雙進雙出鋼球磨煤機風煤比及風量計算

田慶峰，陳 牧，張鵬霄，宋家明

(1.中南電力設計院，湖北 武漢 430071；2.北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141；3.上海重型機器廠有限公司，上海 200245)

雙進雙出鋼球磨煤機風煤比及風量計算

田慶峰1，陳 牧1，張鵬霄2，宋家明3

(1.中南電力設計院，湖北 武漢 430071；2.北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110141；3.上海重型機器廠有限公司，上海 200245)

本文分析了MGS型雙進雙出鋼球磨煤機通風曲線選用方法、磨煤機最大出力時分離器出口風煤比的選擇原則，提供了磨煤機風量測量裝置最大量程的計算方法。

雙進雙出鋼球磨煤機；通風曲線；風煤比。

雙進雙出鋼球磨煤機是我國燃煤電廠應用較多的一種低速磨煤機，國內生產MGS型雙進雙出鋼球磨煤機的廠家主要包括北方重工集團有限公司、上海重型機器廠有限公司。

工程設計中，合理選用磨煤機的通風曲線、風煤比、風量計的量程并同時滿足鍋爐燃燒及磨煤機出力的需要，是一項最基礎的設計配合工作。

1 MGS型磨煤機的通風曲線

MGS型鋼球磨煤機分離器出口的風量包括進入磨煤機熱風盒的風量Qr、旁通風量Qp、磨煤機密封風量Qsm、給煤機密封風量Qsg、煤粉蒸發(fā)水分QΔM，其中進入磨煤機筒體的風量(包括進入磨煤機兩端熱風盒的風量Qr、磨煤機的密封風量Qsm)主要功能是干燥及輸送經過磨煤機破碎后的煤粉顆粒，并起到調節(jié)磨煤機出力的作用，無論是何種煤種、何種磨型，進入磨煤機筒體的風量(Qr+Qsm)的風煤比始終為1.35(國內制造廠A及制造廠B均按此數(shù)據(jù)計算)；旁通風量Qp、給煤機密封風量Qsg不進入磨煤機的筒體，經過螺旋輸送器處直接進入分離器進口管道。

旁通風主要作用是滿足燃煤干燥出力、補充一次風滿足一次風率的要求，如果進入磨煤機筒體的風量(Qr+Qsm)已經滿足燃煤干燥出力及一次風率的要求，則旁通風量理論值可為零。磨煤機密封風根據(jù)密封風的風壓與進入磨煤機熱風盒的風壓的差值進行調節(jié)，在計算中磨煤機密封風量、給煤機密封風量一般取用定值數(shù)據(jù)。

《DL/T5145－2002 火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定》中圖5.6.3給出了雙進雙出鋼球磨煤機通風量和磨煤機出力的關系曲線，見圖1。

圖1 雙進雙出鋼球磨煤機通風量和磨煤機出力的關系曲線

圖1中原始的曲線為“40%及以下碾磨出力時分離器出口的風量為80%磨煤機最大出力時的分離器出口風量(不含煤粉蒸發(fā)水分QΔM)”，即陰影區(qū)最左側的曲線。陰影區(qū)是工程實際設計中“可能采用”的通風曲線區(qū)域，DL/ T5145中并未列出。

1.1 廠A對磨煤機通風曲線選擇的建議

制造廠A認為，在工程實際應用中，為滿足鍋爐一次風率的需要，可以選用“70%及以下碾磨出力時分離器出口的風量為80%磨煤機最大出力時的分離器出口風量(不含煤粉蒸發(fā)水分QΔM)”的曲線，且此兩條曲線(此兩條曲線為：40%及以下碾磨出力對應80%通風率曲線、70%及以下碾磨出力對應80%通風率曲線)之間的任意一條曲線在工程中均可選用(圖1中的陰影區(qū)1及陰影區(qū)2)，其主要目的就是為了滿足鍋爐一次風率及磨煤機干燥出力的需求。

在圖1的陰影區(qū)域內，當選用靠右側的曲線時，可以獲得較低的一次風量及一次風率，比較適合燃燒無煙煤、貧煤的工程，當選用靠左側的曲線時，可以獲得較高的一次風量及一次風率，比較適合燃燒煙煤、褐煤的工程(當選用鋼球磨時)。在某些煤種燃燒所需的風煤比較低的情況下，即使采用80%最小風量對應70%磨煤機的最大出力，也無法實現(xiàn)鍋爐最大連續(xù)出力(Boiler Maimum Continuous Bating, BMCR)工況運行時較小的風煤比，此時可將熱平衡計算及通風量計算時取用的“磨煤機最大碾磨出力”的數(shù)值減小(比如實際最大出力為70 t/h，但在選擇通風曲線時，磨煤機最大出力定為60 t/h)，其實質是人為修改了磨煤機碾磨出力的負荷率，進而調整了其通風量，從而實現(xiàn)上述要求。

