茅建波,張 明,應(yīng)明良
(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院,杭州 310014)
磨煤機(jī)是燃煤鍋爐重要的輔機(jī)設(shè)備,按碾磨部件轉(zhuǎn)速分為高速、中速及低速3類。中速磨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊,負(fù)荷變化快、金屬磨耗低、運(yùn)行安全可靠、電耗小、噪音低等特點(diǎn),其碾磨部件的轉(zhuǎn)速為25~120 r/min,廣泛應(yīng)用于大型煤粉鍋爐直吹式制粉系統(tǒng),國(guó)內(nèi)使用較多的是HP(碗式型)和MPS(輪式型)中速磨煤機(jī)。
新建火力發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)后,按照規(guī)定需對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行性能試驗(yàn),考核磨煤機(jī)出力、磨煤?jiǎn)魏牡戎笜?biāo)[1],磨煤機(jī)改造后也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的性能測(cè)試,以評(píng)價(jià)改造效果[2-4]。磨煤?jiǎn)魏闹钢品巯到y(tǒng)磨制1 t煤時(shí)磨煤機(jī)消耗的電量[5],是表征磨煤機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一,與煤種、磨煤機(jī)出力、煤粉細(xì)度、碾磨部件磨損程度等運(yùn)行工況有很大關(guān)系[6-8],故考核磨煤?jiǎn)魏闹笜?biāo)對(duì)煤質(zhì)等工況條件均有具體規(guī)定。發(fā)電廠煤種來(lái)源一般較復(fù)雜,煤質(zhì)分布也不均勻,性能考核試驗(yàn)時(shí)很難保證試驗(yàn)用煤質(zhì)與要求的煤質(zhì)完全一致,煤粉細(xì)度等也會(huì)與規(guī)定值存在一定偏差,直接用試驗(yàn)工況條件下的磨煤?jiǎn)魏模ㄒ韵潞?jiǎn)稱“工況磨煤?jiǎn)魏摹保┙Y(jié)果評(píng)價(jià)磨煤機(jī)設(shè)計(jì)性能難免有失偏頗,因此,工況磨煤?jiǎn)魏男柽M(jìn)行校核和修正[9],相關(guān)的研究報(bào)道較少,文獻(xiàn)[2-4]和文獻(xiàn)[10]中磨煤機(jī)改造前后直接采用工況磨煤?jiǎn)魏倪M(jìn)行比較,文獻(xiàn)[11]提供了不同煤粉細(xì)度時(shí)磨煤?jiǎn)魏牡膿Q算方法。
對(duì)此,以1臺(tái)中速磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)為例,探討磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況偏離規(guī)定的工況條件時(shí)磨煤?jiǎn)魏牡男:伺c修正計(jì)算,以期科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)磨煤機(jī)的真實(shí)性能。
某新建發(fā)電廠鍋爐采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng),每臺(tái)爐配4臺(tái)上海重型機(jī)械廠有限公司生產(chǎn)的HP743型碗式中速磨煤機(jī),磨輥加載方式為彈簧加載,靜態(tài)煤粉分離器。設(shè)計(jì)和校核煤種的煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1,設(shè)計(jì)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。磨煤機(jī)性能保證:磨制設(shè)計(jì)煤種時(shí),在煤粉細(xì)度R90=18%工況條件下磨煤機(jī)保證出力為23.2 t/h,保證出力時(shí)磨煤?jiǎn)魏臑?.8 kWh/t。
表1 煤質(zhì)分析參數(shù)
表2 磨煤機(jī)部分設(shè)計(jì)性能數(shù)據(jù)
