員盼鋒, 時勇強(qiáng)

(西安熱工研究院有限公司 電站鍋爐煤清潔燃燒國家工程中心， 西安 710054)

MPS225-HP-II型中速磨煤機(jī)磨制劣質(zhì)煤種的運(yùn)行特性

員盼鋒, 時勇強(qiáng)

(西安熱工研究院有限公司 電站鍋爐煤清潔燃燒國家工程中心， 西安 710054)

對MPS225-HP-II型中速磨煤機(jī)在正常煤種及劣質(zhì)煤種下進(jìn)行磨煤機(jī)運(yùn)行特性試驗(yàn)，深入研究磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種時的運(yùn)行特性及調(diào)節(jié)方法，掌握該類型磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種時的最優(yōu)運(yùn)行模式，指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行。

中速磨煤機(jī)； 劣質(zhì)煤種； 特性研究

面對煤炭市場的不利形勢，為降低燃料成本，多數(shù)電廠采取了燃用劣質(zhì)煤種或摻燒劣質(zhì)煤種的舉措[1-2]。劣質(zhì)煤種灰分高、水分大、熱值低、石子多，不利于機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對鍋爐燃燒的影響體現(xiàn)在著火困難、燃燒不穩(wěn)定、飛灰含碳量高、達(dá)不到滿負(fù)荷等；對制粉系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在磨煤機(jī)長時間過負(fù)荷運(yùn)行、底座振動大、石子煤量增多、粉管易堵塞等方面[3-4]。燃用劣質(zhì)煤種時燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整已有學(xué)者做了大量研究，但在劣質(zhì)煤種對磨煤機(jī)運(yùn)行特性的影響及調(diào)節(jié)方法方面研究尚少。劣質(zhì)煤種直接影響到磨煤機(jī)的運(yùn)行特性，而磨煤機(jī)的出力、出口溫度、煤粉細(xì)度及均勻性將直接影響到爐內(nèi)燃燒，因此，有必要深入研究磨煤機(jī)在劣質(zhì)煤種下的運(yùn)行特性[5]。

筆者以某電廠MPS225HP-II型中速磨煤機(jī)為例，在正常煤種、劣質(zhì)煤種下分別進(jìn)行磨煤機(jī)運(yùn)行特性試驗(yàn)，獲得磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種時的風(fēng)量特性、分離器擋板特性、加載力特性及磨煤機(jī)出力特性等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合理論計算，研究中速磨煤機(jī)磨制劣質(zhì)煤種時的運(yùn)行特性。

1 MPS225-HP-II型中速磨煤機(jī)

相對于鋼球磨煤機(jī)，中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，制粉單耗低，且占地面積小，廣泛應(yīng)用于大容量機(jī)組中。但中速磨煤機(jī)對劣質(zhì)煤種的適應(yīng)性沒有鋼球磨煤機(jī)好，磨損后期出力下降，對運(yùn)行及維護(hù)的要求較高[6]。因此，中速磨煤機(jī)在長時間磨制劣質(zhì)煤種后，易出現(xiàn)磨煤機(jī)振動、石子煤量異常增大、磨煤機(jī)出力不足等問題。

國內(nèi)火電廠應(yīng)用較多的中速磨煤機(jī)主要有HP碗式磨煤機(jī)和MPS輥輪式磨煤機(jī)。相對于傳統(tǒng)MPS磨煤機(jī)，MPS225-HP-Ⅱ型磨煤機(jī)提高了最大研磨壓力及磨盤轉(zhuǎn)速，以提高研磨效率及磨煤機(jī)出力[6]。

2 磨煤機(jī)及煤質(zhì)參數(shù)

MPS225-HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)主要參數(shù)及試驗(yàn)煤質(zhì)參數(shù)分別見表1、表2。

表1 中速磨煤機(jī)主要參數(shù)

