郭 偉，崔 寧

(河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

1 概述

考慮地緣優(yōu)勢(shì)，河北南網(wǎng)電廠多采用山西貧煤作為燃料，我院設(shè)計(jì)的任丘2×300MW供熱機(jī)組、河北建投沙河電廠2×600MW電廠，中電投良村電廠、滄州華潤(rùn)渤海新區(qū)工程、河北華電石家莊裕華熱電等工程均采用山西晉中、陽(yáng)泉等地的貧煤或貧煤與無(wú)煙煤的混煤?？紤]到山西貧煤具有低揮發(fā)份、較強(qiáng)磨損、較高著火溫度的特性，上述電廠的制粉系統(tǒng)多采用鋼球磨制粉中儲(chǔ)倉(cāng)熱風(fēng)送粉系統(tǒng)或雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉直吹式送粉系統(tǒng)。

山西貧煤揮發(fā)份一般在12%～19%之間，沖刷磨損指數(shù)Ke一般在1.2～3.5之間，設(shè)計(jì)時(shí)考慮其揮發(fā)份較低，著火溫度較高，為保證鍋爐燃燒效果，入爐煤粉一般要求較細(xì)的煤粉細(xì)度，較高的風(fēng)粉混合物溫度，故一般采用鋼球磨煤機(jī)，而不采用中速磨煤機(jī)。但中速磨煤機(jī)具有重量輕、占地少、制粉系統(tǒng)管路簡(jiǎn)單、投資省、電耗低、噪聲小等一系列優(yōu)點(diǎn)，隨著各中速磨煤機(jī)廠家磨型的不斷更新?lián)Q代，中速磨煤機(jī)磨制較低揮發(fā)份燃煤、產(chǎn)出較細(xì)煤粉細(xì)度已成為可能。

2 鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)與中速磨制粉系統(tǒng)的對(duì)比

鋼球磨煤機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)是煤種適應(yīng)性廣，運(yùn)行安全可靠，維修方便。對(duì)磨制煤種的可磨性指數(shù)和磨損指數(shù)沒(méi)有任何限制。它可以磨制包括褐煤在內(nèi)的所有煤種。特別適合磨制無(wú)煙煤及磨損指數(shù)Ke>3.5的煤種。這是因?yàn)椋孩贌o(wú)煙煤煤粉著火溫度高，要求煤粉細(xì)，而且在制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需要熱風(fēng)送粉，采用其他類型磨機(jī)較難達(dá)到很細(xì)的煤粉細(xì)度；②磨損指數(shù)Ke>3.5的煤種，磨粉時(shí)對(duì)金屬的磨損大，研磨件壽命低，采用鋼球磨煤機(jī)時(shí)雖然鋼球損耗大，但鋼球可在運(yùn)行中很方便的補(bǔ)充，鋼球磨損對(duì)正常運(yùn)行影響甚微，因此，此時(shí)鋼球磨煤機(jī)就成為最佳選擇。

鋼球磨煤機(jī)主要磨制無(wú)煙煤、硬質(zhì)煤、高灰分煙煤以及硫化鐵含量大于6%的高硫煤。我國(guó)早期由于燃煤混雜而且有煤質(zhì)劣化的趨勢(shì)，因而在鍋爐燃燒制粉設(shè)計(jì)中，國(guó)內(nèi)很多電廠都采用了鋼球磨煤機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代前全國(guó)電廠中鋼球磨煤機(jī)占所有各類磨煤機(jī)總量的60%以上。

然而，鋼球磨煤機(jī)及其制粉系統(tǒng)也存在很多缺點(diǎn)。諸如系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行電耗高、制粉管道長(zhǎng)、部件多、占地面積大、占用空間大、耗鋼多、磨損大、噪聲大、易爆炸等。

世界范圍內(nèi)電廠采用中速磨煤機(jī)始于20世紀(jì)20年代。我國(guó)只在最近二三十年間才開始有廣泛應(yīng)用。中速磨煤機(jī)是指工作轉(zhuǎn)速為20～300r/min的磨煤機(jī)械。這種磨煤機(jī)具有重量輕、占地少、制粉系統(tǒng)管路簡(jiǎn)單、投資省、電耗低、噪聲小等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在大容量機(jī)組中得到日益廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)中速磨的生產(chǎn)廠家及磨型主要有：沈陽(yáng)重型機(jī)器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的的MPS中速磨煤機(jī)，北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的的ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型中速磨煤機(jī)，上海重型機(jī)器廠有限公司生產(chǎn)的HP碗式中速磨煤機(jī)，長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MPSHP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)。

以下以我院近期設(shè)計(jì)的燃用山西陽(yáng)泉地區(qū)貧煤混煤的保定南郊2×300MW電廠為例，對(duì)采用3臺(tái)MGS4060雙進(jìn)雙出球磨機(jī)及6臺(tái)MPS180中速磨煤機(jī)兩種方案進(jìn)行對(duì)比。

