煤粉倉為丙、丁制粉系統(tǒng)授粉。甲、乙煤粉倉之間原設(shè)計有1臺螺旋(絞龍)可逆式輸粉機，后因進行微油點火裝置改造，為便于臨爐輸粉，改為2臺鍋爐合用1臺加長齒索式輸粉機，即#1，#2鍋爐共用1臺輸粉機，#3，#4鍋爐共用1臺輸粉機。

2 磨煤機運行現(xiàn)狀

(1)在鍋爐正常運行過程中，根據(jù)機組負荷情況決定啟、停制粉系統(tǒng)的數(shù)量。一般3套制粉系統(tǒng)即可維持額定負荷。一般情況下，當(dāng)磨煤機磨制的煤粉充滿煤粉倉后就可停運1臺磨煤機作為備用。因煤質(zhì)較差及鋼球裝載量不足等原因，該廠近年來各鍋爐(甲、乙制粉系統(tǒng)供粉甲煤粉倉)很少出現(xiàn)因磨制滿煤粉倉而停運1臺磨煤機的現(xiàn)象，反而多次出現(xiàn)因磨煤機鋼球裝載量偏低，煤質(zhì)較差時不能維持粉倉的粉位而被迫運行4套制粉系統(tǒng)的狀況。

(2)Ⅰ，Ⅱ期磨煤機電動機的空載電流約為14 A，最大為18 A，磨煤機不加鋼球時的罐體空載電流一般在30 A左右。磨煤機設(shè)計鋼球裝載量為76 t，現(xiàn)在磨煤機大修或更換襯瓦后第1次添加鋼球的數(shù)量一般在40 t左右。在磨煤機正常運行過程中，電流一般為71～76A，電流低于此數(shù)值就補加鋼球，所以，在當(dāng)前煤質(zhì)情況下磨煤機的出力維持在40～46 t/h較為適宜。影響磨煤機效率的因素很多，但鋼球的規(guī)格和鋼球的裝載量會直接影響磨煤機的效率。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士推薦的標(biāo)準(zhǔn)，磨煤機罐體直徑大于3 m，其磨制褐煤時應(yīng)全部采用直徑40 mm的鋼球，磨制煙煤時則選擇65%直徑40 mm的鋼球，而直徑30 mm的鋼球只占鋼球總裝載量的35%。在后期磨煤機的運行過程中，補充鋼球時只需添加直徑40 mm的鋼球。

(3)通過幾年來的跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)Ⅰ，Ⅱ期磨煤機的鋼球裝載量遠遠不夠。2011年9月檢查中發(fā)現(xiàn):在正常運行過程中，電流71 A時#1鍋爐甲磨煤機鋼球裝載量明顯偏少;在正常運行過程中，電流達107 A時停#7鍋爐F磨煤機后發(fā)現(xiàn)，鋼球裝載量偏多，主要原因是鋼球中夾雜著大量石子。

(4)由于磨煤機鋼球裝載量偏低，其抵御煤質(zhì)變化的能力較差，只能適應(yīng)粉倉粉位在一定范圍內(nèi)的微量變化，當(dāng)煤質(zhì)突變、水分過大和斷煤等因素干擾時，其制粉困難的矛盾就會凸顯出來。2011年9月，出現(xiàn)了幾次因制粉困難、粉倉粉位過低導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)而被迫投油助燃及限負荷的狀況，嚴(yán)重影響了機組的經(jīng)濟性。

