中速直吹磨煤机特性

直吹式制粉系统及中速磨运行特性分析 Operation Performance Analysis of Direct-firing Pulverizing System and Medium Speed Mill 林　江 【摘要】　近年来，国内大型火电厂中，中速磨正压冷一次风制粉系统的应用日益广泛，作者结合电厂运行情况，从理论上深入分析了这一系统及其主要设备中速磨煤机的运行特性，讨论了影响中速磨经济安全工作的主要因素，并提出相应合理的运行方式，对电厂实际运行具有理论指导意义。 【关键词】　直吹式系统　中速磨煤机　运行特性　运行方式 0　前言 　　近年来，我国引进的大型燃煤电站锅炉中，中速磨直吹式制粉系统占有一半以上的份额。国内也有几家磨煤机制造厂引进了国外大型磨煤机的制造技术。中速磨直吹式制粉系统在大型火力发电厂中的广泛应用已成为不可逆转的必然趋势。 　　然而，由于我国火电厂过去多采用钢球磨煤机中间储仓式制粉系统，对中速磨及直吹式制粉系统的运行特性不熟悉，加上国内燃料应用情况的复杂性给运行带来的困难，致使在运行实践中存在一些问题，有必要从理论上深入研究、分析直吹式制粉系统及中速磨的运行特性，从而用以指导运行实践，使好的设备、好的系统真正发挥其高的经济效益。 1　中速磨正压冷一次风机直吹式制粉系统的特点 　　直吹式制粉系统的一个重要前提是应保证磨煤机能根据锅炉负荷的需要，连续、均匀、有调节地供应炉膛质量合格的煤粉。这一性质使磨煤机及制粉系统的运行与锅炉的运行紧密地联系在一起，其运行性能必须综合考虑锅炉运行的，因此中速磨及其直吹式制粉系统已成为锅炉燃烧系统中不可分割的重要组成部分。 　　目前大型火电厂的中速磨直吹式制粉系统大多采用正压冷一次风机系统(见图1)。在该系统中，一次风机只输送冷空气，这使风机可造得较小，通风电耗低且工作可靠性高。风机处于空气预热器之前，需在空气预热器中有独立的一次空气通道，因而采用了三分仓回转式空气预热器，有利于减少空气预热器漏风及保持稳定的一次风温和稳定的锅炉效率。对输送冷空气的高效能风机来说，可以成较大压差并可以采用燃料管道较长的较大磨煤机，这样磨煤机可以布置在离锅炉较远的地方，且没必要为每台磨配备单独的风机，因而简化了锅炉房的布置和设备的初投资。由于风机的压头较高，无论对于总的一次风量，还是每台磨的空气流量，都可很简单地用文氏管或其它方法方便地进行测量，这一点对提高锅炉燃烧自动化控制水平，从而提高锅炉燃烧经济性，也是不可忽视的有利条件。 图1　中速磨煤机正压冷一次风机直吹式制粉系统 1—锅炉；2—空气预热器；3—送风机；4—给煤机；5—磨煤机；6— 粗粉分离器；7—密封风机；8—煤粉分配器；9—隔绝门；10—燃烧 器；11—二次风箱；12—风量测量装置；13—冷一次风机；14—热 一次风机 2　影响中速磨工作的主要因素 　　评价中速磨煤机工作的指标有：磨煤出力、煤粉细度、与锅炉燃烧系统的配合、系统工作的安全性及运行电耗、碾磨部件的使用寿命等。 　　磨煤出力随锅炉负荷而变化，其变化范围取决于磨煤机的型号、所磨制的燃料性质及所要求的煤粉细度，同时还与碾磨部件的磨损情况及运行中碾磨压力的设置有关。 　　煤粉细度的确定取决于锅炉燃用燃料的性质，它应是使锅炉燃烧损失与运行电耗(包括磨煤电耗和通风电耗)及制粉金属损耗之和为最小的经济煤粉细度。 　　磨煤机与燃烧系统的配合反映在制粉系统的通风量与燃烧要求的一次风量是否匹配。制粉系统的最小通风量决定于两个条件：一是在运行温度下，水平一次风管内的流速不应低于15 m/s，以防止煤粉沉积；二是保持中速磨煤机最低的风环风速，防止石子煤量骤增及保证必要的煤粉细度，两者中较高的一个即是磨煤机最小通风量。