磨煤機分離器出口溫度對準東煤和地煤煤粉特性的影響

程智海， 季明彬， 何 翔， 劉海龍， 金 鑫

（1.上海發(fā)電設備成套設計研究院，上海200240；2.內蒙古蒙東能源有限公司，呼倫貝爾021000）

新疆準東煤易著火、易燃盡，但其水分高、熱值不高及結渣和沾污嚴重，給鍋爐的安全運行帶來了很大的困難，準東地區(qū)多個火電廠出現(xiàn)過燃用準東煤時鍋爐爐膛及各級受熱面不同程度的沾污、結焦、最終機組停機的情況［1］.目前，準東地區(qū)電廠都進行了準東煤與地煤的摻燒，以減輕鍋爐各級受熱面沾污、結焦的程度.準東煤的燃用問題已經(jīng)引起業(yè)界廣泛關注，目前僅準東五彩灣地區(qū)在建、規(guī)劃的機組已達到30幾臺.但是對準東煤制粉特性的研究尚不多見，大多都是近幾年對高鈉煤燃燒特性再結合鍋爐運行特性的研究，這些研究有一個普遍的觀點，即燃用準東煤時，煤粉較細為佳，給出可供參考的煤粉細度R90值為20%～25%［2－3］；磨煤機分離器出口溫度不低于70℃［3］；摻燒其他煤種時，準東煤細度R90值小于20%［4］.除此之外，還有研究將準東煤歸為典型的高鈉煤、高堿金屬煤，其灰渣中的Na2O含量多在5%以上［5］.張守玉等［6］認為煤粉越粗，顆粒溫度比煙氣溫度越高，鈉更容易得到釋放，而煤粉越細，沉積量越大.于強等［7］認為準東煤灰中的CaO會在爐內結合其他物質經(jīng)過一系列反應后生成CaCl2和CaSO4（與煙氣中的SO3反應），CaCl2可以冷凝在尾部煙道的管壁上，CaSO4在1 200℃以下是穩(wěn)定的具有黏結性的化合物，可以連續(xù)不斷地捕捉飛灰，使得管屏上的沾污層變厚.

對于準東煤來說，煤粉的特性不僅對燃燒特性有重要影響［8］，而且對其沾污、結渣等特性也有重要影響，故亟需開展準東煤煤粉特性的研究.

2012年，在某330MW供熱機組燃燒調整試驗項目中，筆者針對制粉系統(tǒng)開展了一系列試驗，研究了準東煤與地煤在煤粉細度等特性上的差異.

1 設備簡介

某330MW供熱機組的一次風機型號為C124642，風量為22.67m3／h，風壓為18.111kPa，轉速為1 480r／min，效率為85.9%，風機軸功率為1 294.6kW，電動機功率為1 500kW.磨煤機部分規(guī)范見表1.

表1 HP863式磨煤機部分規(guī)范Tab.1 Technical specifications of the HP863coal mill

2 煤質參數(shù)

試驗煤種為準東煤（采自五彩灣天池能源南礦區(qū)）和地煤（來自眾興礦業(yè)的井礦煤），其煤質分析見表2.

表2 試驗煤種的煤質分析Tab.2 Quality analysis of Zhundong and local coal

3 試驗方法及過程

3.1 煤粉取樣方法

風粉管道上的取樣系統(tǒng)如圖1所示.按照DL／T 467—2004［9］的對數(shù)－線性法，圓形一次風粉管道上煤粉取樣點沿直徑方向布置6個點，從管內壁到測點距離分別為0.032D、0.135D、0.321D、0.679D，0.865D和0.968D，D為風粉管道直徑.利用自主設計的可同時取樣且能調整取樣點位置的平頭式取樣槍伸入一次風粉管道內取樣，每根管道的取樣時間為4min.

圖1 煤粉取樣系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the pulverized coal sampling system

3.2 試驗過程

準東煤和地煤的試驗工況條件完全一致.磨煤機出力為35t／h，分離器葉輪轉速為350r／min，磨煤機入口一次風量分別為70t／h和80t／h，準東煤水分高，當一次風量為70t／h時，磨煤機分離器出口溫度80℃難以調節(jié)到位，故未得到該工況下的參數(shù).

機組解除AGC運行方式，試驗中磨煤機、熱風、冷風的擋板開度和給煤量等主要運行參數(shù)全部采用手動進行調節(jié)，各工況參數(shù)調整完畢后，穩(wěn)定10min再進行煤粉取樣工作.

各根風粉管道取的樣品質量大于150g，煤粉樣品篩分前首先在烘箱內55℃下烘干5h，烘干前后對每個煤粉樣品進行稱重，以求得煤粉樣品的外水分質量分數(shù)，再采用200μm、125μm、90μm、75μm和61μm的標準篩子進行煤粉篩分，過篩的煤粉樣品質量為25g.各級篩子上的煤粉質量除以25g即可得到煤粉粒度分布百分比.

4 試驗結果及分析

4.1 煤粉樣品外水分質量分數(shù)

圖2給出了各試驗工況下煤粉樣品的外水分質量分數(shù)，其中準東煤和地煤煤粉樣品的溫度分別從70℃和68℃開始.由圖2可知，地煤煤粉樣品的外水分平均質量分數(shù)為2.5%，準東煤煤粉樣品的外水分質量分數(shù)比地煤普遍高出1倍多.