通風曲線的通用方程式為：

φ＝(b+k×Xm/100)×100 % (1)

式中：k、b為待求取的常數(shù)；Xm為磨煤機的碾磨出力負荷率(單位為%)；φ為碾磨出力負荷率Xm所對應的通風率φ(單位為%)，當Xm＝100%時，通風率φ＝100%，當Xm≤某一特定負荷時，通風率φ＝80%(即通風率的最小值為80%)。

上述通風曲線的方程式可通過以下兩公式聯(lián)立求解：

k+b＝1 (2)

k×Xm/100+b＝0.8 (3)

可得出任意的曲線方程(中速磨的通風曲線求解過程與此類似，只不過第②式右側的數(shù)據(jù)不同而已)，當40%(或50%、或60%、或70%)及以下碾磨出力時分離器出口的風量為80%磨煤機最大出力時的分離器出口風量(不含煤粉蒸發(fā)水分QΔM)時，4個典型的通風曲線如下：

(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 廠B對磨煤機通風曲線選擇的建議

制造廠B認為，理論上只要控制磨煤機碾磨出力負荷≥40%時總風量在80%～100%之間變化，旁路風量曲線可根據(jù)要求作任意變動，但設計時建議盡量把最低通風量(80%)對應的碾磨出力負荷率控制在40%～60%以下(圖1中的陰影區(qū)1)，即40%及以下碾磨出力對應80%通風率曲線、60%及以下碾磨出力對應80%通風率曲線之間的任意一條曲線在工程中均可選用。

制造廠B的主要理由如下，雙進雙出鋼球磨煤機的最大出力一般情況下會高出BMCR工況接近20%，高出BRL工況會高出25%左右，若將最低通風量(80%)對應的碾磨出力負荷率調整70%甚至更高的點，正常出力時已經很接近設定的最低通風量(即BRL工況磨煤機正常出力時分離器進口的風量比較接近磨煤機最大出力時通風量的80%)，這樣負荷變化時將沒有足夠的出力調整空間(即分離器進口風量、分離器折向擋板開度、煤粉細度、分離器出力及分離效率，不易協(xié)調一致)。

1.3 本文對磨煤機通風曲線選擇的小結

本文對“理論極限通風曲線(即理論上可取用的最右側的通風曲線)”論證如下，在圖1中，當取用靠右側的曲線時(陰影部分的曲線)，作為最低要求，在任何碾磨出力負荷率的情況下，宜保證Qp+2×Qsg≥ g2max×Bmax－1.35×Bmax。當磨煤機最大出力Bmax對應的分離器出口風煤比g2max(不含煤粉蒸發(fā)水分)確定之后，能夠選用的最右側的曲線就確定了(Qp+2×Qsg＝g2max×Bmax－1.35×Bmax)，詳見圖2。

在圖2中，理論通風曲線極限位置對應的磨煤機的碾磨負荷率Xm’＝[0.8×g2max×Bmax－(g2max×Bmax－1.35×Bmax)]/(1.35×Bmax) ×100%＝(1－0.2×g2max/1.35)×100%,根據(jù)常用的分離器出口的風煤比g2max數(shù)據(jù)，可以給出Xm’與g2max的對應關系，詳見表1。

表1 Xm’與g2max的對應關系表

由表1可以看出，兩家制造廠提供的曲線范圍均位于“理論極限通風曲線”的左側)。

此外，每個工程均存在設計煤種和校核煤種，實際運行中也無法適時判斷進入磨煤機的煤是設計煤種還是校核煤種，當各個煤種的最大碾磨出力、BMCR運行工況耗煤量相差較大時，采用同一條通風曲線會導致各個煤種的一次風總量及一次風率呈現(xiàn)出較大差異，在進行磨煤機熱平衡計算及通風量計算時，可調整個別煤種的最大碾磨出力(或者以設計煤種的最大碾磨出力為準，或者以各個煤種中碾磨出力的最大值為準)，其實質是人為調整了碾磨出力的負荷率，保證了各個煤種在相同鍋爐負荷下磨煤機的通風量比較接近。

