燃烧兰炭锅炉的中速磨煤机性能提升改造_孙明.pdf

第 卷 第期 年月 ，收稿日期：；修回日期：作者简介：孙明（），男，工程师，从事磨煤机产品的技术营销及管理工作。张治锋（通信作者）：燃烧兰炭锅炉的中速磨煤机性能提升改造孙明，张治锋，杜永旭，王皓，黄金龙，姚盼亮，王炼朝（北京电力设备总厂有限公司，北京 ）摘要：为分析燃烧兰炭对磨煤机出力的影响，同时提高磨煤机出力，对某电厂锅炉采用的 型中速磨煤机性能提升进行可行性研究。试验结果表明：相比于改造前，改造后的磨煤机给料质量流量提升约，在保证煤粉细度的情况下，可满足锅炉燃烧的要求。关键词：锅炉；中速磨煤机；兰炭；动态分离器中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，（，）：，：；磨煤机作为锅炉燃烧的重要辅机，其出力会影响锅炉的燃烧效率和水平。磨煤机配套设备的性能在不同工况下需要通过维护得到提升，同时锅炉燃料的改变会对磨煤机的实际出力存在影响。随着原煤价格的日益提高，为保证锅炉的充分燃烧和安全经济运行，提升磨煤机性能尤其重要。近几年，兰炭作为燃料得到越来越多的应用，但是国内对磨煤机磨制兰炭的适应性尚无充分的研究。兰炭主要利用神府煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成，其作为一种新型的炭素材料，以固定炭含量高、比电阻高、化学活性强、灰分含量低、铝含量低、硫含量低、磷含量低的特点，逐渐取代冶金焦而被广泛应用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产，进而成为一种不可替代的炭素材料。兰炭的应用领域在不断地扩大，其在节约能源、降低生产成本、增加产量等方面，具有很高的应用价值；同时，兰炭在高炉燃烧喷吹领域也存在发展潜力。在国家不断提倡绿色环保的前提下，提高兰炭在高炉燃烧喷吹领域中的燃烧比例至关重要。某电厂锅炉的燃料由原煤改变为原煤和兰炭按照一定比例掺烧，磨煤机出力相比于原设计工况有较大幅度的下降。为更好地分析燃烧兰炭对磨煤机出力的影响，同时提高磨煤机的出力，对该电厂锅炉所采用的 型中速磨煤机的性能提升进行可行性研究，针对全部燃烧兰炭情况下的磨煤机进行性能提升改造，得到基于兰炭燃料下磨煤机实际出力的变化。设备概述某电厂号机组高炉燃烧喷吹系统采用负压仓储式制粉系统，配置台 型中速第期孙明，等：燃烧兰炭锅炉的中速磨煤机性能提升改造磨煤机，燃烧原煤工况下磨煤机的主要参数见表（工况为锅炉最大连续蒸发量工况）。表 型中速磨煤机主要参数参数数值最大给料质量流量（）工况计算给料质量流量（）保证给料质量流量（）减速机转速（）最大通风质量流量（）本体最大阻力 密封风质量流量（）密封风与一次风压差 主电机功率 锅炉燃料发生变化，磨煤机出力会发生极大的变化，可能不满足日常生产的需要，而且不能保证燃料的细度在合理范围内。拟将锅炉燃料由原煤改为兰炭，与原煤相比，兰炭的水分含量较高、可磨性偏低，兰炭对磨煤机等设备的磨损程度远超过普通原煤。磨煤机磨损严重，会导致其制粉能力明显降低。燃料改变后，磨煤机内部磨损加重，静态分离器分离效率会降低。为保证磨煤机的出力，需要对其进行改造。改造前，燃烧的原煤和兰炭的质量分数分别为 和，粒度为 目以下的煤粉质量分数为，磨煤机给料质量流量约为 。如果全部燃烧兰炭，给料质量流量将由 下降至 左右。为满足该电厂所在地区对原煤使用量的要求，需要保证磨煤机改造后全部燃兰炭情况下的给料质量流量维持在 以上的水平，因此对磨煤机改造的可行性进行分析研究。为获得磨煤机改造的相关参数，需要对兰炭进行工业分析，其工业分析结果见表。表兰炭的工业分析结果参数检测结果（）（）（）（）哈氏可磨性指数 改造合理性分析磨煤机出力主要涉及碾磨出力、干燥出力和分离出力。这项出力匹配时，磨煤机才会在经济稳定的状态下运行。全部燃烧兰炭后，磨煤机的碾磨出力是限制其出力的最大因素，其次是干燥出力和分离出力。干燥出力主要取决于一次风温度，如果一次风温度不能够满足出力要求，会造成磨煤机出力下降。