磨煤機參數(shù)對煤排放率和熱值影響的實驗研究

(沈浙能臺州發(fā)電廠，浙江　臺州　318016)

燃煤電廠是煤炭能源使用的主要途徑，中速直吹式磨煤機由于具有啟動迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)靈活、安全性高等優(yōu)點，在燃煤發(fā)電系統(tǒng)中占有重要的地位。磨煤機的性能、經(jīng)濟性以及排放特性是燃煤電廠比較關(guān)注的，很多文獻對此進行了研究，陳徳蔭[1]指出火電廠磨煤制粉系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。如宋紹偉[2]研究了磨煤機鋼球最佳級配技術(shù)對磨煤機節(jié)能降耗及運行安全的影響。鄭福國等[3]提出了針對華能德州電廠三期機組雙進雙出鋼球磨煤機的節(jié)能降耗運行技術(shù)措施，劉進海[4]通過對齊魯石化熱電廠的六臺之分系統(tǒng)進行研究分析，探索制粉系統(tǒng)及磨煤機的改進措施。在臺州電廠的實際運行中來看，中速磨煤機依然存在不少問題，其中出力不足和石子煤排放的問題很突出。

在電廠實際運行中，制粉系統(tǒng)都預(yù)留一臺磨煤機用于備用，如果磨煤機出力不足，在燃煤熱值較低時機組滿負荷運行可能需要投運全部磨煤機，機組穩(wěn)定運行存在安全隱患。此外，石子煤排放過多對電廠的經(jīng)濟和安全運行也是不利的。石子煤排量過多將導(dǎo)致石子煤中夾帶的煤粉過多，從而使得磨煤機出力變低，經(jīng)濟性變差，同時石子煤排放運輸費用增加。另外，如果石子煤排放過多并堆積擠壓，由于磨入口混合風(fēng)溫很高，長時間將會導(dǎo)致結(jié)焦，引起石子煤在一次風(fēng)室排放不暢，風(fēng)道流通面積變小，一次風(fēng)量不足、出力下降、風(fēng)環(huán)處風(fēng)速變小，繼而又增加了石子煤排量，如此惡性循環(huán)，最終可能引發(fā)設(shè)備故障。

目前國內(nèi)外已經(jīng)有了一部分針對中速磨煤機的提高出力和減少石子煤排放量的研究。

在提高磨煤機出力的研究中，很多學(xué)者已經(jīng)研究了磨煤機的運行參數(shù)和風(fēng)環(huán)處的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)對磨煤機運行的影響。鄒嬌陽和秦鵬等[5-6]通過電廠試驗的方法，得出了在一定范圍內(nèi)，磨煤機出力和一次風(fēng)量成正比關(guān)系。這是由于一次風(fēng)量增加后，風(fēng)環(huán)噴口射流對煤粉的攜帶能力提高，煤粉細度變粗，同時可使磨煤機內(nèi)煤層厚度減薄，提高出力。許育群等[7]同樣采用電廠優(yōu)化試驗的方法，提高磨煤機入口風(fēng)溫，增加其對煤的干燥作用，使煤比較容易被磨碎，因此在給煤量不變時,可減少磨煤機內(nèi)的再循環(huán)煤量和煤層厚度使制粉電耗降低。劉雁琳等[8]人通過提高磨煤機轉(zhuǎn)速的方法提高了出力，但提高轉(zhuǎn)速的同時也要綜合考慮碾磨件磨損、磨煤機振動、減速機推力瓦溫度變化等因素。崔樹忠等[9]通過調(diào)整磨輥壓力和磨輥間隙，得出在綜合考慮磨煤機性能和經(jīng)濟性的情況下，磨輥加載壓力和磨輥磨碗間隙有一個最佳匹配關(guān)系。如某HP1203型磨煤機的磨輥加載壓力21 MPa，磨輥與襯板之間的間隙為10 mm，比磨輥加載壓力23 MPa，磨輥與襯板之間的間隙為16 mm運行更為經(jīng)濟。