2.1 性能對(duì)比

我們對(duì)MPS180、MGS4060磨煤機(jī)主要性能進(jìn)行匯總后，比較結(jié)果見(jiàn)表1(以設(shè)計(jì)煤種為基礎(chǔ)進(jìn)行定性趨勢(shì)性的比較，并未將所有方面一一列出)：

表1 兩種磨煤機(jī)主要性能對(duì)比

2.2 電耗對(duì)比

我們對(duì)兩種磨煤機(jī)的磨煤電耗及通風(fēng)電耗(按設(shè)計(jì)煤種)進(jìn)行匯總后對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 兩種型號(hào)磨煤機(jī)磨煤電耗及通風(fēng)電耗對(duì)比

由表2可以得出如下結(jié)論：中速磨直吹式制粉系統(tǒng)的磨煤電耗低于雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)，即采用中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)會(huì)節(jié)省較多的運(yùn)行費(fèi)用。

2.3 初投資對(duì)比

兩種系統(tǒng)設(shè)備初投資比較詳見(jiàn)表3。

表3 兩種系統(tǒng)設(shè)備初投資對(duì)比

由表3可以得出結(jié)論，如不采用動(dòng)態(tài)分離器，選用中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的初投資低于雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)。但為了充分保證煤粉細(xì)度，加裝動(dòng)態(tài)分離器后，中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)初投資較雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)方案增加投資5540-4640=900萬(wàn)元。

2.4 主廠房體積對(duì)比

表4 主廠房體積對(duì)比

由表4可以看出，由于雙進(jìn)雙出鋼球磨體積較大，需占用較大空間，故所需主廠房體積較大，相應(yīng)的主廠房造價(jià)較高，而選中速磨煤機(jī)主廠房體積相對(duì)較小，從而節(jié)省投資。

綜上所述，采用中速磨制粉系統(tǒng)較雙進(jìn)雙出球磨機(jī)制粉系統(tǒng)無(wú)論在磨制單位燃煤電耗方面，還是主廠房投資方面都存在較大優(yōu)勢(shì)。加裝動(dòng)態(tài)分離器后，設(shè)備初投資偏高，但考慮其節(jié)電性，初投資的增加可在2.21年后收回。

3 采用中速磨煤機(jī)制粉的可行性

《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》(DLT466-2004)對(duì)磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)的選擇有如下規(guī)定(部分引用)，貧煤(Vdaf=10%～20%)，當(dāng)煤的磨損性在較強(qiáng)以下(Ke≤(5)、煤的著火性能為中等(揮發(fā)份Vdaf在15%以上，著火溫度IT<800℃)時(shí)，宜選用中速磨煤機(jī)直吹式系統(tǒng)。

當(dāng)煤的著火性能為難(揮發(fā)份Vdaf在15%以下，著火溫度IT>800℃)時(shí)，應(yīng)按無(wú)煙煤來(lái)對(duì)待，宜優(yōu)先選用中間儲(chǔ)倉(cāng)式鋼球磨煤機(jī)爐煙干燥、熱風(fēng)送粉系統(tǒng)和雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)半直吹式系統(tǒng)。

由上述條文論述可以知道，對(duì)于Ke≤5的煤種，磨煤機(jī)的選擇主要與燃煤的著火特性有關(guān)。當(dāng)著火特性為中等時(shí)，宜采用中速磨煤機(jī)制粉，當(dāng)著火特性為難時(shí)，宜選用鋼球磨煤機(jī)制粉。

對(duì)于著火性為難的燃煤宜采用鋼球磨制粉，筆者認(rèn)為主要是基于以下兩個(gè)方面進(jìn)行的考慮。

(1)降低煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度對(duì)煤粉燃燒有明顯影響。煤粉變細(xì)，能使燃煤的著火點(diǎn)提前，且煤粉變細(xì)有利于提高最大燃燒速率。因此，隨著煤粉細(xì)度的降低，燃煤的熱重曲線分界明顯，著火溫度降低，著火特性有所改善；燃燒速度增大，燃盡溫度降低，煤粉更易燃盡。山西貧煤的沖刷磨損指數(shù)Ke一般在1.2～3.5之間，Ke<5，屬較強(qiáng)以下。IT在800～900之間，屬較難著火煤種。對(duì)于燃燒山西貧煤的鍋爐，為保證燃燒效率，各鍋爐廠一般要求較細(xì)的入爐煤粉細(xì)度，其R90一般要求在12%左右。采用鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)有利于保證較細(xì)的煤粉細(xì)度。