最大通风量取决于磨煤机的型号及其流动阻力要求，在磨煤机设计额定工况下，既保证磨煤机的额定出力，又保证使用设计煤种的煤粉细度和煤粉浓度。对一次风量的要求即对磨煤机出口风粉气流中煤粉浓度的要求，取决于燃料的着火稳燃性质和低NOx燃烧的需求。 　　系统工作的安全性除对原煤带进的铁块、木块和石块在运行中易引起磨煤机的振动、石子煤排放量增大等故障外，主要是制粉系统的防爆问题，要求磨煤机出口风粉混合物的温度既要考虑到燃烧和安全运行的要求，又要顾及磨煤机内润滑油的老化。 　　以上种种因素，都直接影响到制粉系统的运行电耗和碾磨部件的使用寿命，影响到整个电厂的运行经济性指标，设备的等效可用系数和有效利用系数等安全性指标。 3　中速磨煤机的运行特性 　　实际运行中对各种因素的要求存在一定的矛盾，因此有必要综合分析它们之间的关系以寻求最佳的运行方式。对运行电厂而言，磨煤机的型号已选定，因此其结构尺寸已是定值。实际运行中磨煤机的运行负荷要根据锅炉的负荷需要进行调整，所用燃料也会在一定程度上有所变化，其次是随着运行时间的增长，碾磨部件会有所磨损。分析中速磨的运行特性，应置于这样的前提下进行。 3.1　磨煤机出力 　　中速磨对煤的可磨性指数(HGI)的变化比较敏感。德国Babcock公司提供的资料表明，该公司设计的MPS磨煤机，一般可磨性指数每变化1，出力约变化2.4%～2.6%，且可磨性指数越低，出力变化的幅度越大。 　　当原煤灰分超过20%时，由于磨煤机内循环量的增加，会导致磨煤机出力下降。 　　在中速磨煤机中，干燥剂对原煤的干燥呈逆向流动方式，热空气与进入磨煤机的原煤不能预先接触，因此原煤水分的大小对碾磨出力影响较大。水分越高，磨煤机出力越小。过大的水分会导致磨辊处煤及煤粉粘结，影响磨煤机安全运行。 　　随着煤粉变粗，磨煤机出力增大。因此，当锅炉在短期尖峰负荷下运行，要求更高的磨煤机出力时，可通过少量增加煤粉细度值来达到。 　　磨煤机出力还与磨煤机碾磨压力有关。碾磨压力主要来自弹簧、液压缸或其它压紧装置的压紧力，其次是磨辊的自重力，前者是可以调节的。碾磨压力过大，将加速碾磨部件的磨损，过小将使磨煤出力降低、煤粉变粗。因此，运行中要求碾磨压力保持一定。随着碾磨部件的磨损，碾磨压力相应减小，运行中需随时进行调整。 　　中速磨的最小出力一般能降低到额定出力的40%而维持正常运行。低于最小出力运行，由于磨盘上煤层过薄，会造成碾磨部件金属间的直接接触，导致强烈磨损和振动等事故。 　　磨煤机出力的调整还与投运的磨煤机台数有关。当锅炉负荷下降时，合理的运行方式还需考虑磨煤机不同运行负荷下对煤粉细度和风粉混合物浓度的影响。 3.2　通风量 　　对结构尺寸已定的磨煤机而言，满负荷下磨煤机的通风量是个固定的数值。在风环和分离器设计维持不变的情况下，固定的通风量可保证必要的风环风速和煤粉细度。但随之而来的问题是，运行中风煤比(煤粉浓度)不能随煤种变化作相应的调整。例如对高挥发分烟煤，煤粉可磨得粗些，同时若煤的可磨性指数也较高时，磨煤机出力可有较大的提高。但通风量高于规定值会使得煤粉管道和磨煤机内部磨损加速，因而使一次风量适应不了提高了出力的高挥发分烟煤对一次风率的要求，其后果必然对燃烧带来不利的影响。为此必须限制磨煤机出力，以保证合理的风煤比，从而限制了磨煤机的出力潜力。 　　国外不同厂家设计的各种型式的磨煤机，其额定负荷下的最佳风煤比各不相同，因而所适应的燃料性质有所差别，选型时应注意这一点。 　　进口机组磨煤机运行自动控制水平很高，锅炉负荷变化的信号首先是调整给煤机的给煤量，并相应调节一次风机的流量。在40%～100%磨煤机运行负荷范围内，磨煤机通风量与磨煤机负荷率间呈线性关系，但对制粉系统最小通风量的要求，决定了通风量必须维持在额定值的70%，通风量与负荷变化的关系如图2所示。