淺談燃煤機(jī)組磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選擇

文_曾銀佳 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 概述

制粉系統(tǒng)是燃煤火力發(fā)電廠主要系統(tǒng)之一，包括原煤的碾磨、干燥、煤粉輸送等環(huán)節(jié)，合理的制粉系統(tǒng)是電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。制粉系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)有密切的關(guān)聯(lián)，只有擬定制粉系統(tǒng)后，才能確定燃燒系統(tǒng)中的一次風(fēng)和二次風(fēng)的分配比例，進(jìn)行燃燒系統(tǒng)中相關(guān)輔機(jī)的選型，因此在獲得煤質(zhì)資料后應(yīng)首先進(jìn)行制粉系統(tǒng)比選和擬定，然后才能開展其它工作。制粉系統(tǒng)類型的擬定是在對煤質(zhì)的成分和特點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算的基礎(chǔ)上確定的，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)的物性特點(diǎn)，結(jié)合爐膛和燃燒器的結(jié)構(gòu)，擬定適合工程煤質(zhì)特點(diǎn)的系統(tǒng)，確定合理的工藝參數(shù)，為機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行提供技術(shù)保障。

2 煤質(zhì)資料分析

按照《發(fā)電煤粉鍋爐用煤技術(shù)條件》的煤種分類方法，設(shè)計(jì)煤種和校核煤種均屬于高揮發(fā)份、中灰分、中高水分、中熱值、中等可磨的煙煤。對制粉系統(tǒng)擬定比較重要的另一個(gè)參數(shù)是沖刷磨損指數(shù)Ke，可以用來估算磨煤機(jī)的碾磨部件的壽命。

3 制粉系統(tǒng)及磨煤機(jī)的擬定

3.1 制粉系統(tǒng)類型選擇

根據(jù)《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《規(guī)定》)以及《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》(簡稱《導(dǎo)則》)的相關(guān)規(guī)定，制粉系統(tǒng)的選擇與燃煤的著火溫度有很大的相關(guān)性，不同的著火溫度，影響煤粉細(xì)度的選取、送粉一次風(fēng)溫度的選取以及一次風(fēng)比例等制粉系統(tǒng)工藝參數(shù)的選取。按照規(guī)程可以選擇鋼球磨貯倉式乏氣送粉系統(tǒng)或中速磨直吹式系統(tǒng)。鋼球磨貯倉式乏氣送粉系統(tǒng)屬于負(fù)壓系統(tǒng)，系統(tǒng)不按抗爆壓力設(shè)計(jì)，需要裝設(shè)防爆門，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備多，自動(dòng)化水平低，檢修運(yùn)行工作量大，技術(shù)落后。大型機(jī)組為了簡化系統(tǒng)，增加安全性，系統(tǒng)按抗爆壓力設(shè)計(jì)，不設(shè)防爆門，系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，同時(shí)減少煤倉間的建筑投資，大多采用直吹式系統(tǒng)。

3.2 磨煤機(jī)型式選擇

磨煤機(jī)是燃煤電廠的重要輔機(jī)，也是制粉系統(tǒng)工藝流程中重要的一環(huán)，不同型式的磨煤機(jī)均具有一定范圍的煤種適應(yīng)性，因此磨煤機(jī)主要根據(jù)煤質(zhì)特性并結(jié)合制粉系統(tǒng)的工藝要求進(jìn)行選型，合理的磨煤機(jī)選型直接影響到工程投資和機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)型式主要有風(fēng)扇磨、中速磨、雙進(jìn)雙出鋼球磨。磨煤機(jī)的型式受煤質(zhì)特性影響較大，是選型中首要考慮因素。

3.2.1 風(fēng)扇磨

風(fēng)扇磨集干燥、破碎、輸送三大功能于一身，制粉電耗最低。在原煤水分很高，需抽爐煙干燥的系統(tǒng)中，具有明顯的優(yōu)勢，而且由于抽取爐煙干燥，系統(tǒng)在惰化氣氛中啟、停和運(yùn)行，系統(tǒng)安全。由于風(fēng)扇磨屬于撞擊破碎機(jī)理，對高溫下脆性煤最為有效。水分大的褐煤在高溫加熱下，水分蒸發(fā)形成很多孔隙，用風(fēng)扇磨可以獲得很好的破碎效果。但《規(guī)定》要求，風(fēng)扇磨適用于磨制Ke≤1.5的煙煤。采用風(fēng)扇磨還有風(fēng)扇磨碾磨部件壽命短、風(fēng)扇磨磨制煤粉較粗、未燃燼碳損失偏大等缺點(diǎn)。