同时，分离出力主要受分离器的影响。相比于原煤，兰炭具有难磨特性，因此分离器的结构设计对燃烧兰炭时的煤粉细度和磨煤机出力都有重要的影响。在原煤和兰炭具有相同工业参数（如哈氏可磨性指数、水分含量）的情况下，全部燃烧原煤与全部燃烧兰炭情况所对应的磨煤机出力的差异较大，根据电厂对改造前全部燃烧兰炭的磨煤机出力情况，并且结合理论数值计算，得到磨煤机改造前后出力的理论分析结果见表，其中：基点给料 质 量 流 量 对 应 哈 氏 可 磨 性 指 数 为、（）为、煤粉细度 为、（）下的给料质量流量。表磨煤机改造前后出力的理论分析结果参数改造前改造后基点给料质量流量（）哈氏可磨性指数 煤粉细度 （）后期下降系数 分离器影响系数 全部燃烧原煤给料质量流量（）全部燃烧兰炭给料质量流量（）由表可得：在全部燃烧原煤的情况下，磨煤机理论给料质量流量可以达到 ；而全部燃烧兰炭的情况下，磨煤机最大给料质量流量仅为 ，与全部燃烧原煤相比，全部燃烧兰炭时磨煤机的给料质量流量下降约。同时，为保证磨煤机改造后给料质量流量能够达到 以上，磨煤机基点给料质量流量需要由 提高至 。因此，只有对磨煤机进行改造，才可以满足在全部燃烧兰炭的情况下磨煤机的出力要求。改造分析磨煤机改造应综合考虑碾磨出力、干燥出力和分离出力，对磨煤机进行整体改造。碾磨出力磨煤机通过对磨辊和磨盘之间的原煤进行碾磨，以达到将原煤磨碎成粉状的目的。通过提高磨煤机转速或增加碾磨面积，可以提升磨煤机第 卷的碾磨出力。干燥出力进入磨煤机的煤必须经过干燥，才能被磨煤机有效地碾磨成合格的煤粉后输送到储煤仓。增加干燥出力要求一次风机及空气预热器具备一定的裕度，以达到增加出力的要求，此部分由使用方保证。分离出力被碾磨成各种细度的煤粉被一次风输送到分离器进行分离，合格的煤粉被分离出来，不合格的煤粉再次进入磨盘被碾磨。动态分离器在降低煤粉极限细度情况下有较大的处理裕度，可以通过调整转速，获得适应磨煤机运行要求的参数，满足燃烧兰炭情况下的煤粉细度及均匀性，并且达到出力要求。改造措施磨煤机改造措施见表，主要改造内容包括提高主电机功率、提高减速机转速、优化碾磨件型线，以 及 根 据 当 前 燃 料 重 新 设 计 旋 转 喷 嘴环、采用旋转的动态分离器等。通过改造可以实现煤粉细度的可控可调，同时将磨煤机给料质量流量提升 左右。表磨煤机改造措施设备改造措施主电机主电机原功率为 ，为满足功率裕度，将主电机功率增加至 减速机减速机转速由 提高至 ，增加碾磨件单位时间内对物料的碾磨面积磨辊装置优化配套碾磨件型线，增加碾磨件单位时间内对物料的碾磨面积旋转喷嘴环该部分包括动静托衬板等组件，重新设计衬板型线，实现与磨煤机出力的匹配动态分离器 实现煤粉细度的可调可控，优化流场以提高出力配套零部件 配套零部件进行尺寸匹配磨煤机改造后示意图见图。改造设计主要将主电机功率由原 提高至 ，减速机进行内部改造将减速机转速由 提高至 ，碾磨件型线进行合理的设计，辊套高度增加，以增加碾磨件单位时间内对物料的碾磨面积。为适应改造后风量的增加，旋转喷嘴环部分根据现有兰炭进行了校核计算，以保证改造后一次风通过旋转喷嘴环的流速在合理范围内。原静态分离器对于兰炭的分离效率较低，煤粉细度大，故改造优先考虑使用动态分离器，对动态分离器进行合理设计，以降低磨煤机增加的压差。图磨煤机改造后示意图改造前后性能分析为研究磨煤机改造前后总体性能的变化，主要围绕磨煤机出力、煤粉细度及进出口压差等数参数进行分析。所获得磨煤机碾磨兰炭的一些技术参数，可以丰富 型中速磨煤机在燃烧兰炭情况下的研究。试验内容 动态分离器性能评定锅炉全部燃烧兰炭，在不同的磨煤机给料质量流量下调整动态分离器转速，对改造后磨煤机的煤粉细度进行取样和测定，确定动态分离器的调节范围。同时，绘制动态分离器转速与煤粉细度的曲线。改造前后最大出力评定对改造前磨煤机最大出力进行试验，磨煤机在最大出力工况下稳定运行后，测试煤粉细度。对改造后磨煤机进行最大出力试验，维持改造前煤粉细度水平，测定磨煤机的最大出力。