本文認為工程設計中通風曲線的初步選用暫按制造廠B的意見執(zhí)行，即采用圖1中的碾磨出力負荷率為40%～60%及以下時對應80%磨煤機最大出力時的分離器出口風量(不含煤粉蒸發(fā)水分QΔM)的任意一條曲線，具體工程的通風曲線的選定仍可以與兩家制造廠討論確定，以獲得合適的一次風率，實現(xiàn)空氣預熱器出口熱一次風溫、磨煤機入口風溫、一次風量之間的合理匹配。

圖2 磨煤機通風曲線的極限位置

2 最大出力時分離器出口風煤比確定

為滿足鍋爐燃燒所需的一次風率，除了前述的選取合適的通風曲線外，雙進雙出鋼球磨煤機最大出力時分離器出口風煤比的取值，同樣可以影響一次風量及一次風率。除上述因素外，磨煤機型號(即磨煤機的碾磨出力裕量系數(shù)的大小)也影響B(tài)MCR工況的一次風率及一次風量。

分離器出口的風量Q2＝(Qr+Qsm)+(Qp+2×Qsg)+ QΔM，在與磨煤機廠家進行配合計算中，分離器出口的風煤比g2通常不考慮QΔM(g2不含煤粉水分，僅僅是一個磨煤機廠家的標準定義，實際煤粉水分不但參與了磨煤機的熱平衡計算，而且磨煤機分離器出口也包含了煤粉水分，選型設計及運行中分離器出口最大體積流量不應超過分離器規(guī)定的最大體積流量)，這一點在工程配合計算中應特別注意。

與磨煤機廠家配合計算時，分離器出口的風煤比為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為磨煤機入口風煤比，g1＝(Qr+Qp)/B＝gr+gp，B為磨煤機的碾磨出力，gp為旁通風的風煤比，gr為熱風盒風量的風煤比。

2.1 廠A對最大出力時分離器出口風煤比選取建議

制造廠A認為，當磨煤機在最大出力時，如果磨煤機干燥出力及一次風率滿足鍋爐燃燒要求，理論上旁通風量可以取值為≥0的數(shù)據(jù)，因此磨煤機最大碾磨出力時，分離器出口的最小風煤比理論上可以為g2max＝1.35+2×Qsg/Bmax。

2.2 廠B對最大出力時分離器出口風煤比選取建議

制造廠B認為，除考慮制造廠A的意見外，在磨機選型設計時，風煤比初始設定還必須考慮到煤粉細度的要求，具體考慮如下： (1) 煤粉細度要求85%～90%以上(通過率200目)時，磨煤機最大出力對應的風煤比取1.6～1.7；(2)煤粉細度要求75%～80%以上(通過率200目)時，磨機最大出力對應的風煤比取1.4～1.5。

制造廠B主要理由如下，除了進入磨機筒體的風量外(1.35的風煤比對應的風量，即熱風盒風量與磨煤機密封風量的總和)，其余風量(即旁通風量和給煤機密封風量的總和)對煤粉的選送還是起到直接作用，對于雙進雙出磨煤機煤粉細度要越高的時候，分離器擋板開度要求越小，分離器內部阻力變大，同時煤粉的回粉率增大，循環(huán)負荷便大，為了保證出力，風壓及風煤比需要相應增大，因此“要求的煤粉細度越細則風煤比越大，反之風煤比越小”。

2.3 本文對最大出力時分離器出口風煤比選取小結

關于“雙進雙出鋼球磨煤機最大出力時分離器出口風煤比”的確定，制造廠A認為應優(yōu)先考慮鍋爐燃燒一次風率的需要(煤粉細度變細引起的磨煤機出力下降的情況，在磨煤機選型時已經考慮了設計余量)，制造廠B認為除此之外還應考慮煤粉細度及出力的需要。本文認為，制造廠A提出的“磨煤機最大出力時分離器出口的最小風煤比理論上可以為g2max＝1.35+2×Qsg/Bmax”是最基本的、最低的要求，任何型號的磨煤機均必須滿足，磨煤機最大出力時分離器出口的風煤比數(shù)值選取，具體工程中可與兩家制造廠協(xié)商確定。

根據(jù)上述磨煤機的碾磨出力能力、選定的通風曲線、最大碾磨出力時分離器出口風煤比的取值，即可計算出各個負荷下磨煤機的通風量，最終選用的各個負荷下的磨煤機通風量、一次風率、空預器出口熱一次風溫度應與鍋爐廠的要求基本一致。因此，通風曲線的選取及磨煤機最大出力時風煤比的取值，是確定一次風率、選擇一次風機、確定制粉系統(tǒng)管徑的重要依據(jù)。

