鋼球磨煤機(jī)磨制硬質(zhì)煤能力提升策略研究

張文祥，趙冰，康立強(qiáng)

（國(guó)電滎陽(yáng)煤電一體化有限公司，河南 鄭州 450122）

某電廠2×630MW 超臨界機(jī)組鍋爐采用北京巴布科克威爾克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)“W”火焰鍋爐，鍋爐制粉系統(tǒng)分別采用六臺(tái)由上海重型機(jī)器廠采用法國(guó)ALSTOM 公司技術(shù)生產(chǎn)的BBD4062 雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。該公司在摻配經(jīng)濟(jì)煤種晉城無(wú)煙煤后，磨煤機(jī)最大制粉出力不到40 噸，難以滿足鍋爐帶滿負(fù)荷出力的需求，同時(shí)，還存在煤粉細(xì)度高、灰渣含碳量高、水冷壁壁溫高、復(fù)合油用油量大等問(wèn)題。針對(duì)此現(xiàn)狀，本研究通過(guò)磨煤機(jī)鋼球裝載量和鋼球級(jí)配調(diào)整試驗(yàn)，確定了一種在摻配晉城無(wú)煙煤的情況下提高磨煤機(jī)制粉能力保證鍋爐長(zhǎng)周期安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的方法。

1 原因分析

該電廠配備的BBD4062 雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)（設(shè)備參數(shù)見表1），具有2 個(gè)完全對(duì)稱的制粉回路，原煤通過(guò)磨煤機(jī)筒體兩端經(jīng)磨煤機(jī)旁路風(fēng)干燥后進(jìn)入磨內(nèi)，磨制好的煤粉從磨煤機(jī)兩端分離器吹出。鋼球隨磨煤機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)被帶到一定高度再由重力作用下落錘擊原煤，鋼球之間以及鋼球與磨煤機(jī)筒體內(nèi)護(hù)板的運(yùn)動(dòng)將原煤研磨成煤粉。煤粉經(jīng)一次風(fēng)干燥并攜帶至分離器進(jìn)行粗細(xì)粉分離，合格煤粉吹入爐膛燃燒，不合格煤粉通過(guò)分離器的回粉管、落煤管回至磨煤機(jī)內(nèi)進(jìn)行再次研磨。由于鋼球磨風(fēng)煤比基本保持恒定，因此，當(dāng)需要改變磨煤機(jī)出力時(shí)，只需調(diào)整磨煤機(jī)的一次風(fēng)量即可。

表1 BBD4032 型磨煤機(jī)設(shè)備參數(shù)

雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的最大制粉出力可近似計(jì)算：

Bmax=BM0×fe×fH×fM×fR×fG

其中，BM0為磨煤機(jī)基本出力，fe、fH、fM、fR和fG分別為部件磨損對(duì)磨煤機(jī)的修正系數(shù)、原煤哈氏可磨性指數(shù)、原煤水分、煤粉細(xì)度和鋼球裝載量。由以上公式可知，磨煤機(jī)最大制粉出力與原煤哈氏可磨性指數(shù)、煤粉細(xì)度、原煤水分以及鋼球裝載量有關(guān)。

出于經(jīng)濟(jì)性考慮，該電廠摻配經(jīng)濟(jì)煤種晉城無(wú)煙煤。由于晉城無(wú)煙煤與本地煤哈氏可磨性指數(shù)相差較大（煤質(zhì)參數(shù)見表2），依據(jù)某研究院配煤摻燒研究結(jié)論可知：當(dāng)摻配兩種哈氏可磨性指數(shù)相差較大的煤種時(shí)，其哈氏可磨性指數(shù)沒有增加，而是接近難磨的煤種。當(dāng)磨煤機(jī)在磨制兩種煤時(shí)，哈氏可磨性指數(shù)高的煤過(guò)分磨制，而哈氏可磨性指數(shù)低的煤則磨制不夠充分，從而造成煤粉粗細(xì)不均，晉城無(wú)煙煤煤粉顆粒偏粗，難以燃盡，鍋爐飛灰可燃物增高。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，磨煤機(jī)的出力增大，一次風(fēng)速隨之增加，更不能保證煤粉細(xì)度，晉城無(wú)煙煤燃燒支持相對(duì)下降，本地煤的著火也會(huì)推遲。