3.2.2 雙進(jìn)雙出鋼球磨

雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)具有煤種適應(yīng)范圍廣，煤粉較細(xì)，煤粉均勻性好，無石子煤排放、負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但雙進(jìn)雙出鋼球磨金屬材料消耗量大，雖然近年來隨著國產(chǎn)化成功，設(shè)備價(jià)格明顯降低，價(jià)格還是高于中速磨。鋼球磨筒體容積大，鋼球和筒內(nèi)存煤重量很大，因此運(yùn)行電耗高，明顯高于中速磨。與中速磨煤機(jī)對比，雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)主要有 設(shè)備價(jià)格高、廠房容積大、 制粉成本高等缺點(diǎn)。

3.2.3 中速磨

中速磨煤機(jī)具有一定的煤質(zhì)適應(yīng)范圍，而且具有重量較輕、噪音較小、磨煤電耗低、金屬耗量較少，設(shè)備價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。中速磨的碾磨部件壽命可以達(dá)到6000h以上，立式布置，占地面積小，可以明顯的節(jié)省廠房容積，降低建設(shè)投資費(fèi)用。

3.2.4 每臺鍋爐配置磨煤機(jī)數(shù)量

磨煤機(jī)的臺數(shù)除了與鍋爐的燃燒器的布置方式有很大關(guān)系外，同時(shí)還要綜合考慮設(shè)備費(fèi)用和土建費(fèi)用。鍋爐燃燒器布置型式有兩種，一種是對沖布置的燃燒器；另一種是雙切圓布置的燃燒器。燃燒器的層數(shù)與單個(gè)燃燒器熱負(fù)荷有很大關(guān)系，單個(gè)燃燒器熱負(fù)荷高的燃燒器，鍋爐燃燒器數(shù)量可以少一些，單個(gè)燃燒器熱負(fù)荷要求較低的鍋爐，燃燒器數(shù)量就比較多。目前，國內(nèi)燃用煙煤的鍋爐燃燒器無論采用對沖布置還是雙切圓布置，均是配置5～6臺中速磨煤機(jī)。

3.3 制粉系統(tǒng)主要參數(shù)選取

制粉系統(tǒng)除了擬定合理的工藝流程、選擇適當(dāng)?shù)闹饕o機(jī)與零部件以外，還有一項(xiàng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是通過計(jì)算確定制粉系統(tǒng)的主要參數(shù)，為輔機(jī)的具體選型提供依據(jù)，也為以后運(yùn)行提供指導(dǎo)性的數(shù)據(jù)。合理的制粉系統(tǒng)參數(shù)選取應(yīng)滿足系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。

3.3.1 煤粉細(xì)度的確定

煤粉細(xì)度的確定主要和鍋爐的燃燒要求與制粉經(jīng)濟(jì)電耗兩個(gè)因素的平衡有關(guān)，揮發(fā)分高、易燃燼的煤種，可以選取較粗的煤粉，以節(jié)省碾磨電耗，反之應(yīng)選取較細(xì)的煤粉。目前國內(nèi)電廠設(shè)計(jì)階段，煤粉細(xì)度的選取的依據(jù)主要是按照《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》《規(guī)定》和《導(dǎo)則》等相關(guān)規(guī)定。

3.3.2 磨煤機(jī)型號選擇

按照設(shè)計(jì)煤種和校核煤種進(jìn)行磨煤機(jī)選型，選型設(shè)計(jì)遵守《規(guī)定》以及《導(dǎo)則》的主要原則，按照設(shè)計(jì)煤種煤粉細(xì)度R90=20%，校核煤種煤粉細(xì)度R90=22%，進(jìn)行磨煤機(jī)選型。

3.3.3 磨煤機(jī)出口/入口風(fēng)溫確定

磨煤機(jī)的出口溫度受煤粉的防爆要求與干燥劑終端露點(diǎn)溫度等因素制約。從燃燒角度考慮，磨煤機(jī)出口溫度越高，對煤粉著火越有利，特別是負(fù)荷較低的時(shí)候。燃用的設(shè)計(jì)煤種及校核煤種都是高揮發(fā)分煤，穩(wěn)定著火非常容易。因此磨煤機(jī)出口溫度高低不會對著火造成很大影響，磨煤機(jī)出口溫度主要受防爆要求制約。按照規(guī)范要求推薦。

