0 概 述

近年來隨著火力發(fā)電廠用煤情況的變化，新建火電廠有相當(dāng)一部分燃用或準(zhǔn)備燃用褐煤，如內(nèi)蒙古上都電廠、遼寧清河電廠、印尼SURALYAR電廠和印度APL電廠等，一些老電廠也改用褐煤或摻燒褐煤，如海南東方電廠就改燒印尼褐煤、遼寧清河電廠老機(jī)組就摻燒蒙東褐煤。燃用褐煤的火電機(jī)組數(shù)量越來越多。能否選擇一種好的碾磨褐煤的制粉設(shè)備是燃燒褐煤機(jī)組能否正常發(fā)電的關(guān)鍵因素，本文通過褐煤特性，燃用褐煤機(jī)組對(duì)磨煤機(jī)的要求，HP碗式中速磨煤機(jī)工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，并結(jié)合HP碗式中速磨煤機(jī)在國(guó)內(nèi)外褐煤機(jī)組中的應(yīng)用介紹，論述了HP碗式中速磨煤機(jī)碾磨褐煤的可行性。給準(zhǔn)備選用褐煤作為主要原料的火力發(fā)電廠選擇磨煤機(jī)設(shè)備提供借鑒。

1 火電廠用煤

1.1 煤炭分類儲(chǔ)量及褐煤特性

煤是一種植物化石燃料，它是由古代植物因地層發(fā)生變化，深埋地下，長(zhǎng)期在高溫、高壓及地下水的影響下，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)作用和細(xì)菌作用而形成的。按照煤的煤化程度高低可將煤分為無煙煤、煙煤、次煙煤和褐煤。

按照國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，世界煤炭可采資源儲(chǔ)量約1萬億t，中國(guó)占有13%，就煤階來看，煙煤及無煙煤占世界可采資源儲(chǔ)量的53%，次煙煤占30%，褐煤量占17%。中國(guó)褐煤占可采煤資源總量的比例在16%以上，主要分布在內(nèi)蒙古、云南、黑龍江和新疆地區(qū)?？梢钥闯龊置赫加休^大比例，具有很大的可開采量，合理的利用褐煤對(duì)于優(yōu)化煤炭能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以及火電事業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展有很大的戰(zhàn)略意義。

褐煤是煤化程度最低的一類煤，外觀呈褐色到黑色，光澤暗淡或呈瀝青光澤，見圖1，揮發(fā)份一般在40%～50%，全水分一般達(dá)20%～50%，低位發(fā)熱量一般只有7～16.7MJ/kg，因此褐煤一般具有高揮發(fā)份、高水分和低發(fā)熱量的特性。

圖1 褐煤

1.2 火電廠用煤

火電廠用煤主要采用煤質(zhì)比較差的煙煤、次煙煤和褐煤，通常按表1分類。

表1 煤種分類

過去火電廠用煤主要為煙煤，但煙煤相對(duì)于褐煤價(jià)格偏高，而且儲(chǔ)量越來越少，近年來隨著大的褐煤礦的發(fā)現(xiàn)及開采，越來越多的火電廠開始采用褐煤作為主要燃料。

2 燃燒褐煤機(jī)組對(duì)磨煤機(jī)的要求

燃用褐煤發(fā)電機(jī)組通常采用兩種磨型，一種為風(fēng)扇磨，另外一種為中速磨。這里只討論燃用褐煤機(jī)組采用中速磨的情況。

燃燒褐煤發(fā)電機(jī)組對(duì)磨煤機(jī)的要求，除了普通燃燒煙煤機(jī)組對(duì)磨煤機(jī)的通用要求外，由于褐煤的高水分和高揮發(fā)份特性，機(jī)組對(duì)磨煤機(jī)還有一些特殊要求。

(1)磨煤機(jī)的最大出力能滿足鍋爐MCR工況要求，并有一定余量，而且磨煤機(jī)出力有較大的調(diào)節(jié)范圍，能滿足鍋爐變負(fù)荷的要求。

(2)磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度、煤粉溫度和煤粉水分能夠方便調(diào)節(jié)，滿足鍋爐需要。

(3)通過磨煤機(jī)的一次風(fēng)量能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在不影響磨煤機(jī)運(yùn)行情況下，能滿足鍋爐對(duì)一次風(fēng)率要求，適應(yīng)鍋爐燃燒需要。

(4)磨煤機(jī)對(duì)高水分原煤有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，不會(huì)造成磨內(nèi)堵煤，也不會(huì)造成煤在磨煤機(jī)內(nèi)的過分干燥。