由图可见，当磨煤机以额定出力和相应额定通风量运行时，此时可获得一个对燃烧合适的风煤比：随着磨煤机出力下降，风煤比增大，煤粉浓度大降。低负荷运行时，炉膛温度水平本已降低，又加上风煤比过大，对煤粉着火和稳定燃烧会更加不利。挥发分越低的煤种，此问题就越突出。国产机组自动控制水平较低，许多电厂在中速磨变负荷运行时基本不调整其通风量，更使低负荷运行时风煤比大增。因此可见，中速磨煤机不适宜总在低负荷下运行，调整制粉系统及磨煤机运行方式时，应充分考虑到这一影响。锅炉配有多台磨煤机时，应限制运行磨煤机的最低负荷在75%以上，当不足以维持最低限额时，则应采取逐台停磨方式以适应锅炉负荷的要求。 图2　MPS磨煤机通风量(一次风量)与磨 煤机负荷率的关系 3.3　煤粉细度 　　当磨煤机运行负荷降低时，由于其通风量与负荷呈线性关系，风量绝对值减少，风环处、磨煤机内及分离器空间气流速度均下降，能托起和携带走的煤粉粒径减小，煤粉变细。此外，运行中磨煤机的碾磨压力对煤粉细度也有显著影响，图3是对MPS-118型磨煤机的试验结果。由图可见，当磨煤机负荷不变时，随着碾磨压力的提高，煤粉变细；当碾磨压力不变时，随着负荷的增大，煤粉变粗。碾磨压力变化对煤粉细度的影响随磨煤机负荷的加大而愈加显著。因此，当磨煤机处于低负荷运行时，可适当降低施加的碾磨压力，这既有利于减少磨煤机的振动，又不至于对煤粉细度造成明显影响。 图3　MPS-118磨煤机碾压力 　　锅炉燃用煤种变化时，所要求的经济煤粉细度相应变化。运行中可通过及时改变磨煤机内固定式分离器的导叶角度或旋转式分离器的旋转速度加以调整。旋转式分离器比固定式分离器增加了转动驱动装置，但同样负荷下煤粉细度更高，调节范围更大。锅炉的低NOx燃烧要求使炉膛燃烧器区域的温度水平趋于下降，为保证燃烧完全，对煤粉细度的要求提高，因此国外先进的大型磨煤机纷纷采用旋转式分离器，随时调整煤粉细度以适应锅炉运行负荷和燃料的变化。国内电厂通常仅在设备调试时调整好煤粉细度，运行中则不很重视相应的调节工作，因而实际运行不能保证经济的煤粉细度，也是影响电厂运行经济性的原因之一。 3.4　磨煤机的运行温度 　　一般来讲，磨煤机出口气粉混合物的温度越高，越有利于煤粉的干燥过程，但温度值不能超过安全限度。若出口温度高于规定值，高温会驱使挥发分从煤中逸出，增加燃料着火的潜在可能性；出口温度低于规定值，会因煤不能获得充分的干燥以致吸附在磨煤机内部和煤粉管中。使煤粉管堵塞以及导致磨煤机、煤粉管着火。 　　中速磨设计出口温度一般取为70～90 ℃。对于高挥发分煤种，最低应维持65～70 ℃；对于低挥发分煤种不应高过90～95 ℃。磨煤机出口最低温度应比露点高10 ℃，但最低不能低于60 ℃，以避免煤粉结块。基于干燥介质含氧量、制粉系统布置、原煤挥发分和磨辊的限制，运行中最高紧急停运温度为110 ℃。 　　磨煤机出口温度控制靠调节磨煤机入口风温来实现。入口风温取决于磨煤机的热平衡条件，其中原煤水分的影响最大。在空预器一次风出口风温的基础上，通过改变掺入的冷风份额调节进入磨煤机的一次风温。 4　结论 4.1　在煤种适宜的情况下，中速磨正压冷一次风直吹式制粉系统是最经济安全的制粉系统，因而必然日益得到广泛应用。 4.2　直吹式制粉系统的工作性质，决定了该系统及其磨煤机是锅炉燃烧系统不可分割的重要组成部分，其运行特性必须综合考虑对锅炉燃烧的影响。 4.3　中速磨煤机不适合长期在低负荷下运行。当多台磨运行时，合理的调配应维持每台磨均运行在75%负荷以上，否则应采取逐台停磨的方式。 4.4　运行中应根据燃料性质的变化和磨煤机负荷的变化，相应调整通风量、碾磨压力及煤粉细度，以保证磨煤机工作和锅炉燃烧的经济性。