(2)提高風(fēng)粉混合物的溫度

入爐風(fēng)粉混合物溫度的提高將對(duì)鍋爐燃燒效率的提高及飛灰含碳量的降低產(chǎn)生積極影響。對(duì)于貧煤，鍋爐廠要求入爐風(fēng)粉混合物的溫度盡量高。如采用鋼球磨煤機(jī)爐煙干燥、熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，風(fēng)粉混合物的溫度最高可達(dá)130℃；如采用雙進(jìn)雙出球磨機(jī)直吹式送粉系統(tǒng)，風(fēng)粉混合物的最高溫度也可達(dá)100℃，有利于煤粉的充分燃燒。

基于上述原因，在設(shè)計(jì)諸如以山西貧煤為燃料的電廠時(shí)，多考慮采用鋼球磨煤機(jī)形式。

近年來(lái)，中速磨煤機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)足的發(fā)展。各中速磨煤機(jī)生產(chǎn)廠對(duì)磨型不斷升級(jí)更新，磨煤機(jī)性能得到了很大提高。在磨制諸如山西貧煤等燃料方面可替代鋼球磨煤機(jī)。理由如下：

(1) 煤粉細(xì)度

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為中速磨煤機(jī)磨制的成品煤粉細(xì)度R90一般大于15%，低于15%則采用鋼球磨煤機(jī)。但隨著科技進(jìn)步，各磨煤機(jī)廠均進(jìn)行了技術(shù)更新。經(jīng)與沈陽(yáng)重型機(jī)器有限責(zé)任公司、北京電力設(shè)備總廠、上海重型機(jī)器廠有限公司、長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備有限公司溝通，在不采用動(dòng)態(tài)分離器的情況下四廠生產(chǎn)的中速磨煤機(jī)煤粉細(xì)度均可達(dá)到12%。如采用動(dòng)態(tài)分離器，四廠均可達(dá)5%以下。6臺(tái)中速磨煤機(jī)+動(dòng)態(tài)分離器總價(jià)格約2400萬(wàn)元，相比三臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)1950萬(wàn)元的總價(jià)高出450萬(wàn)元，但由于中速磨煤機(jī)方案較雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)方案節(jié)電，年節(jié)約用電費(fèi)用115萬(wàn)元，在不考慮主廠房造價(jià)的情況下，僅用四年即可收回動(dòng)態(tài)分離器的投資。

(2) 風(fēng)粉混合物溫度

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》(DL/T5145-2002)，采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)出口最高允許溫度tM2(分離器后)當(dāng)Vdaf<40%時(shí)，tM2=[(82-vdaf)5/3±5]。對(duì)于山西貧煤，Vdaf在10～18之間，對(duì)應(yīng)tm2可在111℃～125℃之間。因此，tM2的取值取決與中速磨煤機(jī)本體的耐溫程度。經(jīng)與上述四個(gè)主要磨煤機(jī)生產(chǎn)廠加溝通，現(xiàn)在生產(chǎn)的中速磨煤機(jī)耐溫可達(dá)300℃，考慮磨機(jī)的長(zhǎng)期使用壽命，風(fēng)粉混合物的溫度最高可取100℃，基本可以滿足鍋爐燃燒要求。

(3) 磨損性

山西貧煤的沖刷磨損指數(shù)Ke一般在1.2～3.5之間，Ke<5，屬較強(qiáng)以下，可以采用中速磨煤機(jī)。

綜上所述，對(duì)于燃用山西貧煤的電廠，采用中速磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)從滿足鍋爐燃燒方面考慮是可行的。

4 結(jié)論及建議

以往考慮山西貧煤低揮發(fā)份，較強(qiáng)磨損的特性，制粉系統(tǒng)一般選擇鋼球磨中貯倉(cāng)熱風(fēng)送粉或雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹送粉系統(tǒng)，通過(guò)本文一系列對(duì)比分析，認(rèn)為采用中速磨不失為另一種可行的方法。當(dāng)采用中速磨制粉系統(tǒng)是應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①注意煤種的磨損性，如Ke>5，則不應(yīng)采用中速磨煤機(jī)；②為保證足夠的煤粉細(xì)度，盡量配套動(dòng)態(tài)或動(dòng)靜組合分離器；③在允許的范圍內(nèi)盡量提高一次風(fēng)溫；④對(duì)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，來(lái)煤較不穩(wěn)定的電廠，如采用中速磨制粉系統(tǒng)，建議磨煤機(jī)出力余量做適當(dāng)放大處理，以保證鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性；⑤由于山西貧煤磨損性較強(qiáng)，在選取磨煤機(jī)時(shí)，盡量考慮采用后期磨損出力下降較少的廠家為宜。

[1]賈鴻祥.制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行.

[2]保定南郊熱電廠工程制粉系統(tǒng)方案優(yōu)化專題報(bào)告[R].石家莊：河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009，(7).

[3]胡平凡.不同細(xì)度煤粉燃燒特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].湖北電力，2009，(8) .