中速磨煤機石子煤排放異常的問題一直存在，國內(nèi)外學(xué)者也從不同的角度開展了研究。朱憲然[10-11]從石子煤的物理特性進行分析，得到石子煤普遍存在熱值低和密度高等特點，不利于磨煤機的運行。沈天發(fā)，賈劍華等[12-13]主要考慮一次風(fēng)風(fēng)量及風(fēng)溫的影響，提出中速磨煤機要保持合適的風(fēng)煤比，使石子煤的排放與鍋爐的經(jīng)濟性相互平衡。趙熙，呂強等[14-15]從磨輥及襯板磨損的角度研究石子煤的排放。Bhasker C，朱憲然等[16-17]從磨煤機內(nèi)部流場角度出發(fā)，采用數(shù)值模擬的方法，研究石子煤的排放與風(fēng)環(huán)的關(guān)系。

這些研究都只是針對現(xiàn)有的磨煤機結(jié)構(gòu)進行研究，對石子煤基礎(chǔ)性的理論研究還不夠深入，沒有考慮到磨煤機運行參數(shù)對石子煤排放量和發(fā)熱量的影響。浙江臺州電廠五期300 MW鍋爐目前使用的HP863型中速碗式磨煤機存在著較嚴重磨煤機出力偏低和石子煤排放量過多的問題。當(dāng)前磨煤機最大出力僅為31 t/h，而HP863磨煤機設(shè)計最大出力為38.5 t/h。標準DT/L 467-2004《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)性能試驗》規(guī)定了中速磨煤機石子煤量必須小于額定出力的0.05%，石子煤發(fā)熱量小于6.27 MJ/kg，而臺州電廠部分磨煤機的石子煤量在1%以上，甚至出現(xiàn)了石子煤量在3%左右的情況，且發(fā)熱量在14.2 MJ/kg以上。本文試驗將對磨煤機的相關(guān)性能進行摸底，為進一步的磨煤機的運行與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究提供參考依據(jù)。

1　磨煤機設(shè)計參數(shù)

磨煤機采用HP863磨，正常運行時，磨煤機出口溫度應(yīng)控制在65～80℃之間，不得超過90℃。

HP863磨煤機最大出力：38.5 t/h，經(jīng)濟出力：30.8～32.73 t/h(磨煤機最大出力的80%～85%)，磨煤機最大保證出力：36.58 t/h(磨煤機磨輥磨損厚度達15 mm時4臺運行不小于鍋爐BMCR工況下120%的出力)，設(shè)計工況磨煤機出力：29.85 t/h(BMCR工況)，磨煤機最小出力：9.625 t/h。磨煤機設(shè)計工況空氣流量：18.27 kg/s，通風(fēng)阻力3 327 Pa。密封風(fēng)量70.75 m3/min(單臺磨)，磨煤機密封風(fēng)與一次風(fēng)差壓：≥2 000 Pa。

2　試驗測試及結(jié)果分析

2.1　試驗標準及測試內(nèi)容

試驗依據(jù)DL/T467-2004《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)性能試驗》規(guī)程中相關(guān)內(nèi)容。煤質(zhì)、細度等分析化驗根據(jù)最新國家標準或電力標準。

主要測試內(nèi)容及方法如下：

(1)控制磨煤機出口溫度為85℃，調(diào)整3檔不同風(fēng)煤比，測試石子煤排放量、煤粉細度等變化。

(2)控制不同磨煤機出口溫度(75℃、85℃、95℃)，測試石子煤排放量、煤粉細度、石子煤熱值等變化。

(3)控制磨煤機出口溫度85℃，在當(dāng)前分離器擋板開度下，根據(jù)磨煤機差壓、磨煤機電流、磨煤機出口溫度穩(wěn)定性、石子煤排放等參數(shù)，確定最大磨煤出力。

(4)針對當(dāng)前磨煤機的運行工況，停機后檢測磨煤機當(dāng)前的加載力，并調(diào)整磨煤機的加載力，測量調(diào)整后石子煤量、煤粉細度等。