试验结果 改造前最大出力试验根据锅炉燃烧要求，最大出力试验选择在锅炉高负荷的时间段进行。试验期间保证磨煤机稳定可靠运行，并且控制工况变化间隔在 以上。在煤粉细度可以保证正常燃烧的情况下，跟踪磨煤机在每个工况下入口温度、出口温度、进出口压差及给料质量流量等参数。磨煤机改造前运行参数见表。第期孙明，等：燃烧兰炭锅炉的中速磨煤机性能提升改造表磨煤机改造前运行参数参数数值给料质量流量（）分离器挡板开度 冷风门开度 热风门开度 密封风与一次风压差 磨煤机通风体积流量（）磨煤机入口温度 磨煤机出口温度 磨煤机入口风压 磨煤机出口风压 磨煤机进出口压差 主电机电流 煤粉细度 均匀性指数 为满足电厂锅炉对煤粉的要求，需要将煤粉细度 控制在 以下，故改造前磨煤机全部燃用兰炭的最大给料质量流量为 。由表可得：随着给煤机给料量的提高，磨煤机进出口压差由 提高至 ，磨煤机主电机电流有一定程度的上升。改造后最大出力试验改造后磨煤机整体性能得到提升，将原磨煤机的静态分离器更换为动态分离器，煤粉细度在保证出力的前提下会降低。磨煤机改造后运行参数见表 。表磨煤机改造后运行参数参数数值给料质量流量（）动态分离器转速 冷风门开度 热风门开度 密封风与一次风压差 磨煤机通风体积流量（）磨煤机入口温度 磨煤机出口温度 磨煤机入口风压 磨煤机出口风压 磨煤机进出口压差 主电机电流 煤粉细度 均匀性指数 由表可得：改造后动态分离器的转速分别为 、时，在保证煤粉细度的情况下，磨煤机最大给料质量流量可以调整为 、和 。同时，随着动态分离器转速的提高，煤粉细度 会相应地降低，说明动态分离器的选粉能力比原静态分离器有所提高，并且可调性较好。改造前，在煤粉细度 为 的情况下，磨煤机给料质量流量为 ；改造后，在煤粉细度 为 的情况下，磨煤机给料质量流量为 。改造后磨煤机出力提升约。在保证煤粉细度的情况下，磨煤机给料质量流量接近 ，可满足锅炉燃烧的要求。煤粉细度的控制主要取决于动态分离器的转速。粗颗粒沿转动的动叶片的切向运动，在动叶轮离心力的作用下分离。通过控制转速可以控制对煤粉颗粒的离心力，进而对需要被再次碾磨的煤粉颗粒的大小进行选择。动态分离器转速越快，其分离出的煤粉就越细。随着动态分离器转速的提高，煤粉细度逐渐降低。在日常生产中，可通过远程调整动态分离器转速，来获得适合燃烧的煤粉细度。同时，随着煤粉细度的降低，其对应的磨煤机出力也会同步降低。在工业生产中，如在某种工况中，磨煤机出力不能够满足燃烧的要求，可适当地降低煤粉细度来提升磨煤机的实际出力，以获得最佳的出力效果。结语通过对燃烧兰炭锅炉的 型中速磨煤机进的出力提升进行研究，得到以下结论：（）在原煤与兰炭具有相同工业参数的情况下，相比于只碾磨原煤，磨煤机只碾磨兰炭的实际出力大大降低，下降约。兰炭具有较高的哈氏可磨性指数，对磨煤机本体易磨损件的磨损较为严重，会大大降低易磨损件的使用寿命，因此其掺烧比例不宜过高。（）通过采用优化碾磨件型线、优化分离器部分流场及改造配套零部件等措施，磨煤机出力得到了 改 善，改 造 后 的 出 力 比 改 造 前 提 升 约。该型磨煤机出力提升的改造可以为不同型号磨煤机的改造提供参考。（）与改造前相比，改造后磨煤机出口煤粉均匀性指数有所增加，可以维持在 左右。这说明动态分离器分离出来的煤粉更均匀，有利于锅炉的燃烧。参考文献：刘颖超，张军红，刘燕军，等兰炭替代部分焦炭对焦炭层第 卷透液性的影响有色金属科学与工程，（）：王华山，房瑀人，王春生预处理对兰炭燃烧性能的影响科学技术与工程，（）：时勇，聂志钢，王如超，等循环流化床锅炉试烧兰炭及新锅炉设计思路工业锅炉，（）：杨忠灿，王志超，李炎，等电站煤粉锅炉掺烧兰炭试验研究锅炉技术，（）：北京电力设备总厂 型中速辊式磨煤机技术条件与选型导则：北京：北京电力设备总厂，米世海 型磨煤机增加出力改造策略剖析科学技术创新，（）：谢煜华 型磨煤机风环改造及节能效果分析能源与环境，（）：，崔修强碗式中速磨煤机运行特性试验研究及应用发电技术，（）：国 家 能 源 局电 站 磨 煤 机 及 制 粉 系 统 选 型 导 则：北京：中国电力出版社