表2 煤質(zhì)參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果

磨制正常煤種和劣質(zhì)煤種時進(jìn)行了分離器擋板特性、風(fēng)量特性、加載力特性、出力特性及最大出力試驗(yàn)。

依據(jù)DL/T 467—2004 《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn)》，測試了磨煤機(jī)運(yùn)行風(fēng)量、煤粉細(xì)度、煤粉均勻性指數(shù)、磨煤電耗等參數(shù)。分析上述參數(shù)，研究磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種時的運(yùn)行特性及調(diào)整方法。

試驗(yàn)工況參數(shù)分別見表3、表4。

表3 正常煤種試驗(yàn)工況參數(shù)

表4 劣質(zhì)煤種試驗(yàn)工況參數(shù)

4 理論計算結(jié)果

為研究劣質(zhì)煤種對磨煤機(jī)最大出力的影響，結(jié)合試驗(yàn)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，計算磨煤機(jī)最大出力[6]，結(jié)果見表5。

表5 磨煤機(jī)最大出力理論計算

表5(續(xù))

MPS225-HP-II型磨煤機(jī)最大出力計算公式為：

BM=BMO×fH×fR×fM×fA×fe×fsi×fg

(1)

式中：BMO為磨煤機(jī)基本出力，t/h；fH、fR、fM、fA、fsi、fg分別為原煤可磨性、煤粉細(xì)度、原煤水分、原煤灰分、分離器型式、原煤粒度對磨煤機(jī)最大出力的修正系數(shù)；fe為磨損至中、后期時的最大出力降低系數(shù)。

由表5可見：正常煤種下的理論計算最大出力為72.19 t/h，而劣質(zhì)煤種下的理論計算最大出力為70.80 t/h，劣質(zhì)煤種下的磨煤機(jī)最大出力略有降低。表5中劣質(zhì)煤種盡管水分高、灰分高、石子含量高，但可磨性系數(shù)比正常煤種要高，導(dǎo)致兩者磨煤機(jī)最大出力理論計算值差距不大。

實(shí)際運(yùn)行中，劣質(zhì)煤種熱值偏低，相同負(fù)荷下總煤量更高，導(dǎo)致磨煤機(jī)出力需求更高。因此，在高負(fù)荷下燃用劣質(zhì)煤種時，各磨煤機(jī)應(yīng)盡量平均分配總煤量，避免磨煤機(jī)煤量過大造成堵磨。

5 特性研究

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果、理論計算結(jié)果，對比分析MPS225-HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)磨制正常煤種和劣質(zhì)煤種時的特性差異，研究劣質(zhì)煤種下的運(yùn)行特性及調(diào)節(jié)方法。

5.1風(fēng)量特性

在相同的磨煤機(jī)出力、分離器擋板開度及加載力下，測試正常煤種、劣質(zhì)煤種在不同風(fēng)量下的磨煤單耗、煤粉細(xì)度及均勻性指數(shù)、石子煤排放量等指標(biāo)，對比上述指標(biāo)優(yōu)選出最佳風(fēng)量。繪制正常煤種、劣質(zhì)煤種下的最佳風(fēng)煤比曲線見圖1?？紤]到粉管安全送粉，運(yùn)行風(fēng)量不得低于62 km3/h。

圖1 不同煤種下的風(fēng)煤比曲線

由圖1可見：在相同的加載力、分離器擋板開度條件下，磨煤機(jī)在磨制正常煤種和劣質(zhì)煤種下的風(fēng)量特性基本相同。在磨煤機(jī)高出力下，劣質(zhì)煤種的風(fēng)煤比更高，即在相同的磨煤機(jī)出力下，運(yùn)行風(fēng)量更大，更高的風(fēng)環(huán)風(fēng)速可避免磨制劣質(zhì)煤種時石子煤量過高，且可適當(dāng)提高出力。

磨制劣質(zhì)煤種時，磨煤機(jī)在中低出力下完全可以按相同的風(fēng)煤比曲線運(yùn)行，在較高出力下可適當(dāng)提高風(fēng)量。磨制劣質(zhì)煤種時在較高出力下(50 t/h以上)的風(fēng)量-煤量函數(shù)為y=0.223 6x+70.82，而正常煤種時y=0.255 8x+67.21，其中y為磨運(yùn)行風(fēng)量，km3/h；x為磨煤機(jī)出力，t/h。