工況磨煤?jiǎn)魏氖侵改ッ簷C(jī)在試驗(yàn)工況條件下實(shí)際測(cè)試的磨煤?jiǎn)魏模ブ圃囼?yàn)煤種),以1臺(tái)磨煤機(jī)保證出力考核工況(以下簡(jiǎn)稱“試驗(yàn)工況”)為例,磨煤機(jī)實(shí)際出力為23.4 t/h,測(cè)試煤粉細(xì)度R90=16%,磨煤機(jī)電機(jī)輸入功率233.2 kW,磨煤機(jī)工況磨煤?jiǎn)魏臑?.97 kWh/t,高于設(shè)計(jì)保證出力工況下保證的磨煤?jiǎn)魏模?.80 kWh/t)。
煤質(zhì)參數(shù)、煤粉細(xì)度等運(yùn)行工況條件對(duì)磨煤機(jī)出力影響很大,從而對(duì)磨煤?jiǎn)魏囊灿蟹浅4蟮挠绊?,磨制不同的煤種,其磨煤機(jī)最大出力會(huì)發(fā)生較大變化,保證出力也會(huì)有較大差異,一般設(shè)計(jì)磨煤機(jī)保證出力是磨煤機(jī)碾磨部件磨損至中后期時(shí)應(yīng)能達(dá)到的出力,對(duì)應(yīng)最大出力的0.9倍[12]。本例試驗(yàn)工況煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1,收到基水分比設(shè)計(jì)煤種高3%,發(fā)熱量略低,哈氏可磨系數(shù)大2,煤粉細(xì)度R90也較設(shè)計(jì)值的18%偏小,原煤水分對(duì)磨煤機(jī)出力影響較大。按照DL/T 5145-2002《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定》中的方法對(duì)磨煤機(jī)出力進(jìn)行如下校核計(jì)算[12]:
式中:Bm為磨制實(shí)際煤種磨煤機(jī)出力;Bm0為磨煤機(jī)基本出力,根據(jù)磨煤機(jī)型號(hào)選取,HP743型磨煤機(jī)基本出力為 31.1 t/h;fH,fR,fM,fA分別為哈氏可磨系數(shù)、煤粉細(xì)度、原煤水分、原煤灰分對(duì)磨煤機(jī)出力的修正系數(shù),查取或按公式計(jì)算得出;fg為原煤粒度對(duì)磨煤機(jī)出力的修正系數(shù),碗式磨煤機(jī)fg=1.0;fe為碾磨部件磨損至中后期時(shí)出力(即磨煤機(jī)保證出力)降低系數(shù),fe=0.9。
試驗(yàn)工況條件(煤質(zhì)、煤粉細(xì)度)下的總出力修正系數(shù)f=0.808,校核磨煤機(jī)的最大出力為25.1 t/h,保證出力為22.6 t/h,見(jiàn)表3。
對(duì)于同種型號(hào)的中速磨煤機(jī),磨煤機(jī)所需功率與磨煤機(jī)出力有關(guān),磨制不同的煤種,若經(jīng)出力校核后磨煤機(jī)負(fù)荷率相同,則磨煤機(jī)所需功率基本不變,這是因?yàn)槊嘿|(zhì)參數(shù)、煤粉細(xì)度等變化以后,磨煤?jiǎn)魏暮湍ッ簷C(jī)出力都會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化,從而可保持磨煤機(jī)所需功率不變[13-14],據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)工況保證的磨煤?jiǎn)魏倪M(jìn)行校核。
磨煤機(jī)保證出力時(shí)負(fù)荷率均為90%,設(shè)計(jì)保證出力為23.2 t/h,對(duì)應(yīng)磨煤?jiǎn)魏?.80 kWh/t,試驗(yàn)工況條件校核保證出力為22.6 t/h,校核保證出力時(shí)磨煤?jiǎn)魏谋WC值為10.05 kWh/t,見(jiàn)表3。
表3 磨煤機(jī)保證出力考核工況磨煤?jiǎn)魏男:恕⑿拚?jì)算
磨煤機(jī)性能試驗(yàn)期間需對(duì)磨制的原煤進(jìn)行取樣,由于煤質(zhì)參數(shù)分析得到結(jié)果有滯后,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)磨煤機(jī)的出力一般不會(huì)正好對(duì)應(yīng)試驗(yàn)工況條件下的校核保證出力,而磨煤?jiǎn)魏呐c磨煤機(jī)出力關(guān)系密切,一般隨著磨煤機(jī)出力的增加而減小[6,8],因此需在煤質(zhì)參數(shù)等分析結(jié)果出來(lái)后再對(duì)試驗(yàn)工況條件下的磨煤機(jī)出力進(jìn)行校核,進(jìn)而將工況磨煤?jiǎn)魏男拚列:吮WC出力時(shí)的磨煤?jiǎn)魏摹?/p>
