MPS型中速輥式磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)中德熱力計(jì)算實(shí)例分析

尹明泉, 王春民, 劉 歡

(北京電力設(shè)備總廠有限公司， 北京 102401)

中速輥式磨煤機(jī)(簡稱磨煤機(jī))主要以20世紀(jì)50年代從德國Babcock公司引進(jìn)的MPS型磨煤機(jī)和其改進(jìn)結(jié)構(gòu)及型號(如ZGM型)為主，而作為計(jì)算該類型磨煤機(jī)干燥出力的德國標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算理論(簡稱德標(biāo))也一起引進(jìn)過來并一直指導(dǎo)廠家對磨煤機(jī)的選型計(jì)算和對磨煤機(jī)干燥能力進(jìn)行驗(yàn)證。過去火力發(fā)電廠主要以燃燒低水分的優(yōu)質(zhì)煤炭為主，采用德標(biāo)進(jìn)行磨煤機(jī)干燥出力驗(yàn)證時(shí)，完全能夠滿足選型要求。而近年來，由于我國優(yōu)質(zhì)煤炭資源大量減少及限制采購等原因，火力發(fā)電開始燃燒高水分、儲(chǔ)量豐富的褐煤，但采用德標(biāo)進(jìn)行干燥出力選型時(shí)，發(fā)現(xiàn)干燥出力與碾磨出力不能匹配，即通過干燥出力確定的磨煤機(jī)型號要比通過碾磨出力確定的型號大一個(gè)或幾個(gè)型號，這就導(dǎo)致如果磨煤機(jī)廠家以碾磨出力計(jì)算確定的小型號磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行中達(dá)不到電廠鍋爐負(fù)荷要求，而以干燥出力計(jì)算確定的型號產(chǎn)品競爭力不夠。

中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5145—2012 《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》(簡稱國標(biāo))中規(guī)定“褐煤水分在30%～35%時(shí)可采用中速磨煤機(jī)，當(dāng)燃煤熱值、鍋爐一次風(fēng)率及熱風(fēng)溫度等條件可滿足鍋爐燃燒和熱平衡要求時(shí)，可采用MPS型或ZGM型中速磨煤機(jī)，磨煤機(jī)出力必須通過試磨確定”，但由于廠家試驗(yàn)條件限制，該理論一直未被深入研究。因此，筆者通過多個(gè)工程實(shí)例對該熱力計(jì)算理論進(jìn)行深入研究，為后期試驗(yàn)研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 國標(biāo)和德標(biāo)熱力計(jì)算主要區(qū)別

1.1 磨煤機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械熱

1.1.1 國標(biāo)熱力計(jì)算理論

根據(jù)國標(biāo)中第5.3節(jié)熱平衡可知：磨煤機(jī)輸入的總熱量主要包括干燥劑的物理熱、漏入冷風(fēng)的物理熱、密封風(fēng)物理熱和磨煤機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械熱(DL/T 5145—2002中還包括原煤物理熱)；磨煤機(jī)輸出和消耗的熱量主要包括蒸發(fā)原煤中水分消耗的熱量、乏氣干燥劑帶走的熱量、加熱燃料消耗的熱量和設(shè)備自身散熱損失的熱量。而除了干燥劑的物理熱未知外，其他參數(shù)均可通過已知參數(shù)求得，因此，熱力計(jì)算主要是通過平衡公式確定干燥劑入磨煤機(jī)的物理熱，最終確定干燥劑入磨煤機(jī)的溫度。

1.1.2 德標(biāo)熱力計(jì)算理論

德標(biāo)熱力計(jì)算主要是先計(jì)算磨煤機(jī)碾磨過程中所需要的熱量，然后再通過迭代算法計(jì)算出入口干燥劑的初始溫度?；驹砼c火電規(guī)定的熱力計(jì)算理論相同，但在計(jì)算過程中減少了對一些熱量的考慮[1]。

(1)

Qtotal= (QFd1+QST+QH2O,PF+

QSA+QL)×(1+VLQ)

由式(1)可知：德標(biāo)熱力計(jì)算主要是加熱干粉、煤粉水分、密封風(fēng)、漏風(fēng)和蒸發(fā)水所需要的熱量之和。與國標(biāo)相比，缺少了磨煤機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械熱qmac。

1.2 干燥劑的入磨煤機(jī)通風(fēng)率

國標(biāo)中規(guī)定輪式中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)(MPS型、MPS-HP-II型、ZGM型)始端干燥劑通風(fēng)率ΨMV按下式計(jì)算：

(2)

(3)

德標(biāo)ΨMV按下式計(jì)算：

(4)

兩種通風(fēng)率具有一定的不同，因此，對進(jìn)入磨煤機(jī)的干燥劑的物理熱量也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

1.3 磨煤機(jī)入口原煤溫度

國標(biāo)熱力計(jì)算中對原煤溫度trc的計(jì)算一般為：

因此，當(dāng)環(huán)境溫度不等于0 ℃或者20 ℃時(shí)，計(jì)算加熱原煤所需熱量都會(huì)產(chǎn)生差別。

1.4 磨煤機(jī)散熱損失系數(shù)