表2 設(shè)計(jì)煤種與晉城無(wú)煙煤煤質(zhì)參數(shù)

該電廠煤種配比基本確定，原煤哈氏可磨性指數(shù)和原煤水分參數(shù)也就相對(duì)固定，部件磨損對(duì)磨煤機(jī)的修正系數(shù)為常數(shù)，而煤粉細(xì)度與鋼球裝載量有直接關(guān)系，因此，確定優(yōu)化磨煤機(jī)內(nèi)鋼球裝載量和鋼球級(jí)配為提高磨煤機(jī)磨制硬質(zhì)煤能力的主要策略。

2 方案論證

關(guān)于鋼球級(jí)配方面主要有等差數(shù)列法、等腰三角形法、多次試配（圖表）法等。本研究采用多級(jí)試配（圖表）法，通過(guò)多次試配方案試驗(yàn)，最終確定最優(yōu)策略。

（1）選定1#爐制粉出力較好的1A、1D 磨煤機(jī)進(jìn)行摸底試驗(yàn)。對(duì)這兩臺(tái)磨煤機(jī)，分別在摻配晉城無(wú)煙煤比例0、15%、20%、25%的配煤方案中測(cè)試磨煤機(jī)最大制粉出力，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 磨煤機(jī)最大制粉出力摸底試驗(yàn)

通過(guò)摸底試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著晉城無(wú)煙煤摻配比例的增加，磨煤機(jī)制粉出力呈明顯下降趨勢(shì)。

（2）給1A 磨煤機(jī)補(bǔ)加鋼球：φ60mm=3 噸，φ40mm=3 噸。加球后1A 磨煤機(jī)制粉最大制粉出力試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 1A 磨煤機(jī)最大制粉出力試驗(yàn)

按以上方案加裝鋼球后，1A 磨煤機(jī)制粉出力相比以前有一定的提高，但晉城無(wú)煙煤摻配比例30%時(shí)，制粉出力只有42 噸，還遠(yuǎn)不能滿足鍋爐帶負(fù)荷的需要。

（3）由于1A 磨制粉出力依舊偏低，繼續(xù)補(bǔ)加鋼球：φ60mm=3 噸，φ40mm=3 噸?？傆?jì)裝球量57 噸。加球后1A磨煤機(jī)最大制粉出力試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 1A 磨煤機(jī)二次加球后最大制粉出力試驗(yàn)

當(dāng)晉城無(wú)煙煤摻配比例30%時(shí)，1A 磨煤機(jī)出力達(dá)到45 噸，對(duì)比第一次加球時(shí)出力有所提高，但還是達(dá)不到目標(biāo)要求。由于晉城無(wú)煙煤顆粒度較小，決定適當(dāng)增加小直徑鋼球比例，提高制粉能力。

（4）由于1A 磨鋼球量已達(dá)額定值，選擇1D 磨進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)。對(duì)1D 磨煤機(jī)補(bǔ)加鋼球：φ30mm=8 噸，總計(jì)裝球量約52 噸。經(jīng)制粉出力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)制粉能力有較大幅度的提升，繼續(xù)補(bǔ)加鋼球：φ20mm=4 噸，總計(jì)裝球量約56 噸。1D 磨煤機(jī)最大制粉出力試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 1D 磨煤機(jī)最大制粉出力試驗(yàn)

當(dāng)晉城無(wú)煙煤摻配比例30%時(shí)，1D 磨煤機(jī)出力穩(wěn)定在50t/h 以上，制粉能力有明顯的提高，基本達(dá)到目標(biāo)要求。

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得出如下結(jié)論：

第一，增加磨煤機(jī)有效鋼球裝載量，磨煤機(jī)制粉能力有所提升，對(duì)磨制硬質(zhì)煤種有積極作用。第二，只是采取補(bǔ)加φ60 和φ40 鋼球的方式，磨煤機(jī)制粉能力提升有限，而適當(dāng)提高磨內(nèi)小直徑鋼球的裝載比例，可大幅提升磨制硬質(zhì)煤的能力。