主要測試煤種煤質(zhì)參數(shù)見表1。

表1入爐煤煤質(zhì)

煤種 工業(yè)分析/[%]Qnet,ar/MJ·kg-1元素分析/[%]MtMadAadVadFCadCadHadNadOadSt,ad優(yōu)混煤11.42.1620.7225.152.0223.4663.63.721.207.820.72澳煤 10.42.5320.1831.046.3422.74/4.2//0.72

2.2　出口溫度對磨煤機性能影響試驗

在A、B、C、D四個同型號不同使用時長的磨煤機上調(diào)整出口溫度試驗，調(diào)整磨煤機出口溫度為75℃、85℃、95℃，試驗結(jié)束后稱量石子煤的排放量并計算，試驗結(jié)果如圖1所示，試驗數(shù)據(jù)如表2。

圖1　磨出口溫度對磨煤機石子煤排放率的影響

表2不同磨煤機出口溫度下石子煤排放數(shù)據(jù)

名稱出口溫度/℃石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]7560.00.22A磨8537.90.149532.00.1275148.10.55B磨8571.70.279541.80.157537.70.13C磨8526.40.099524.60.087543.10.15D磨8529.50.119521.50.08

從測試結(jié)果可知出口溫度的提高可以降低石子煤的排放率，即提高磨煤機出口溫度能改善磨煤機的性能，這可能是因為出口溫度提高后，干燥出力增加，煤更易碾磨的緣故。從石子煤的排放量來看，B磨排放量最高，碾磨性能最差，C、D磨排放率最低，但仍高于0.05%，考慮到磨煤機各部件的磨損、折舊情況，C、D磨石子煤的排放量仍較為正常。

同時，對石子煤排量較大的B磨的石子煤進行了熱值分析，結(jié)果見圖2。隨著磨煤機出口溫度由75℃提高至95℃，石子煤的熱值大幅度下降，從14 182 J/g下降至5 214 J/g，已經(jīng)符合了國標規(guī)定的石子煤發(fā)熱量。

此外，磨煤機出口溫度對磨煤機差壓也有一定的影響，具體見圖3。隨著磨煤機的溫度增加，磨腕差壓的降幅在0.1～0.2 kPa，其中C磨本身的差壓不高，差壓無明顯變化。

圖2　磨煤機出口溫度對石子煤熱值的影響

圖3　磨煤機出口溫度對磨腕差壓的影響

2.3　不同風(fēng)量試驗

在B磨碾磨優(yōu)混煤，出口溫度為85℃，給煤量31 t/h的前提下，調(diào)整磨煤機的入口風(fēng)量，進行不同風(fēng)量試驗，試驗結(jié)果如圖4、圖5和表3所示。

圖4　B磨風(fēng)量對煤粉細度的影響

圖5　B磨風(fēng)量對石子煤排放率的影響

表3不同風(fēng)量下的石子煤排放數(shù)據(jù)

名稱風(fēng)量/t·h-1風(fēng)煤比/kg·kg-1石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]石子煤熱值(Qb,ad)/J·g-1611.973251.0513 247B磨652.10183.60.5915 068712.2966.10.219 772752.4231.20.19 619

表4不同加載力下石子煤排放數(shù)據(jù)

名稱加載力/MPa石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]石子煤熱值(Qb,ad)/J·g-1B磨2066.10.216 39424470.157 73626360.127 791

從圖中可知風(fēng)量的變化對磨煤機出口煤粉細度無明顯影響，而對石子煤的排放率影響較大。隨著風(fēng)量的增加，石子煤排放率逐漸降低。風(fēng)量為61 t/h時，石子煤排放量325 kg/h，排放率1.05%，遠大于標準規(guī)定的0.05%。逐漸調(diào)整一次風(fēng)量，增大至75 t/h時，石子煤排放量31.2 kg/h，排放率為0.1%。雖然其依舊高于國標0.05%的規(guī)定，但較風(fēng)量為61 t/h時，石子煤排放量下降90%左右，此時風(fēng)煤比為2.42，已經(jīng)偏離合理范圍，對燃燒器出口氣流著火存在不利影響。不同風(fēng)量下的石子煤熱值均高于6.27 MJ/kg，當(dāng)風(fēng)量低于71 t/h石子煤熱值增加較大，說明風(fēng)量低時，較多的原煤被當(dāng)作石子煤排出。