(5)磨煤機(jī)有很好的抗爆能力，并有適當(dāng)?shù)姆辣胧?/p>

3 HP碗式中速磨煤機(jī)對(duì)褐煤的適應(yīng)性

3.1 HP碗式中速磨煤機(jī)（見圖2）的工作原理

圖2 HP碗式中速磨煤機(jī)外形

HP碗式中速磨煤機(jī)主要由落煤管、分離器頂蓋、內(nèi)錐體、分離器體、葉輪裝置、行星齒輪減速箱、排出閥、折向門調(diào)節(jié)裝置、彈簧變加載裝置、側(cè)機(jī)體裝置、磨碗裝置、密封空氣集管、石子煤排出口等部件組成。

該磨煤機(jī)的功能是碾磨原煤，使其達(dá)到能在鍋爐內(nèi)有效燃燒的細(xì)度。磨碗與減速機(jī)連接，并和減速機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，原煤落入磨碗上后，在離心力的作用下沿徑向朝外移動(dòng)，在磨碗上形成一層煤床，煤床在可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥裝置下通過。這時(shí)，加載裝置產(chǎn)生的碾磨力通過轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥施加在煤上，煤在磨碗和磨輥之間被碾磨成粉。作徑向和周向移動(dòng)的煤攜帶著被破碎的煤粉越過磨碗邊緣進(jìn)入輸送介質(zhì)（一次風(fēng)）通道，輸送介質(zhì)通常是熱空氣，熱空氣有兩個(gè)作用：一是干燥煤粉，二是輸送煤粉，在輸送介質(zhì)的攜帶下，煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)部進(jìn)行了二級(jí)分離，合格的煤粉被送到鍋爐進(jìn)行燃燒，不合格的煤粉返回磨碗繼續(xù)進(jìn)行碾磨。穿過氣流掉入側(cè)機(jī)體區(qū)域內(nèi)的不易磨碎的外來雜物被裝在磨碗轂上的刮板裝置刮入側(cè)機(jī)體底板上的孔內(nèi)，然后進(jìn)入石子煤收集系統(tǒng)，排出磨煤機(jī)（見圖3所示）。

圖3 HP碗式中速磨煤機(jī)工作原理

3.2 HP碗式中速磨煤機(jī)的出力

HP碗式中速磨煤機(jī)的出力可以分為碾磨出力和干燥出力，磨煤機(jī)的出力最終由兩者中的小者決定。碾磨出力在磨煤機(jī)型號(hào)確定后主要取決于原煤水分、煤的可磨系數(shù)和煤粉細(xì)度。磨煤機(jī)的碾磨出力可以通過查磨煤機(jī)性能曲線表獲得。

磨煤機(jī)的干燥出力可以通過熱平衡計(jì)算獲得，在原煤溫度、環(huán)境溫度和原煤全水分確定的情況下，熱平衡計(jì)算中磨煤機(jī)的干燥出力最終主要取決于以下幾個(gè)因素。

(1)磨煤機(jī)入口干燥介質(zhì)的數(shù)量；

(2)磨煤機(jī)入口干燥介質(zhì)的溫度；

(3)磨煤機(jī)的出口煤粉水分；

(4)磨煤機(jī)的出口煤粉溫度。

磨煤機(jī)入口干燥介質(zhì)的數(shù)量越大、溫度越高，磨煤機(jī)出口煤粉水分越大、溫度越低，磨煤機(jī)的干燥出力就越大，反之磨煤機(jī)的干燥出力就越小。

對(duì)于高熱值煙煤和低熱值煙煤磨煤機(jī)由于原煤的水分比較少，磨煤機(jī)的干燥出力往往遠(yuǎn)大于碾磨出力，磨煤機(jī)的型號(hào)最終取決于碾磨出力。對(duì)于次煙煤和褐煤由于原煤的水分比較高，煤的可磨性隨原煤水分的變化，其變化規(guī)律不明確，按照經(jīng)驗(yàn)，在查磨煤機(jī)性能曲線表獲得磨煤機(jī)碾磨出力時(shí)對(duì)原煤水分不做修正，磨煤機(jī)的出力最終往往取決于干燥出力。

HP碗式中速磨煤機(jī)現(xiàn)在已有從HP583至HP1303共九大系列，30種規(guī)格的磨煤機(jī)，基本出力從15.0 t/h增大到132.4 t/h，完全可以滿足從50 MW到1 000 MW燃煤火電機(jī)組對(duì)配套磨煤機(jī)出力需要。每一規(guī)格的磨煤機(jī)出力都可以在25%～100%范圍內(nèi)變動(dòng)，完全可以滿足鍋爐變負(fù)荷的需要。