（5）為驗(yàn)證上述結(jié)論，經(jīng)再次優(yōu)化鋼球級(jí)配方案后，選擇1C 磨煤機(jī)實(shí)施驗(yàn)證。對(duì)1C 磨煤機(jī)內(nèi)鋼球進(jìn)行篩分，清理出無(wú)效鋼球和雜物共計(jì)7 噸，按優(yōu)化后的鋼球級(jí)配方案重新裝載鋼球56 噸，具體鋼球級(jí)配方案見表7。

表7 1C 磨煤機(jī)鋼球級(jí)配方案

經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的晉城無(wú)煙煤種摻配跟蹤試驗(yàn)，在摻配晉城無(wú)煙煤比例為30%時(shí)，1C 磨煤機(jī)平均制粉出力達(dá)到52.6t/h。后將1#機(jī)組六臺(tái)磨煤機(jī)鋼球級(jí)配方式按新的方案重新裝載了鋼球，每臺(tái)磨鋼球裝載量56 噸，摻配晉城無(wú)煙煤比例30%，進(jìn)行磨煤機(jī)最大制粉出力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 1#爐磨煤機(jī)最大制粉出力試驗(yàn)

3 結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)以上磨煤機(jī)鋼球級(jí)配優(yōu)化試驗(yàn)，在摻配晉城無(wú)煙煤比例30%時(shí)，磨煤機(jī)最大制粉出力均達(dá)到52 噸以上，滿足鍋爐帶滿負(fù)荷出力需求。

隨著磨煤機(jī)制粉能力的提升，鍋爐以前存在的一些安全、經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題也得到改善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）鍋爐制粉系統(tǒng)的煤粉細(xì)度R90由17.96 降至11.33，飛灰含碳量由5.1%降至3.27%，爐渣含碳量由10.15%降至5.74%，鍋爐效率顯著提高。

（2）有效改善了鍋爐下部水冷壁壁溫高的問(wèn)題。在磨煤機(jī)鋼球級(jí)配優(yōu)化前，由于一次風(fēng)速過(guò)高，火焰中心下移，拱下熱負(fù)荷過(guò)大，導(dǎo)致下部水冷壁中部區(qū)域壁溫高。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，一次風(fēng)速降到合適范圍，水冷壁壁溫高問(wèn)題得到有效控制。

（3）鍋爐燃燒穩(wěn)定性增強(qiáng)，大幅減少了機(jī)組啟動(dòng)、調(diào)峰和穩(wěn)燃用油量。2019 年，公司全年復(fù)合油用油量520 噸，而2018 年用油量908 噸，同比下降42.7%。

（4）經(jīng)濟(jì)效益顯著。公司年使用晉城無(wú)煙煤量在43 萬(wàn)噸以上，晉城無(wú)煙煤種跟市場(chǎng)上同質(zhì)煤種相比，單價(jià)要便宜70 元/噸左右，全年節(jié)約燃料費(fèi)用在3000 萬(wàn)元以上。刨除鋼球級(jí)配優(yōu)化后磨煤機(jī)增加的電費(fèi)、鋼球費(fèi)用及其他材料費(fèi)用等，全年可節(jié)約成本費(fèi)用在2000 萬(wàn)元以上。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近一年的磨煤機(jī)最大制粉出力優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，得出適合該公司磨煤機(jī)的鋼球級(jí)配方案。在摻燒經(jīng)濟(jì)煤種晉城無(wú)煙煤的前提下，顯著提高了磨煤機(jī)的制粉能力，解決了以前鍋爐不能帶滿負(fù)荷出力的問(wèn)題，同時(shí)，煤粉細(xì)度和灰渣含碳量大幅降低，下部水冷壁壁溫高得到有效改善，復(fù)合油用油量大幅減少，對(duì)保證鍋爐長(zhǎng)周期安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行有積極意義。