5.2粗粉分離器擋板特性

在正常煤種、劣質(zhì)煤種各自的最佳風(fēng)量及加載力下，改變粗粉分離器的擋板開度，測試不同分離器擋板開度下的煤粉細(xì)度、均勻性指數(shù)及磨煤電耗，并繪制正常煤種、劣質(zhì)煤種下的分離器擋板特性曲線，見圖2。

圖2 不同煤種下的粗粉分離器擋板特性

由圖2可見：在相同的風(fēng)量、分離器擋板開度條件下，磨煤機(jī)磨制劣質(zhì)煤種的煤粉細(xì)度比正常煤種細(xì)，且出力越高，煤粉細(xì)度偏差越大。在風(fēng)量和擋板開度相同的條件下，粗粉分離器的分離效率基本相同，但劣質(zhì)煤種可磨性系數(shù)數(shù)值較高，運(yùn)行時加載力更大，使得粗粉分離器入口的煤粉細(xì)度更細(xì)。

在實(shí)際運(yùn)行中，考慮到劣質(zhì)煤種的水分、灰分含量較高，揮發(fā)分含量較低，著火特性較差，選擇較細(xì)的煤粉細(xì)度是有必要的，因此在磨制劣質(zhì)煤種時可以采用和磨制正常煤種時相同的分離器擋板開度。

5.3加載力特性

在相同的磨煤機(jī)出力、風(fēng)量及分離器擋板開度下，測試正常煤種、劣質(zhì)煤種在不同加載力下的磨煤單耗、煤粉細(xì)度、石子煤排放量、底座振動等指標(biāo)，對比上述指標(biāo)優(yōu)選出最佳加載力。繪制正常煤種、劣質(zhì)煤種下的加載力特性曲線，見圖3。

圖3 不同煤種下的加載力特性

值得說明的是，圖3中縱坐標(biāo)實(shí)際加載力為表盤加載力和提升力的綜合作用力，為實(shí)際加載到磨輥上的作用力。由圖3可見：在相同的磨煤機(jī)出力、風(fēng)量、分離器擋板開度條件下， 磨煤機(jī)磨制劣質(zhì)煤種時需要更大的加載力，與正常煤種相比較，加載力要提高0.5 MPa以上。

劣質(zhì)煤種中的石子較多，在相同的磨煤機(jī)出力下需要更高的加載力，否則易造成煤粉細(xì)度偏粗，石子煤排量過高。實(shí)際運(yùn)行中，磨制劣質(zhì)煤時可適當(dāng)提高加載力。

5.4出力特性

改變磨煤機(jī)出力，風(fēng)量、分離器擋板開度及加載力按照圖1～圖3調(diào)整，測試不同煤種工況下的石子煤量、磨煤單耗及磨煤機(jī)基座的水平振動參數(shù)，研究磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種下的石子煤量特性、磨煤單耗及磨煤機(jī)振動特性(見圖4～圖6)。

圖4 不同煤種下的磨煤機(jī)石子煤量特性

圖5 不同煤種下的磨煤單耗特性

圖6 不同煤種下的磨煤機(jī)底座水平振動特性

由圖4可見：劣質(zhì)煤種石子煤量明顯比正常煤種大。劣質(zhì)煤種中石子含量高，為避免硬石子造成磨輥磨損嚴(yán)重、粉管沉積等問題，真正的石子必須從石子煤倉排出。

高出力時排出的石子煤中主要成分為石頭、礦石，而在低出力時排出的石子煤中則含有一定比例的原煤，且出力越低原煤比例越大。分析其主要原因?yàn)椋?1)低出力下煤層較薄，為避免磨煤機(jī)振動，加載力置于較低水平，部分煤塊會和石子一起排入石子煤倉，導(dǎo)致石子煤量較高；(2)低出力時風(fēng)量偏低，風(fēng)環(huán)風(fēng)速較低，也易引起石子煤量偏大。因此，在磨制劣質(zhì)煤種時，避免磨煤機(jī)在過低出力下運(yùn)行。

