氣固兩相流場(chǎng)優(yōu)化提升中速磨煤機(jī)性能的應(yīng)用與分析

文_壽奎原 浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司

我國(guó)每年電力消耗巨大，2019 年全年用電量約7．23 萬(wàn)億kWh，而在2020 年1～10月份全社會(huì)用電量已經(jīng)達(dá)到了約6．03萬(wàn)億kWh，電力需求保持正增長(zhǎng)。我國(guó)電力生產(chǎn)中火力發(fā)電仍是我國(guó)最主要的電力能源，2019 年火電裝機(jī)容量為11．9 億kW（其中燃煤電廠10．45 億kW），約占全國(guó)裝機(jī)總?cè)萘康?9．22%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示我國(guó)燃煤電廠總發(fā)電量的5%～10%都被消耗在電能生產(chǎn)過(guò)程中，其中磨煤制粉系統(tǒng)的能耗較大。

因此，針對(duì)磨煤制粉系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗的技術(shù)研究與研發(fā)，是需要持續(xù)投入與努力的方向之一。

20 世紀(jì)七八十年代，我國(guó)相繼從國(guó)外引進(jìn)了磨煤機(jī)技術(shù)，目前，我國(guó)最廣泛使用的中速磨煤機(jī)包括中速輥環(huán)式（MPS 型）、中速碗環(huán)式（HP 型）磨煤機(jī)。北京電力設(shè)備總廠在MPS 型磨煤機(jī)基礎(chǔ)上，自主改進(jìn)研發(fā)出了ZGM 型中速磨煤機(jī)。ZGM 型中速磨煤機(jī)的運(yùn)行原理見圖1。

圖1 ZGM 型中速磨煤機(jī)運(yùn)行原理圖

原煤經(jīng)落煤管持續(xù)落入磨煤機(jī)內(nèi)部磨盤，磨盤被電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)磨輥及襯瓦完成對(duì)原煤的碾磨及甩出。熱風(fēng)自磨煤機(jī)底部風(fēng)室進(jìn)入，經(jīng)由噴嘴環(huán)組織后進(jìn)入磨煤機(jī)，攜帶被磨盤甩出的煤粉，通過(guò)分離器送出磨煤機(jī)。分離器啟動(dòng)分離不合格煤粉的作用，不合格煤粉被分離下來(lái)后，經(jīng)由回粉錐重新返回磨盤進(jìn)行碾磨，重復(fù)上述工作。

1 中速磨煤機(jī)運(yùn)行情況的分析及研究

科技工作者已對(duì)中速磨煤機(jī)運(yùn)行方式及能耗情況進(jìn)行了長(zhǎng)久持續(xù)的研究，但是磨煤機(jī)內(nèi)部存在“黑匣子”工作性質(zhì)，對(duì)磨煤機(jī)運(yùn)行情況的分析及研究存在一定難度。

何亞群等開創(chuàng)型地對(duì)中速磨煤機(jī)進(jìn)行開孔取樣，分析進(jìn)入分離器前返料、分離器返料的煤粉成分及細(xì)度分布情況，得出磨煤機(jī)待磨物料中循環(huán)負(fù)荷占比接近90%，且灰分較原煤高20%，減少料層中細(xì)顆粒含量及其灰分，可提高粗顆粒的破碎效率。周念鑫等通過(guò)自制的實(shí)驗(yàn)室輥磨試驗(yàn)系統(tǒng)，模擬、分析、研究封閉磨煤機(jī)內(nèi)物料的粒度減小與能量消耗問題。王煜杰通過(guò)自制輥磨機(jī)及哈式可磨儀等進(jìn)行煤樣的循環(huán)破碎與混合破碎試驗(yàn)，揭示了磨煤機(jī)中礦物質(zhì)的累積及遷移規(guī)律。左蔚然對(duì)MPS 型中速磨煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行建模分析，結(jié)果顯示風(fēng)煤比是影響中速磨煤機(jī)運(yùn)行狀況的主要因素，隨著風(fēng)煤比的提高，磨煤機(jī)的功率會(huì)上升，而一次風(fēng)機(jī)的功率會(huì)下降，但磨煤機(jī)和一次風(fēng)機(jī)的總功率會(huì)下降，煤粉細(xì)度變粗。董素艷等對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉顆粒流進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了磨煤機(jī)內(nèi)顆粒粒徑對(duì)分離效率的影響。

結(jié)合現(xiàn)有科研結(jié)論，針對(duì)某電廠ZGM113G 型磨煤機(jī)的運(yùn)行情況，對(duì)其內(nèi)部氣固兩相流場(chǎng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