3 提高磨煤機的效率

3.1 磨煤機的最佳鋼球裝載量

(1)磨煤機鋼球裝載量直接影響制粉單耗，磨煤機鋼球裝載量的最佳值與磨煤機類型、煤種以及鋼球直徑配比等因素有關(guān)。依據(jù)理論計算，結(jié)合現(xiàn)場試驗來確定裝載量的最佳值，在試驗過程中，通風(fēng)量應(yīng)維持在最佳通風(fēng)量附近。根據(jù)作者的經(jīng)驗，設(shè)計鋼球裝載量乘以系數(shù)0.8，基本上就是磨煤機的最佳鋼球裝載量。在最佳鋼球裝載量確定以后，運行時應(yīng)根據(jù)制粉鋼球消耗及時補充鋼球，使其維持在最佳鋼球裝載量運行。根據(jù)以往的經(jīng)驗，觀察磨煤機最佳鋼球裝載量位置時，磨煤機內(nèi)鋼球表面距離磨煤機空心軸下沿約200mm為宜。例如，山東某電廠為中間儲藏式負壓制粉系統(tǒng)，采用DTM320/580型單進單出鋼球式磨煤機，設(shè)計鋼球裝載量為55.0 t，在實際運行中，鋼球裝載量為 37.5 t，制粉單耗為32.7(kW·h)/t。通過最佳鋼球裝載量試驗，將鋼球裝載量調(diào)整為42.3 t，制粉單耗降至22.7(kW·h)/t，明顯提高了制粉系統(tǒng)的效率。

(2)分析以往某電力科學(xué)試驗研究院對制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，磨煤機存煤量與出力、電耗之間存在一定的關(guān)系。磨煤機最大出力點與最大功率點并不同步:在達到最大功率點之前，有效功率最大，制粉電耗最小;磨煤機達到最大出力前，出力隨著給煤量、存煤量的增加而增加，而磨煤機達到最大出力點后，出力隨著給煤量、存煤量的增加而降低。因此，在磨煤機達到最大出力點前，選擇磨煤機的經(jīng)濟存煤量比較合適，此工況下磨煤機的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性較好。

3.2 影響制粉單耗的因素

(1)影響制粉設(shè)備單耗的因素很多，如磨煤機的料位控制、煤粉細度以及通風(fēng)量等。通風(fēng)量太大會將還未研磨好的煤粉攜帶走，造成粗粉分離器回粉量過大，導(dǎo)致煤在系統(tǒng)內(nèi)反復(fù)研磨。合適的制粉風(fēng)量可改善沿罐體方向燃料對鋼球的充滿度，從而提高出力，降低制粉系統(tǒng)電耗。例如，山東某電廠配置中間儲藏式負壓制粉系統(tǒng)，采用DTM287/470型單進單出鋼球式磨煤機，開始由于制粉系統(tǒng)漏風(fēng)加上木塊分離器清理不夠及時，致使制粉單耗達35.71(kW·h)/t，調(diào)整到最佳風(fēng)量后，制粉單耗降為 29.54(kW·h)/t。

(2)磨煤機的存煤量是制粉系統(tǒng)優(yōu)化運行的一個重要指標(biāo)。制粉系統(tǒng)消耗的電功率包括制粉消耗的有效功率和鋼球之間、鋼球與襯板之間碰撞所消耗的無效功率;有效功率正比于出力，無效功率正比于鋼球消耗量。通過優(yōu)化系統(tǒng)運行，改善能耗分配比例，從而增加有效功率，減小無效功率。

(3)對于一臺鋼球式磨煤機，在其他條件不變的情況下，如果磨煤機內(nèi)存煤量偏少，鋼球拋落處缺少足夠的煤層來吸收鋼球的動能，則會造成鋼球與襯板碰撞加劇，無用能耗增加;反之，磨煤機內(nèi)存煤量偏多，雖然鋼球的動能大部分都被煤層吸收，但由于鋼球拋落點到煤層間的下落高度減小，鋼球的勢能沒能得到充分轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致磨煤機出力下降。因此，在磨煤機的正常運行中，對于一定的裝球量和通風(fēng)量，存在一個最佳存煤范圍，當(dāng)磨煤機在此范圍運行時，磨煤機的制粉電耗最低。

3.3 提高節(jié)能管理水平

隨著管理水平的不斷提高，制粉系統(tǒng)單耗得到明顯改善，Ⅰ，Ⅱ期鍋爐近年來制粉設(shè)備單耗、電量統(tǒng)計見表2。

表2 Ⅰ，Ⅱ期鍋爐近年來制粉設(shè)備單耗、電量統(tǒng)計

4 效益分析

(1)提升磨煤機鋼球裝載量，可極大地提高4臺磨煤機的出力，粉倉的充滿時間縮短，可以間斷運行磨煤機，停磨時間延長，節(jié)約了一定的電量，其節(jié)約的電量完全可以抵消因磨煤機電流升高及輸粉機運行消耗的電量。

