中速磨煤机制粉系统优化技术研究及应用

中速磨煤机制粉系统优化技术研究及应用

杨浩

陕煤电力信阳有限公司 河南省信阳市 464100

摘要：为了满足发电机组对制粉系统越来越高的要求，对制粉系统进行优化改造是十分必要的。通过对中速磨煤机和煤粉管道的详细分析和研究，找到症结所在并提出了磨煤机优化措施和煤粉管道动态调平方法。磨煤机优化研究引入磨内流场的理念，通过对磨内结构的改进，最终实现对磨内流场的整体优化，使中速磨煤机的性能得到全面本质性提升。管道动态调平是在实现风粉磨内均化的前提下，采用压差法实时对管道之间风粉流量偏差进行测量，根据测量结果，利用管道上的阻力调节装置，实时调平管道之间的阻力，实现管道之间一次风流量均衡控制，最终实现制粉系统风粉均衡控制。该技术能有效提高制粉系统对煤种适应能力，并实现风粉动态均衡控制。

关键词：中速磨煤机；制粉系统；流场优化；风粉均衡控制

引言

循环流化床指的是炉膛内物料被带出，经分离又返回炉膛的气化（燃烧）方式。循环流化床技术具有单位容积生产能力大、床层温度均匀、传质传热效率高、容易实现大型化等优点。较有代表性的循环流化床技术有鲁奇公司开发的CFB技术、戴维电力煤气公司开发的温克勒气化技术。在循环流化床气化技术中，过粗的煤粉粒径不仅会降低煤粉输送装置的寿命，还会降低煤粉的气化反应面积，直接影响碳的转化率。过细的煤粉粒径，在输送过程中容易出现架桥现象，从而影响煤粉的稳定进料，影响气化炉的稳定运行。并且，过细的煤粉在气化炉内循环时极不稳定，容易形成结焦等危害。因此，研究分析煤粉粒径的影响因素很有必要。

1中速磨煤机的结构及原理

带动态分离器的HP磨煤机是在原来静态分离器的HP磨煤机基础上发展而来的，性能有所提升，对煤粉细度的调节能力更强，调节更方便。磨辊为锥形轮廓，采用弹簧加载方式。其结构如图1所示。

图1   HP磨煤机结构

原煤从落煤管进入磨内，落到磨碗上，随磨碗转动，逐渐扩散到磨辊区域，被磨辊碾磨后，从磨碗边缘溢出。同时，一次风进入侧机体后，经过叶轮装置进入到磨煤机内部，与磨碗上溢出的原煤相遇。这个过程中，大颗粒原煤被抛回磨碗重新碾磨，小颗粒的煤粉被一次风携带沿分离器内壁向上运动，穿过动态分离器，最终一次风携带合格的煤粉从排出阀排出，被动态分离器分离出来的不合格煤粉返回到磨碗重新碾磨。比重大的石子煤穿过叶轮装置从石子煤排出口排出。图2是带动静结合分离器的MPS(ZGM)磨煤机，该磨煤机与HP磨煤机的主要区别是：分离器为动静结合分离器，保留了静态叶片和内锥体，磨辊为轮胎形式，磨辊加载采用液压加载方式。原煤在磨内被碾磨、烘干、输送和分离的过程与HP磨煤机基本相同。

图2   MPS(ZGM)

中速磨煤机出力可以细分为碾磨出力、分离出力和输送出力，磨煤机最终出力取决于三者中的最小值。碾磨出力主要由磨辊和磨碗(磨盘)结构决定，分离出力主要由分离器决定，输送出力则由包含动、静风环到分离器之间的磨内结构决定。碾磨出力、分离出力和输送出力3个出力之间相互促进。

2中速磨煤机制粉系统优化技术研究

2.1中速磨煤机动态建模

数学模型是对被控对象的重要反映，有着十分重要的意义。按照模型不同作用基于时间量化分，有稳态数学模型和动态数学模型两种形式。稳态模型主要描述时间趋于无穷大，即系统达到平衡稳定运行时的输入输出关系；动态模型是指输入量发生变化时，输出变量跟随变化的情况。适当的数学模型对于控制方案设计，控制算法的选择以及控制器参数整定都有着十分重要的意义。下面以国内某火力发电厂实际运行参数为基础，采用机理建模方法，按照结构对中速磨煤机直吹式制粉系统被控对象建立数学模型。为便于仿真，本文采用集中参数模型。