3.3 HP碗式中速磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度、溫度和水分的可調(diào)節(jié)性

HP碗式中速磨煤機(jī)在分離器頂蓋上裝有折向門調(diào)節(jié)裝置，在磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)折向門的開度，從而調(diào)節(jié)出口煤粉的細(xì)度。折向門開度越大，煤粉越粗，折向門開度越小，煤粉越細(xì)，折向門的開度與煤粉細(xì)度有良好的線性關(guān)系。內(nèi)蒙古上都電廠HP1103磨煤機(jī)性能試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)，見圖4。

圖4 磨煤機(jī)折向門開度與煤粉細(xì)度關(guān)系

磨煤機(jī)出口煤粉的溫度可以通過磨煤機(jī)入口一次風(fēng)的溫度來調(diào)節(jié)，入口一次風(fēng)溫度提高，出口煤粉溫度就跟著提高，入口一次風(fēng)溫度降低，出口煤粉溫度就跟著降低。內(nèi)蒙古上都電廠HP1103磨煤機(jī)性能試驗(yàn)見圖5所示。

圖5 磨煤機(jī)入口溫度與出口溫度關(guān)系

磨煤機(jī)出口煤粉水分可以通過出口煤粉溫度和入口風(fēng)煤比來調(diào)節(jié)，磨煤機(jī)出口溫度越高，入口風(fēng)煤比越大，磨煤機(jī)的出口水分所占比例就越小，磨煤機(jī)出口溫度越低，入口風(fēng)煤比越小，磨煤機(jī)出口水分就越高。內(nèi)蒙古上都電廠HP1103磨煤機(jī)性能試驗(yàn)見圖6。

圖6 磨煤機(jī)出口溫度與煤粉水分關(guān)系

3.4 HP碗式中速磨煤機(jī)入口風(fēng)量的可調(diào)節(jié)性

磨煤機(jī)的每個(gè)出力都對(duì)應(yīng)一個(gè)計(jì)算入口風(fēng)量，但為了更好地適應(yīng)鍋爐對(duì)磨煤機(jī)入口風(fēng)量的要求，使鍋爐達(dá)到最佳的一次風(fēng)率，磨煤機(jī)的入口風(fēng)量可在計(jì)算入口風(fēng)量的基礎(chǔ)上在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，并不影響磨煤機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 HP碗式中速磨煤機(jī)對(duì)高水分原煤的適應(yīng)性

針對(duì)褐煤高水分的特點(diǎn)HP碗式中速磨煤機(jī)在結(jié)構(gòu)上做了多項(xiàng)改進(jìn)，磨煤機(jī)對(duì)高水分原煤的適應(yīng)性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)針對(duì)褐煤高水分的特點(diǎn)，磨煤機(jī)將落煤管直徑適當(dāng)放大，以避免在原煤入口處出現(xiàn)堵煤；

(2)針對(duì)碾磨褐煤需要較高干燥劑溫度，磨煤機(jī)內(nèi)部溫度較高，磨煤機(jī)磨輥采用較高粘度的潤(rùn)滑油；

(3)在磨煤機(jī)安裝時(shí)，磨煤機(jī)的碾磨部件磨碗和磨輥之間留有一定間隙，磨煤機(jī)采用圓錐形磨輥，碾磨時(shí)不會(huì)形成封閉的受力煤團(tuán)，而且磨煤機(jī)采用彈簧變加載，彈簧的加載力大小隨煤層的厚度自動(dòng)調(diào)節(jié)，有利于高水分褐煤的碾磨，不會(huì)在碾磨過程中將煤壓成煤餅；

(4)磨煤機(jī)采用外置式彈簧變加載裝置，磨煤機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，磨煤機(jī)阻力小，煤的循環(huán)倍率低，此結(jié)構(gòu)減少了原煤在磨煤機(jī)內(nèi)部的循環(huán)干燥次數(shù)，避免煤在磨煤機(jī)內(nèi)的過分干燥，磨煤機(jī)出口煤粉水分不至于太低，以獲得更大的磨煤機(jī)干燥出力。

3.6 HP碗式中速磨煤機(jī)的防爆措施

針對(duì)褐煤揮發(fā)份高，易燃易爆的特點(diǎn)，HP碗式中速磨煤機(jī)采取了多項(xiàng)措施：

(1)磨煤機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是按照無死角設(shè)計(jì)的，可以有效地避免煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)的堆積現(xiàn)象，杜絕著火的可能性；

(2)磨煤機(jī)本體上留有安裝CO探測(cè)器接口，出口留有測(cè)量溫度和壓力接口。可以對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視；