磨煤機(jī)散熱損失系數(shù)是指磨煤機(jī)在運(yùn)行過程中具有一定的散熱損失，而在理論計(jì)算中往往采用經(jīng)驗(yàn)法確定該散熱損失系數(shù)。國標(biāo)熱力計(jì)算中該散熱損失系數(shù)取值為0.02，而在德標(biāo)中該取值為0.05。該系數(shù)的不同在一定程度上影響了磨煤機(jī)所需入口干燥劑的物理熱量和干燥劑的溫度。

2 熱力計(jì)算實(shí)例結(jié)果對比

實(shí)例計(jì)算中將主要對比散熱損失系數(shù)、干燥劑入磨煤機(jī)通風(fēng)率、原煤溫度和磨煤機(jī)散熱損失系數(shù)這4個(gè)參數(shù)對干燥劑初始溫度的影響。

表1～表4為分別選用東勝熱電項(xiàng)目、內(nèi)蒙古大唐國際某煤制氣項(xiàng)目、菲律賓某熱電項(xiàng)目和印尼肯達(dá)里某熱電項(xiàng)目中的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行的熱力計(jì)算結(jié)果。表5為4個(gè)工程熱力計(jì)算各個(gè)工況的對比結(jié)果。

表1 東勝熱電項(xiàng)目熱力計(jì)算結(jié)果

表1(續(xù))

表2 內(nèi)蒙古大唐國際某煤制氣項(xiàng)目熱力計(jì)算結(jié)果

表3 菲律賓某熱電項(xiàng)目熱力計(jì)算結(jié)果

表4 印尼肯達(dá)里某熱電項(xiàng)目熱力計(jì)算結(jié)果

表5 各工況對比結(jié)果分析

由表1～表4數(shù)據(jù)可知：原煤收到基全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、收到基低位發(fā)熱量等輸入數(shù)據(jù)各不相同，對干燥劑始端溫度的影響也不同。因此，可以通過工況對比反映出單個(gè)影響系數(shù)對干燥劑始端溫度的影響：

(1) 國標(biāo)熱力計(jì)算中，增加機(jī)械熱、提高干燥劑始端通風(fēng)率和采用低的散熱損失系數(shù)都會(huì)造成干燥劑始端溫度的計(jì)算值降低，更有利于磨煤機(jī)的選型。

(2) 由國標(biāo)可知，原煤溫度與收到基全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和熱值有關(guān)。對于收到基全水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高、熱值較低的煤種，原煤溫度應(yīng)該按20 ℃計(jì)算，反之原煤溫度為0 ℃。根據(jù)原煤溫度對干燥劑始端溫度的影響可知，將原煤溫度由較低的計(jì)算溫度改為較高的當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度(如菲律賓某熱電項(xiàng)目中由20 ℃改為32.2 ℃)時(shí)，磨煤機(jī)入口干燥劑的始端溫度將降低，而在德標(biāo)熱力計(jì)算中，原煤溫度一直采用環(huán)境溫度進(jìn)行計(jì)算。

(3) 國標(biāo)熱力計(jì)算(工況2)和德標(biāo)熱力計(jì)算(工況1)對干燥劑始端溫度的影響與國標(biāo)熱力計(jì)算中機(jī)械熱、通風(fēng)率和散熱損失系數(shù)3個(gè)系數(shù)對干燥劑始端溫度的綜合影響基本相當(dāng)；當(dāng)考慮國標(biāo)熱力計(jì)算中4個(gè)系數(shù)對干燥劑始端溫度的綜合影響時(shí)，其結(jié)果有較大不同。說明在實(shí)際工程計(jì)算中，只考慮機(jī)械熱、通風(fēng)率和散熱系數(shù)3個(gè)影響系數(shù)即可。

(4) 在對比國標(biāo)和德標(biāo)熱力計(jì)算對干燥劑始端溫度的影響時(shí)，散熱損失系數(shù)影響占比為40%左右；當(dāng)原煤水分較大且環(huán)境溫度較高時(shí)，通風(fēng)率影響占比在40%左右，此時(shí)機(jī)械熱影響占比為20%左右；當(dāng)原煤水分較小且環(huán)境溫度較低時(shí)，通風(fēng)率影響占比在30%左右，此時(shí)機(jī)械熱影響占比為30%左右。

3 結(jié)語

筆者主要討論了國標(biāo)和德標(biāo)對磨煤機(jī)熱力計(jì)算的主要區(qū)別，通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)主要存在機(jī)械熱、通風(fēng)率、原煤溫度和散熱損失系數(shù)4個(gè)影響系數(shù)的不同，并通過4個(gè)實(shí)際工程案例分別采用2種理論方法和變換相應(yīng)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，來研究4種影響系數(shù)對干燥劑始端溫度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)造成2種標(biāo)準(zhǔn)不同的因素主要有3個(gè)(機(jī)械熱、通風(fēng)率和散熱損失系數(shù))，而由于2種標(biāo)準(zhǔn)的中間計(jì)算過程不同，導(dǎo)致原煤溫度并沒有對2種標(biāo)準(zhǔn)的最終結(jié)果產(chǎn)生影響，即2種標(biāo)準(zhǔn)都可以采用原有規(guī)定的方法來獲取原煤溫度來進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

通過研究最終表明：采用國標(biāo)對磨煤機(jī)進(jìn)行干燥出力選型會(huì)為實(shí)際選型提供有利幫助，但在實(shí)際運(yùn)行中是否如計(jì)算所述，還需要通過性能試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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