圖2 各工況下煤粉樣品的外水分質量分數(shù)Fig.2 Outside moisture of pulverized coal under various testing conditions

4.2 煤粉細度

圖3 準東煤的煤粉細度Fig.3 Fineness of Zhundong coal

圖4 地煤的煤粉細度Fig.4 Fineness of local coal

圖3和圖4分別給出了準東煤和地煤煤粉細度R90值的試驗結果.由圖3可以看出，各一次風量下，隨著磨煤機分離器出口溫度的提高，準東煤煤粉逐漸變細，磨煤機分離器出口溫度從70℃提高到75℃時煤粉變細的趨勢最明顯，磨煤機分離器出口溫度高于75℃后R90值減小幅度小于1%.由圖4可以看出，各工況下地煤的R90值為25%～42%，其煤粉細度整體大于準東煤，且隨著磨煤機分離器出口溫度的提高，當一次風量為70t／h時，地煤的R90值沒有呈現(xiàn)減小的趨勢，而是維持不變，當一次風量為80t／h時，煤粉卻有所變粗.

準東煤的水分較多，提高干燥劑的溫度有助于磨煤機內原煤的干燥，也有利于研磨，煤粉顆粒會在相對更干燥的環(huán)境下得到更多的碾磨，但準東煤成煤年齡短，水分高使其煤粉顆粒的孔隙率比地煤大.隨著干燥劑溫度的提高，在水分蒸發(fā)過程中煤粉顆粒自爆性的作用下，煤粉更容易破碎成更小尺寸的顆粒.碾磨加強后使得更多的細顆粒被破碎，隨著熱風被攜帶出去，這是煤粉逐漸偏細的主要原因.地煤煤粉顆粒的孔隙率比準東煤小，隨著磨煤機分離器出口溫度的提高，熱風干燥對煤粉顆粒產(chǎn)生破碎的作用相比準東煤而言不占主導作用，而增大碾磨出力和干燥出力占主導作用，小的顆粒不會再進一步被破碎，而是被熱風攜帶離開筒體，故煤粉細度沒有呈現(xiàn)變小的趨勢，反而在大的一次風量工況下，煤粉略有變粗，這是準東煤和地煤煤粉樣品的主要差異.

4.3 煤粉粒度分布

圖5給出了準東煤在一次風量為70t／h和80 t／h時的煤粉粒度分布.由圖5可以看出，當磨煤機分離器出口溫度為70℃時，2個一次風量下的試驗結果顯示煤粉均較粗，粒度為61～75μm的煤粉占20%以上，粒度小于61μm的煤粉質量分數(shù)不到50%.當磨煤機分離器出口溫度高于75℃后，煤粉均變細，粒度為61～75μm的煤粉質量分數(shù)減小至10%以內，粒度小于61μm的煤粉質量分數(shù)接近70%.但是當磨煤機分離器出口溫度進一步提高到80℃時，煤粉粒度分布幾乎不發(fā)生變化.這說明準東煤在磨煤機分離器出口溫度為70～75℃時的變化特性最明顯，煤粉粒度小于90μm的顆粒隨磨煤機分離器出口溫度的提高質量分數(shù)是變小的，但磨煤機分離器出口溫度超過75℃后準東煤煤粉粒度變化不再明顯.

圖5 準東煤煤粉的粒度分布Fig.5 Particle size distribution of Zhundong coal

圖6給出了地煤在一次風量為70t／h和80t／h時的粒度分布.由圖6可以看出，地煤的煤粉粒度分布沒有十分明顯的變化規(guī)律.2個一次風量下的試驗結果顯示磨煤機分離器出口溫度為75℃時，煤粉粒度為61～90μm時的質量分數(shù)是最大的，粒度小于61μm的煤粉質量分數(shù)是最小的；而磨煤機分離器出口溫度為68℃與80℃時，煤粉粒度在各區(qū)間段的分布較為一致.隨著磨煤機分離器出口溫度的提高，一次風量小于80t／h時，粒度小于61μm的煤粉質量分數(shù)在磨煤機分離器出口溫度68℃時比80℃時大10%，煤粉逐漸變粗，這與準東煤的結果有所不同.

圖6 地煤煤粉的粒度分布Fig.6 Particle size distribution of local coal

5 結 論

（1）在相同工況下，地煤的煤粉細度R90值均大于準東煤5%以上.

（2）隨著磨煤機分離器出口溫度的提高，準東煤的煤粉逐漸變細，當一次風量為80t／h、磨煤機出力為35t／h時，R90值從23.5%減小至21%左右，當磨煤機分離器出口溫度高于75℃后，R90值的變化幅度小于1%.地煤不存在煤粉變細的趨勢.

（3）準東煤煤粉粒度小于90μm的顆粒隨磨煤機分離器出口溫度的提高是變細的，但是超過75℃后這個特性變化不再明顯；地煤的煤粉粒度分布沒有十分明顯的變化規(guī)律，但是隨著磨煤機分離器出口溫度的提高，煤粉沒有逐漸變細.

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