2.4　磨煤機加載力試驗

B磨煤機的石子煤排量最大，因此如何能降低石子煤的排放率是一個主要問題，本節(jié)關(guān)注磨煤機加載力變化對排放率的影響。表4為B磨煤機不同加載力條件下石子煤排放數(shù)據(jù)。給煤量31 t/h，風(fēng)量71 t/h時，調(diào)整磨煤機磨輥的加載力，待差壓、電流等穩(wěn)定后，利用等速取樣裝置抽取煤粉，同時計量石子煤排放量，試驗結(jié)果如圖6所示。加載力對煤粉細度的影響不大，對石子煤的排放影響較為顯著。隨著加載力的提高，石子煤的排放率降低，但隨著加載力的提高，磨煤機內(nèi)部磨輥輥套、磨碗襯板磨損加劇，磨煤機大修周期縮短，磨煤機電流增加，電耗增加。

圖6　不同加載力對磨煤機性能的影響

2.5　磨煤機給煤量和最大出力試驗

在出口溫度為85℃，入口風(fēng)量70 t/h的前提下，調(diào)整給煤量進行磨煤機的最大出力試驗，調(diào)整步幅為2 t/次，待磨煤機電流、差壓穩(wěn)定后抽取煤粉、測試煤粉細度和石子煤計量工作，本次實驗數(shù)據(jù)對比已排放率最高的B磨煤機和排放率最低的C磨煤機為例，試驗結(jié)果如圖7所示，磨煤機電流和磨碗差壓的變化過程如圖8、圖9所示。

圖7　不同磨煤機出力下的煤粉細度

圖8　磨煤機電流變化過程

從圖中可以看出不同磨煤機之間的煤粉細度差別較大，這可能是不同磨煤機的磨損情況、磨煤機的性能有差別。同一臺磨煤機之間不同出力下的細度并不隨磨煤機出力的增加而增大。磨煤機電流和差壓隨給煤量的增加而增大，38 t/h時，B、C磨煤機差壓分別為3.2 kPa、2.7 kPa左右。石子煤的排放量如表5所示，B磨石子煤排放量隨給煤量增加而增加，排放率增加，石子煤的排放熱值也增加，說明石子煤中原煤的比例增加；C磨給煤量31 t/h時，石子煤排放比例較低，隨給煤量增加，排放率略高于電力行業(yè)標準，但總體波動不大，較平穩(wěn)。

表5B磨最大出力石子煤排放數(shù)據(jù)

名稱給煤量/t·h-1石子煤排放量/kg·h-1排放率/[%]石子煤熱值(Qb,ad)/J·g-13171.70.238 251B磨35103.10.2910 66738109.50.2914 0803110.80.0358 349C磨3624.40.0687 6313827.80.0736 978

2.6　石子煤排放率的關(guān)鍵影響因素分析

以上的磨煤機性能試驗，分別測試了磨煤機出口溫度、一次風(fēng)量、磨煤機加載力和給煤量對磨煤機石子煤排量、熱值等參數(shù)的影響。試驗結(jié)果表明各個變量與石子煤的排放率成正相關(guān)或負相關(guān)，B磨的各個變量對石子煤排放率的影響見表6。從表中可以看出，提高出口溫度、一次風(fēng)量和磨輥加載力均能夠降低磨煤機的石子煤排放率。