2.2制粉系统各运行参数制约关系

1）磨煤机通风量与煤粉细度及磨煤机单耗的关系。当磨煤机通风量增大时，碾磨后的煤粉向平盘磨上方的粗粉分离器运动的动能变大，从而造成有更多的不合格煤粉通过粗粉分离器，煤粉细度相应变大；由于有更多的不合格煤粉通过粗粉分离器，从而造成了平盘磨重复碾磨率下降，磨煤机单耗随之变小，但当磨煤机通风量过大时，会造成磨煤机碾磨原煤时的压力变大，磨煤机单耗随之变大。2）分离器调节挡板开度与煤粉细度及磨煤机单耗的关系。当分离器调节挡板开度增大时，碾磨后的煤粉向平盘磨上方的粗粉分离器运动的阻力变小，从而造成有更多的不合格煤粉通过粗粉分离器，煤粉细度相应变大；由于有更多的不合格煤粉通过粗粉分离器，从而造成了平盘磨重复碾磨率下降，磨煤机单耗随之变小。3）磨辊加载压力与煤粉细度及磨煤机单耗的关系。当磨辊加载压力增大时，碾磨原煤的能力变大，从而能把原煤碾磨的更细小，即煤粉细度变小；但碾磨原煤能力增加时，平盘磨消耗的电能相应升高，即磨煤机单耗变大。4）磨煤机出力与煤粉细度及磨煤机单耗的关系。当磨煤机出力也可称为磨煤机给煤量增大时，会造成碾磨原煤时的能力不足，从而使煤粉细度变大；由于磨煤机出力增大时会造成单位时间碾磨原煤量变大，但单位时间碾磨原煤的耗电量不变，因此，碾磨每吨原煤时的耗电量相应减小，即磨煤机单耗变小。

2.3煤粉管道动态调平

热态时，煤粉管道内的介质为风粉混合物(一种气、固二相流)，煤粉颗粒在弯头、缩孔调节阀等部位都会形成局部的阻滞区。风粉混合物的流速、煤粉浓度、煤粉细度、煤粉的均匀性都对阻滞区的大小和阻力产生影响，所以即使冷态时进行了调平，热态时煤粉管道内的阻力又不平了，即使在热态时的某一状态下调平了，当风粉混合物的流速、煤粉浓度、煤粉细度、煤粉的均匀性变化了，管道内的阻力又不平了。动态调平方法实时测量煤道内的风粉混合物状态，管道上的阻力调节元件根据测量的结果，对管道进行阻力调节，使管道内的阻力保持平衡。由于风粉混合物一旦进入管道后，风粉的浓度和煤粉细度就无法改变了，所以管道动态调平是在充分实现磨内风粉均化的前提下进行的，即在进入管道时，风粉混合物的浓度和煤粉细度已经均衡了，此时管道内只需要对风粉混合物的流量进行调平即可。

煤粉管道调平系统由压力检测模块、阻力调节元件和控制模块组成，三者组成闭环控制系统。压力检测模块安装在煤粉管道竖直段的相同位置，测量每2根管道内一次风的静压差，依据伯努利原理，静压差与管道内一次风流速差严格对应，所以，压差测量法能更为精准可靠地测量煤粉管道内一次风流速差。控制模块对测量的数值进行分析比对后，通过阻力调节元件进行管道内阻力调节，最终实现管道内一次风速，即一次风流量均衡控制。

结语

本文建立的热平衡理论可针对不同的运行工况，计算出中速磨煤机进出口温度之间的关系、水分变化对磨煤机进出口温度的影响。对电厂实际试验时制定出合适的试验参数具有重要的参考和指导意义。针对燃用高水分煤种的电厂，若存在热风温度不够的问题，采用外三已实施多年的广义回热系列技术中的送风回热技术，不仅可以解决热风温度不够问题，提高锅炉燃烧效率，还可以降低机组的排汽损失。

参考文献

［1］冯伟忠．未来低碳煤电技术的发展之思考［J］．上海节能，2011(8):1-10．

［2］王学根，叶琳，刘川槐，等．600MW超临界机组提高中速

辊式磨煤机出口温度的研究［J］．能源工程，2012(5):60-64．

［3］李文华，杨建国，崔福兴，等．提高中速磨煤机出口温度对锅炉运行的影响［J］．中国电力，2010，43(10):27-30．