3 風量流量計的取值

典型的雙進雙出鋼球磨煤機冷風及熱風插板門、風量測量裝置的配置以具體工程為準，以下主要說明各個流量計刻度流量的確定方法。

以某300 MW燃燒無煙煤的工程為例，每臺鍋爐配置4臺MGS3854型雙進雙出鋼球磨煤機，其通風曲線及基本資料見圖3。

通過圖3，可以得出各個流量測量裝置BMCR工況的刻度流量及最大計算風量，詳見表2。

圖3 雙進雙出鋼球磨煤機通風曲線示例

① 設計煤種最大碾磨計算出力為43.6 t/h，BMCR工況單臺磨煤機的運行出力為35.5425 t/h；

② 磨煤機通風曲線方程為φ＝(0.5+0.5×Xm)×100，Xm≤60%，φ＝80%；

③ 單臺磨煤機密封風量3.8 t/h，2臺給煤機密封風量1.542 t/h；

④ 分離器出口最小風煤比為g2＝1.35+2×Qsg/B＝1.35+1.542/43.6＝1.385，計算時實際取值1.4 (多余的風量為旁通風量)。

表2 雙進雙出鋼球磨煤機風量流量計選型量程

由以上示例看出，BMCR工況及磨煤機最大出力工況時旁通風的流量，與磨煤機啟動時的旁通風量相差甚遠，磨煤機最大出力時旁通風量接近于零，BMCR工況時旁通風量僅占磨煤機啟動時旁通風量的約12.4%。因此旁通風管道的管徑選擇不能單純依據(jù)BMCR工況的旁通風量來進行設計，旁通風道的管徑宜不小于磨煤機廠家的接口管徑，旁通風管的最大流速的上限值宜為25～35 m/s(此上限值參考熱風再循環(huán)管道的推薦流速)。

4 結論及建議

(1)雙進雙出鋼球磨煤機通風曲線的初步選用，可按照圖1中的碾磨出力負荷率為40%～60%及以下時對應80%磨煤機最大出力時的分離器出口風量(不含煤粉蒸發(fā)水分QΔM)的任意一條曲線，具體工程計算時，通風曲線的選定可以與兩家制造廠討論確定。

(2)磨煤機最大出力時分離器出口的最小風煤比為g2max＝1.35+2×Qsg/Bmax(理論值)，這是最基本的、最低的要求(磨煤機最大出力時，旁通風量為0)，任何型號的雙進雙出鋼球磨煤機均必須滿足，磨煤機最大出力時分離器出口的風煤比的取值，具體工程中可與兩家制造廠協(xié)商確定。

(3)磨煤機通風曲線及磨煤機最大碾磨出力時分離器出口風煤比數(shù)值的取用，最終目的是保證鍋爐BMCR/鍋爐額定出力(Boile Rated Load, BRL)工況下分離器出口風煤比與燃燒所需風煤比基本一致。根據(jù)確定的磨煤機最大出力時取用的風煤比、選定的通風曲線，可以計算求取BMCR/BRL工況的風煤比及風量，通過調整磨煤機最大出力時分離器出口的風煤比及選用合適的通風曲線，可以獲得適合鍋爐燃燒所需的一次風率，并實現(xiàn)空氣預熱器出口熱一次風溫、磨煤機入口風溫、一次風量之間的合理匹配。

(4)磨煤機單側熱風盒流量(風煤比gr/2)的最大計算值應為Qr/2＝(1.35×Bmax－Qsm)/2；磨煤機單側旁通風流量(風煤比gp/2)的最大計算值應為Qp/2＝(0.8×g2max×Bmax－2×Qsg)/2；單臺磨煤機進口總風量(風煤比g1)的最大計算值應為Q1＝g2max×Bmax－2×Qsg－Qsm。熱控專業(yè)在選用流量測量裝置時，應在風量的最大計算值的基礎上，考慮一定的選型裕量。

(5)BMCR工況及磨煤機最大出力工況時旁通風的流量，與磨煤機啟動時的旁通風量相差甚遠，因此旁通風管道的管徑選擇不能單純依據(jù)BMCR工況的旁通風量進行設計，旁通風道的管徑宜不小于磨煤機廠家的接口管徑，旁通風管的最大流速的上限值宜為25～35 m/s(此上限值參考熱風再循環(huán)管道的推薦流速)。

[1] DL/T 5145－2002，火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定[S]．

[2] DL/T 5145－2012，火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術規(guī)定(征求意見稿)[S]．

[3] 張安國，梁輝．電站鍋爐煤粉制備與計算[M]．北京：中國電力出版社，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

田慶峰(1975- )，男，河南林州人，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱機專業(yè)設計。