3.3.4 一次風(fēng)率核算

鍋爐為了達(dá)到煤粉著火容易、低NOx燃燒，一般希望一次風(fēng)率控制在一個(gè)比較適宜的范圍內(nèi)，對于煙煤，通常鍋爐廠希望一次風(fēng)率為15%～25%。而直吹式制粉系統(tǒng)，采用一次風(fēng)作為干燥介質(zhì)，一次風(fēng)的風(fēng)量要滿足制粉干燥和磨煤機(jī)的通風(fēng)要求，才能使制粉系統(tǒng)達(dá)到額定出力，因此一次風(fēng)率受制粉系統(tǒng)的干燥出力和通風(fēng)出力制約。磨煤機(jī)的通風(fēng)量受磨煤機(jī)的型號和負(fù)荷率影響，如果選定了磨煤機(jī)，就確定了通風(fēng)量。

4 制粉系統(tǒng)防爆措施

4.1 設(shè)計(jì)中采取的防爆措施

設(shè)計(jì)煤種和校核煤種都是極易爆炸的煤種，在制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須高度關(guān)注，采取相應(yīng)防爆措施。中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)范圍從磨煤機(jī)入口段到燃燒器入口，包括煤斗、給煤機(jī)、磨煤機(jī)以及相關(guān)的一次風(fēng)管道、送粉管道。制粉系統(tǒng)防爆措施采用“以防為主，安全第一”的原則，設(shè)備與部件按抗爆炸壓力設(shè)計(jì)，減小煤粉爆炸事故的影響范圍。其防爆措施：①煤斗——儲煤量可滿足設(shè)計(jì)煤種在鍋爐BMCR工況下8小時(shí)的燃煤量。②給煤機(jī)和磨煤機(jī)的殼體按照0.35MPa抗爆壓力設(shè)計(jì)，能承受大多數(shù)情況下的爆炸壓力，減小爆炸造成的影響和損失。③磨煤機(jī)入口風(fēng)道8倍當(dāng)量直徑長度范圍內(nèi)按照0.35MPa抗爆壓力設(shè)計(jì)，可以承受磨煤機(jī)發(fā)生爆炸時(shí)的壓力沖擊波。④磨煤機(jī)設(shè)置常備的防爆惰化系統(tǒng)。⑤給煤機(jī)進(jìn)出口設(shè)置快速關(guān)斷閘板門，在磨煤機(jī)著火時(shí)迅速隔離火源。

4.2 運(yùn)行中采取防爆措施

本工程設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的揮發(fā)分都比較高，目前還沒有進(jìn)行爆炸指數(shù)試驗(yàn)，但根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，煤種揮發(fā)分(Vdaf)高，而且灰分不高，容易發(fā)生爆炸。在磨煤機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)過程中，煤粉濃度很低，風(fēng)量也較小，但相對于正常工況含氧量較高，磨煤機(jī)內(nèi)可能積聚熱量，稍有擾動(dòng)，極容易發(fā)生爆炸，因此磨煤機(jī)在運(yùn)行中要注意采取避免爆炸的相應(yīng)措施，磨煤機(jī)啟停階段以及打開檢修門前都要進(jìn)行吹掃。如有磨煤機(jī)上裝設(shè)CO氣體檢測儀，運(yùn)行中應(yīng)注意監(jiān)控磨煤機(jī)內(nèi)可燃?xì)怏w的濃度以及磨盤溫度等關(guān)鍵參數(shù)。

5 結(jié)論與建議

①針對工程煤種特性，推薦采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。②每臺鍋爐配置中速磨煤機(jī)，國內(nèi)制造的HP、MPS、ZGM等系列磨煤機(jī)均可以滿足本工程使用要求。③推薦選取較細(xì)的煤粉細(xì)度，以兼顧低NOx燃燒與提高鍋爐燃燒效率的要求。④運(yùn)行中注意制粉系統(tǒng)的防火防爆，注意監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)的變化。⑤推薦磨煤機(jī)配置動(dòng)態(tài)分離器，以取得更好的煤粉分離效果，有利于提高煤粉的燃燒效果。