中速磨煤機(jī)電機(jī)的相對(duì)輸入功率P/Pmax與相對(duì)出力(負(fù)荷率)B/Bmax存在如下線性關(guān)系[12]:
式中:P為磨煤機(jī)實(shí)際出力B時(shí)其電機(jī)的輸入功率;Pmax為磨煤機(jī)100%出力(即Bmax)時(shí)其電機(jī)的輸入功率;C1和C2為系數(shù),對(duì)于碗式磨煤機(jī)C1=0.827, C2=0.173(按文獻(xiàn)[12]及文獻(xiàn)[15]提供的磨煤機(jī)出力-功率關(guān)系曲線進(jìn)行擬合,與文獻(xiàn)[13]中的系數(shù)略有差異);對(duì)于MPS輪式磨煤機(jī)C1=0.62,C2=0.383(按文獻(xiàn)[14]提供的磨煤機(jī)出力-單位功耗關(guān)系曲線進(jìn)行變換、擬合)。
試驗(yàn)工況磨煤機(jī)出力為23.4 t/h,高于校核后的保證出力22.6 t/h,按式(2)將工況磨煤?jiǎn)魏男拚猎囼?yàn)工況條件下校核保證出力時(shí)的磨煤?jiǎn)魏摹T囼?yàn)工況B磨煤機(jī)相對(duì)出力B2/Bmax2=0.931,磨煤機(jī)電機(jī)的相對(duì)輸入功率P2/Pmax=0.943,即試驗(yàn)工況磨煤機(jī)電機(jī)輸入功率P2=0.943Pmax;試驗(yàn)工況條件下,磨煤機(jī)校核保證出力時(shí)的相對(duì)出力Bg2/Bmax2=0.900,校核保證出力時(shí)磨煤機(jī)電機(jī)相對(duì)輸入功率Pg2/Pmax=0.917,由此,試驗(yàn)工況條件下磨煤機(jī)出力由23.4 t/h變?yōu)?2.6 t/h,則磨煤機(jī)電機(jī)輸入功率Pg2=233.2×0.917/0.943=226.8 kW,低于原來(lái)的233.2 kW,修正至試驗(yàn)工況條件下磨煤機(jī) 保 證 出 力 時(shí) 磨 煤 單 耗 Em2c=226.8/22.6=10.03 kWh/t,比校核后的磨煤?jiǎn)魏谋WC值10.05 kWh/t略低,與直接采用工況磨煤?jiǎn)魏?.97 kWh/t與設(shè)計(jì)保證值9.80 kWh/t比較得出的結(jié)論正好相反。表3為磨煤機(jī)性能考核試驗(yàn)保證出力工況磨煤?jiǎn)魏男:思靶拚?jì)算過(guò)程。
實(shí)際上,由表3中試驗(yàn)工況條件保證出力磨煤?jiǎn)魏牡挠?jì)算公式可推導(dǎo)出:
式中:PgD為設(shè)計(jì)保證出力時(shí)磨煤機(jī)功率,PgD=Bg1Emg1??梢?jiàn),若試驗(yàn)工況條件保證出力時(shí)的磨煤機(jī)功率不大于設(shè)計(jì)所需功率,實(shí)際磨煤?jiǎn)魏募茨苓_(dá)到設(shè)計(jì)保證值(不大于Emg2)。
由公式(3)進(jìn)一步推導(dǎo)可得:
式中:針對(duì)1臺(tái)已投產(chǎn)磨煤機(jī)進(jìn)行的具體某個(gè)考核試驗(yàn)工況,P2和PgD為定值。修正后的試驗(yàn)工況保證出力磨煤?jiǎn)魏哪芊襁_(dá)到設(shè)計(jì)保證值不僅與工況條件如煤質(zhì)參數(shù)、煤粉細(xì)度等有關(guān)(影響校核保證出力Bg2),還與磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行性能(P2)有關(guān)。
中速磨煤機(jī)因其自身優(yōu)點(diǎn)在火力發(fā)電廠得到了廣泛應(yīng)用,由于煤種復(fù)雜多變等實(shí)際原因,中速磨煤機(jī)進(jìn)行性能考核時(shí)的試驗(yàn)工況條件很難保證與設(shè)計(jì)工況條件完全一致,影響了對(duì)磨煤機(jī)實(shí)際應(yīng)用性能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本文探討了性能試驗(yàn)實(shí)際工況條件偏離設(shè)計(jì)工況條件時(shí)磨煤?jiǎn)魏牡男:思靶拚?jì)算方法,計(jì)算結(jié)果更為科學(xué)、合理,評(píng)價(jià)磨煤機(jī)性能更加客觀,計(jì)算方法也可為評(píng)價(jià)中速磨煤機(jī)的改造效果提供參考。