將出口溫度由75℃提高至95℃，磨煤機干燥出力增加，煤更易碾磨，石子煤中的原煤成分降低使熱值降低，同時石子煤的排放率降低了72.7%，因此提高磨煤機出口溫度對降低石子煤排放是十分有利的。同時提高出口溫度可以提高熱風(fēng)利用率，降低排煙溫度，但是提高磨煤機出口溫度可能會使揮發(fā)分提前析出燃燒，為了保證設(shè)備的安全性，出口溫度應(yīng)當(dāng)控制在安全范圍內(nèi)。

表6B磨的各個變量對石子煤排放率的影響

參數(shù)參數(shù)變化石子煤排放率變化/[%]石子煤排放率降低率/[%]石子煤熱值變化/J·g-1出口溫度/℃75→950.55→0.1572.714 182→5 214一次風(fēng)量/t·h-161→751.05→0.190.513 247→9 619加載力/MPa20→260.21→0.1242.96 394→7 791給煤量/t·h-131→380.23→0.29-26.18 251→14 081

一次風(fēng)量的大小將直接影響磨煤機內(nèi)風(fēng)環(huán)出口的風(fēng)速，通過理論計算，風(fēng)量每增加5 t/h，風(fēng)環(huán)出口風(fēng)速增加3.5 m/s左右，因此將一次風(fēng)量由61 t/h提高至75 t/h，風(fēng)環(huán)出口速度理論可以增加9.8 m/s，風(fēng)速增加后原先會落入一次風(fēng)室被當(dāng)做石子煤排出的粒徑和密度較小的顆粒會被送回磨腕繼續(xù)碾磨，密度大、熱值低較難碾磨的顆粒仍會落入一次風(fēng)室排出。因此，一次風(fēng)量是影響磨煤機石子煤排放的關(guān)鍵因素，但是過大的一次風(fēng)量會影響鍋爐內(nèi)的正常燃燒，要在保持一次風(fēng)量不變的情況下調(diào)整風(fēng)環(huán)處的風(fēng)速只有對磨煤機內(nèi)風(fēng)環(huán)處的結(jié)構(gòu)進行一定的調(diào)整。

提高磨煤機的加載力能夠增加磨輥的碾磨能力，能將原煤更快得磨細，但是原來不易被磨細的密度大、熱值低的礦物顆粒也被磨小而無法落入一次風(fēng)室作為石子煤排出，因此石子煤排放率雖然有所降低但是石子煤的熱值也小幅增加。

3　結(jié)論

(1)將磨煤機出口溫度由75℃提高至95℃，對煤粉細度的影響較小，正常運行的B磨石子煤排放率由0.55%降低至0.15%，石子煤熱值由14 182 J/g降低至5 214 J/g，已基本符合國標規(guī)定值。

(2)增加風(fēng)量對煤粉細度影響不明顯，風(fēng)量由61 t/h增加至75 t/h，石子煤排放率明顯降低，由1.05%降低至0.1%，且風(fēng)量在70 t/h以下時，石子煤的熱值較高，即原煤比例較高。

(3)石子煤排放率隨給煤量的增加而小幅增加，石子煤熱值的變化與磨煤機的運行情況有關(guān)。當(dāng)給煤量在38 t/h時，磨煤機能穩(wěn)定運行，B、C磨的電流維持在41 A左右，磨碗差壓分別在3.2 kPa、2.7 kPa左右。

(4)將磨煤機加載力由20 MPa提高至26 MPa后，石子煤排放率由0.21%降至0.12%，石子煤熱值有小幅上升，對煤粉細度的影響不明顯。

(5)通過分析B磨的出口溫度、一次風(fēng)量、磨輥加載力和給煤量對石子煤排放率和熱值的影響，得出了影響石子煤排放的關(guān)鍵因素為一次風(fēng)量/風(fēng)環(huán)風(fēng)速。但過高的一次風(fēng)量對爐內(nèi)的燃燒不利，因此要在保持一次風(fēng)量不變的情況下調(diào)整風(fēng)環(huán)風(fēng)速，只有對磨煤機內(nèi)部風(fēng)環(huán)處的結(jié)構(gòu)進行一定的調(diào)整改造。