由圖5可見：磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種時的磨煤單耗比磨制正常煤種時高，這和劣質(zhì)煤種的水分高、灰分大、石子量大，需要較高的加載力相關(guān)。

盡管磨制劣質(zhì)煤種時磨煤電耗更高，但這是必要的，為燃燒系統(tǒng)提供穩(wěn)定、合格的煤粉對整個鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性均很有利。

由圖6可見：磨制劣質(zhì)煤種時磨煤機(jī)振動較大。引起磨煤機(jī)振動較大的原因有：(1)劣質(zhì)煤中含較多礦石，礦石硬度高且不易破碎，在磨盤上易被研磨成圓球，引起磨煤機(jī)振動；(2)磨盤上存煤量少，煤層薄，而造成煤層薄的一般原因是磨煤機(jī)出力過低或運(yùn)行時風(fēng)量過大。

因此，磨制劣質(zhì)煤種時，應(yīng)盡量避免在低出力下運(yùn)行，同時，在能夠滿足干燥出力的前提下，應(yīng)盡量按照風(fēng)煤比曲線運(yùn)行。

5.5最大出力特性

正常煤種、劣質(zhì)煤種下的最大出力特性試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 最大出力特性

由表6可見： 劣質(zhì)煤種的磨煤機(jī)最大出力計算值和正常煤種差別不大，但試驗(yàn)值比正常煤種偏低較多，說明正常煤種下的磨煤機(jī)最大出力可參考計算值，而劣質(zhì)煤種下的磨煤機(jī)最大出力需要試驗(yàn)測定。

另外，磨制劣質(zhì)煤種時，磨煤機(jī)最大出力比正常煤種小，石子煤排量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常煤種，且磨煤機(jī)振動大于正常煤種。因此，磨制劣質(zhì)煤種除了合理的運(yùn)行方式調(diào)整外，加強(qiáng)運(yùn)行管理也很必要。

6 結(jié)語

(1) MPS225-HP-II型中速磨煤機(jī)在磨制劣質(zhì)煤種時，磨煤機(jī)在中低出力下完全可按照和正常煤種下相同的風(fēng)煤比曲線運(yùn)行，在較高出力下可適當(dāng)提高風(fēng)量；可采用和正常煤種相同的分離器擋板開度。

(2) 劣質(zhì)煤種中的石子較多，相同磨煤機(jī)出力下需要更高的加載力，否則易造成煤粉細(xì)度偏粗，石子煤排量過高。

(3) 磨制劣質(zhì)煤種時，避免磨煤機(jī)在過低出力下運(yùn)行，并且加強(qiáng)石子煤排放的管理工作。

(4) 劣質(zhì)煤種含雜質(zhì)較多，必然導(dǎo)致石子煤量較多。若運(yùn)行上單純通過提高加載力和風(fēng)量來降低石子煤量，可能會造成磨煤機(jī)振動、磨煤電耗增加、受熱面磨損等問題。因此，不應(yīng)通過增加加載力和風(fēng)量人為減少石子煤的排放。

(5) 正常煤種下的磨煤機(jī)最大出力可參考計算值，而劣質(zhì)煤種的磨煤機(jī)最大出力比計算值偏低7%左右，需要試驗(yàn)測定。

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StudyonOperationCharacteristicsofanMPS225-HP-IITypePulverizerinGrindingLowQualityCoal

Yun Panfeng, Shi Yongqiang

(National Engineering Research Center for Clean Coal Combustion in Power Plant Boiler, Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China)

Experimental tests were conducted on operation characteristics of an MPS225-HP-II medium speed pulverizer in grinding both normal and low quality coal, so as to obtain the operation characteristics, regulation methods and optimal operation mode of the pulverizer in grinding low quality coal, thus guiding actual operation of similar pulverizers.

medium speed pulverizer; low quality coal; characteristic study

2017-01-10；

2017-02-16

員盼鋒(1987—)，男，工程師，從事電站鍋爐制粉及燃燒系統(tǒng)方面的研究開發(fā)工作。E-mail: yunpanfeng@tpri.com.cn

TK223.25

A

1671-086X(2017)06-0448-05