(3)磨煤機(jī)上留有惰性蒸汽接口和滅火噴水接口。如果發(fā)現(xiàn)有著火跡象可以及早處理；

(4)磨煤機(jī)殼體本身具有一定的防爆能力，防爆能力按≥0.35 MPa設(shè)計(jì)。

3.7 HP碗式中速磨煤機(jī)在碾磨褐煤中的應(yīng)用

HP碗式中速磨煤機(jī)很早已經(jīng)應(yīng)用在研磨褐煤機(jī)組，其中最典型的是上重公司出口馬來西亞古晉電廠的HP683磨煤機(jī)，研磨的原煤全水分為32.3%,古晉電廠一期HP683磨煤機(jī)已正常運(yùn)行10年多，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，古晉二期仍然選用上重公司的HP683磨煤機(jī)。

內(nèi)蒙古上度發(fā)電廠是國(guó)內(nèi)首套600 MW燃燒褐煤發(fā)電機(jī)組，其1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組都采用HP1103磨煤機(jī)，已分別于2006年7月和2006年8月投入商業(yè)運(yùn)行。2007年6月西安熱工研究院對(duì)上都電廠2號(hào)機(jī)HP1003磨煤機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)原煤水分高達(dá)38.9%～42.5%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HP碗式中速磨煤機(jī)出力完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無堵煤現(xiàn)象，磨煤機(jī)的出口煤粉細(xì)度隨折向門開度有良好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)節(jié)方便，出口煤粉水分隨出口溫度的增高而降低，有良好的可調(diào)性。出口煤粉溫度隨入口風(fēng)溫的提高而提高，有良好的可控性。但實(shí)驗(yàn)中也暴露出一些問題，由于原煤全水分遠(yuǎn)高出設(shè)計(jì)煤種原煤水分（設(shè)計(jì)煤種原煤全水分為29.5%），而且受到系統(tǒng)提供的磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫度無法繼續(xù)提高以及鍋爐一次風(fēng)率要求的限制，磨煤機(jī)干燥出力在65 t/h已基本上達(dá)到最大值，而從磨煤機(jī)主電機(jī)電流來看磨煤機(jī)的碾磨出力還有較大余量。如果要想進(jìn)一步提高磨煤機(jī)的干燥出力，需要系統(tǒng)提供更高的一次風(fēng)溫度或鍋爐放寬對(duì)一次風(fēng)率的要求，使磨煤機(jī)能夠有更大的一次風(fēng)量。

遼寧清河電廠“以大代小”1×600 MW超臨界機(jī)組，其用煤為霍林河褐煤，所配磨煤機(jī)為上重公司提供的HP1103磨煤機(jī)。2010年該機(jī)組投入運(yùn)行，2010年6月東北電科院對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了性能試驗(yàn)，磨煤機(jī)出力達(dá)到78.7 t/h，高于磨煤機(jī)保證出力78 t/h，磨煤機(jī)其他各項(xiàng)指標(biāo)也達(dá)到了設(shè)計(jì)值。

近年來印度尼西亞褐煤得到了廣泛應(yīng)用，印度尼西亞褐煤也大量出口到中國(guó)沿海地區(qū)和印度。印尼SURALYAR電廠是印尼首套600 MW褐煤機(jī)組，采用上重公司生產(chǎn)的HP1103磨煤機(jī)，電廠目前已投入運(yùn)行，磨煤機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

綜上所述，不管從理論分析還是實(shí)際運(yùn)行情況來看，HP碗式中速磨煤機(jī)都能滿足燃燒褐煤火電機(jī)組對(duì)中速磨煤機(jī)的要求。到目前為止，HP碗式中速磨煤機(jī)已在國(guó)內(nèi)外20余個(gè)燃用褐煤熱電廠中得到成功應(yīng)用，所碾磨的褐煤原煤水分最高已達(dá)42%。

但另一方面對(duì)于高水分的褐煤制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)的出力往往取決于其干燥出力，而磨煤機(jī)本身并不具備干燥能力，磨煤機(jī)干燥出力還賴于系統(tǒng)提供一定數(shù)量和一定溫度的干燥介質(zhì)來保證。因此要想提高磨煤機(jī)的出力還需要系統(tǒng)的進(jìn)一步配合，如系統(tǒng)提供更高溫度或更多數(shù)量的干燥介質(zhì)，這就需要對(duì)鍋爐空氣預(yù)熱器和鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。

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[6]清河發(fā)電有限責(zé)任公司9號(hào)機(jī)組鍋爐性能考核試驗(yàn)報(bào)告[R].東北電力科學(xué)研究院有限公司,2010.