(2)目前，磨煤機只維持全天候運行，難以出現(xiàn)磨滿粉倉停磨的狀況。2臺650 kW的高壓電動機如果每個運行班停運3 h，每天4個班最長可停12 h，其節(jié)電效果是很可觀的。由于制粉系統(tǒng)出力提升，節(jié)約了大量廠用電。相當(dāng)于每天有1臺磨煤機減少一半的運行時間，同時提高了設(shè)備的可靠性，減少了設(shè)備的維護量與費用。尤其是能減少鋼球的用量，可降低制粉鋼球消耗。

(3)磨煤機鋼球裝載量少，磨煤機出力低，只有全天候運行才能滿足運行需求，導(dǎo)致磨煤機運行時間延長。采用最佳鋼球裝載量后，可使磨煤機在最佳料位下運行，使得鋼球?qū)Σɡ送叩哪p明顯減輕，從而延長襯瓦的使用壽命。

(4)2010年，Ⅰ，Ⅱ期鍋爐發(fā)電用煤量約為394.392萬t，按照制粉單耗量下降5(kW·h)/t計算，預(yù)計全年可節(jié)約廠用電量19720 MW·h。

5 磨煤機運行的優(yōu)化措施

(1)應(yīng)盡量避免積粉。貯存的煤粉與空氣接觸發(fā)生氧化發(fā)熱，導(dǎo)致溫度逐步升高，最終會引起煤粉自燃。縮短煤粉在粉倉內(nèi)的儲存和停留時間，通過置換新粉達到避免積粉的目的。

(2)20世紀(jì)90年代，為了減少磨煤機的頻繁啟、停，磨煤機的鋼球裝載量為25～30 t。因當(dāng)時煤質(zhì)好，磨制的煤粉可維持粉倉粉位，不用停磨煤機，減少了操作，尤其是不用跑到粉倉層操作。從2002年開始，煤炭市場劣質(zhì)煤的問題開始顯現(xiàn)，制粉與接帶負荷困難，經(jīng)過論證后開始向磨煤機內(nèi)補充鋼球，使鋼球的裝載量由30t提高到40t，電廠制粉設(shè)備單耗偏高的問題有所改善(鍋爐制粉設(shè)備平均電耗由1994年的 40.03(kW·h)/t降到 2000年 28.86(kW·h)/t)。

(3)借助其他電廠鋼球最佳裝載量試驗的成功經(jīng)驗，探索某電廠Ⅰ，Ⅱ期鍋爐磨煤機的鋼球裝載量由40 t調(diào)整為58～61 t的可行性。

(4)為了防止煤粉倉溢粉，可以在煤粉倉內(nèi)加裝雷達、遙感、遠紅外等檢測設(shè)備，也可在煤粉倉外安裝視頻檢測裝置，達到溢粉早發(fā)現(xiàn)、早處理的目的。既可避免環(huán)境污染，又可減輕因清理溢粉增加的勞動強度。

(5)在確保鋼球質(zhì)量的前提下，控制好鋼球的規(guī)格及添加時間，定期甩出碎、小鋼球，保持磨煤機在最佳鋼球裝載量范圍內(nèi)運行。

(6)針對煤質(zhì)差使磨煤機波浪瓦磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，利用停運磨煤機的機會進行磨損量檢測，做到及時更換波浪瓦，確保磨煤機最佳出力。

(7)值得注意是，由于啟/停、切換磨煤機(和啟/停輸粉機)變得頻繁，不但運行人員的勞動強度增加，而且對其責(zé)任心的要求亦會相應(yīng)提高。因此，應(yīng)加強管理，強化運行人員的責(zé)任心，增加粉位測量頻率，經(jīng)常采用手動或電動升降粉標(biāo)來撞擊物料，刺激煤粉層的自流或垮塌，使其由高料位自動流向低料位，保持最佳料位，使磨煤機保持最佳運行時間以延長備用磨煤機的停運時間。

6 結(jié)束語

針對個別電廠鋼球式磨煤機存在的類似現(xiàn)象，如采用最佳鋼球裝載量的運行方式，不僅可以明顯降低廠用電量，還會減少磨煤機的鋼耗，同時也符合發(fā)電企業(yè)“節(jié)能降耗”的戰(zhàn)略思路。

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