①現(xiàn)有回粉擋板位置，分離器分離下來(lái)的煤粉經(jīng)回粉擋板流出后進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉進(jìn)入分離器的流通區(qū)域，容易造成已分離不合格煤粉的二次飛揚(yáng)，增加煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)部的循環(huán)次數(shù)。

②通過(guò)對(duì)ZGM型中速磨煤機(jī)進(jìn)行同煤量降低風(fēng)量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)量降低一定程度后，石子煤量并沒有明顯增加。說(shuō)明實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)環(huán)位置風(fēng)速偏大，增加磨煤機(jī)通風(fēng)阻力，加劇對(duì)磨煤機(jī)殼體及內(nèi)部零部件的吹損。

③原煤在磨盤中被碾磨工作時(shí)，隨著碾磨過(guò)程進(jìn)行，磨盤中共同存在粗細(xì)煤粉，此時(shí)細(xì)煤粉會(huì)阻礙粗煤粉的研磨，減少粗煤粉可分配的碾磨能量，降低碾磨效率，增加煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)部的循環(huán)次數(shù)。

基于以上分析，確定問題及優(yōu)化方向：嘗試性對(duì)某電廠ZGM113G 型中速磨煤機(jī)進(jìn)行氣固兩相流場(chǎng)優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)改造，增加中心預(yù)干燥系統(tǒng)、內(nèi)部流場(chǎng)優(yōu)化系統(tǒng)、磨盤流化風(fēng)系統(tǒng)，爭(zhēng)取有針對(duì)性地解決上述問題。

改造內(nèi)容如下：

①中心預(yù)干燥系統(tǒng)：由磨煤機(jī)入口管道引一路熱風(fēng)進(jìn)入落煤管，隨落煤管原煤一起進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)部。

②內(nèi)部流場(chǎng)優(yōu)化系統(tǒng)：將現(xiàn)有磨煤機(jī)回粉擋板位置移至回粉錐內(nèi)部，并延長(zhǎng)回粉錐，降低此位置分離煤粉的二次飛揚(yáng)。

③磨盤流化風(fēng)系統(tǒng)：由磨煤機(jī)入口風(fēng)道引一路熱風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)部，由布置在磨盤上方的流化風(fēng)噴嘴，對(duì)磨盤中原煤及煤粉進(jìn)行吹掃流化。

改造完成后，保持相同煤質(zhì)，對(duì)改造系統(tǒng)進(jìn)行投退對(duì)比性能試驗(yàn)分析。

2 投退對(duì)比性能試驗(yàn)分析

試驗(yàn)針對(duì)某電廠單臺(tái)ZGM113G 型中速磨煤機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)內(nèi)容包括：磨煤機(jī)最大出力、磨煤?jiǎn)魏?、煤粉?xì)度、通風(fēng)阻力等。

試驗(yàn)分為投入改造系統(tǒng)、退出改造系統(tǒng)兩個(gè)工況。其中內(nèi)部流場(chǎng)優(yōu)化系統(tǒng)為磨煤機(jī)內(nèi)部機(jī)械改造，無(wú)法進(jìn)行投退，投退試驗(yàn)不包括該部分。

試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

同時(shí)，最大出力試驗(yàn)結(jié)束后，維持相同煤質(zhì)，又進(jìn)行了相同煤量氣固兩相優(yōu)化系統(tǒng)投退對(duì)比試驗(yàn)（50t/h），在系統(tǒng)退出時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)行1h 后，投入氣固兩相優(yōu)化系統(tǒng)，分析磨煤機(jī)性能參數(shù)的變化情況，結(jié)果見圖2。

圖2

可以看出，系統(tǒng)投入后，電流相比未投運(yùn)時(shí)降低2．99A，投退前后差壓降低0．25kPa，可見本次改造可以實(shí)現(xiàn)提升磨煤機(jī)性能的目的。

3 結(jié)論

針對(duì)某電廠ZGM113G 型中速磨煤機(jī)進(jìn)行氣固兩相流場(chǎng)優(yōu)化分析，確定磨煤機(jī)內(nèi)部氣固兩相流場(chǎng)存在的問題及可能的優(yōu)化方向，制定相應(yīng)的優(yōu)化改造方案，改造后，可以實(shí)現(xiàn)提升最大出力5．49%，降低磨煤機(jī)單耗1．11kWh/t，通風(fēng)阻力降低250Pa；維持相同煤量，投入改造系統(tǒng)，同樣可以降低磨煤機(jī)單耗及通風(fēng)阻力。希望能為MPS 型中速磨煤機(jī)性能優(yōu)化及降耗的科研工作提供參考和借鑒。