磨煤機鋼球裝載量對機組制粉系統的影響分析

叢曉蓉，張志剛，張湘禹，尹民權

(1.中國華電工程(集團)有限公司，北京 100035;2.北京國電龍源環保工程有限公司，北京 100039;3.河南第一火電建設公司，河南 鄭州 450012;4.華電國際鄒縣發電廠，山東 鄒城 273422)

0 引言

鋼球式磨煤機因煤種適應范圍廣、運行可靠性高等優點，廣泛應用于火力發電廠中，它已成為電站的主要制粉設備，占各類磨煤機的60%以上。早期諸多電廠多注重安全性而忽視經濟性，使得許多電廠的制粉設備單耗高達40(kW·h)/t。一般制粉設備電耗占廠用電的1.5% ～2.0%，由此可以看出，鋼球式磨煤機的運行狀況不但直接影響機組運行的經濟性，還關乎節能減排目標的實現。

1 設備概況

某發電廠有4臺300MW(先后改造為335MW)機組，均采用1000/170－1型亞臨界壓力、中間再熱、自然循環、單爐膛燃煤汽包鍋爐。每臺鍋爐配置4套中間儲倉式負壓制粉系統，采用單進單出、低速滾筒鋼球式磨煤機(參數見表1)，磨煤機采用雙側電動機驅動。每臺鍋爐設計甲、乙2個煤粉倉，容量均為440 m3，有效容積為343 m3，采用乏氣送粉。甲煤粉倉為甲、乙制粉系統授粉，乙煤粉倉為丙、丁制粉系統授粉。甲、乙煤粉倉之間原設計有1臺螺旋(絞龍)可逆式輸粉機，后因進行微油點火裝置改造，為便于臨爐輸粉，改為2臺鍋爐合用1臺加長齒索式輸粉機，即#1，#2鍋爐共用1臺輸粉機，#3，#4鍋爐共用1臺輸粉機。

2 磨煤機運行現狀

(1)在鍋爐正常運行過程中，根據機組負荷情況決定啟、停制粉系統的數量。一般3套制粉系統即可維持額定負荷。一般情況下，當磨煤機磨制的煤粉充滿煤粉倉后就可停運1臺磨煤機作為備用。因煤質較差及鋼球裝載量不足等原因，該廠近年來各鍋爐(甲、乙制粉系統供粉甲煤粉倉)很少出現因磨制滿煤粉倉而停運1臺磨煤機的現象，反而多次出現因磨煤機鋼球裝載量偏低，煤質較差時不能維持粉倉的粉位而被迫運行4套制粉系統的狀況。

(2)Ⅰ，Ⅱ期磨煤機電動機的空載電流約為14 A，最大為18 A，磨煤機不加鋼球時的罐體空載電流一般在30 A左右。磨煤機設計鋼球裝載量為76 t，現在磨煤機大修或更換襯瓦后第1次添加鋼球的數量一般在40 t左右。在磨煤機正常運行過程中，電流一般為71～76A，電流低于此數值就補加鋼球，所以，在當前煤質情況下磨煤機的出力維持在40～46 t/h較為適宜。影響磨煤機效率的因素很多，但鋼球的規格和鋼球的裝載量會直接影響磨煤機的效率。根據業內人士推薦的標準，磨煤機罐體直徑大于3 m，其磨制褐煤時應全部采用直徑40 mm的鋼球，磨制煙煤時則選擇65%直徑40 mm的鋼球，而直徑30 mm的鋼球只占鋼球總裝載量的35%。在后期磨煤機的運行過程中，補充鋼球時只需添加直徑40 mm的鋼球。

(3)通過幾年來的跟蹤觀察，發現Ⅰ，Ⅱ期磨煤機的鋼球裝載量遠遠不夠。2011年9月檢查中發現:在正常運行過程中，電流71 A時#1鍋爐甲磨煤機鋼球裝載量明顯偏少;在正常運行過程中，電流達107 A時停#7鍋爐F磨煤機后發現，鋼球裝載量偏多，主要原因是鋼球中夾雜著大量石子。

(4)由于磨煤機鋼球裝載量偏低，其抵御煤質變化的能力較差，只能適應粉倉粉位在一定范圍內的微量變化，當煤質突變、水分過大和斷煤等因素干擾時，其制粉困難的矛盾就會凸顯出來。2011年9月，出現了幾次因制粉困難、粉倉粉位過低導致鍋爐燃燒不穩而被迫投油助燃及限負荷的狀況，嚴重影響了機組的經濟性。

3 提高磨煤機的效率

3.1 磨煤機的最佳鋼球裝載量

(1)磨煤機鋼球裝載量直接影響制粉單耗，磨煤機鋼球裝載量的最佳值與磨煤機類型、煤種以及鋼球直徑配比等因素有關。依據理論計算，結合現場試驗來確定裝載量的最佳值，在試驗過程中，通風量應維持在最佳通風量附近。根據作者的經驗，設計鋼球裝載量乘以系數0.8，基本上就是磨煤機的最佳鋼球裝載量。在最佳鋼球裝載量確定以后，運行時應根據制粉鋼球消耗及時補充鋼球，使其維持在最佳鋼球裝載量運行。根據以往的經驗，觀察磨煤機最佳鋼球裝載量位置時，磨煤機內鋼球表面距離磨煤機空心軸下沿約200mm為宜。例如，山東某電廠為中間儲藏式負壓制粉系統，采用DTM320/580型單進單出鋼球式磨煤機，設計鋼球裝載量為55.0 t，在實際運行中，鋼球裝載量為 37.5 t，制粉單耗為32.7(kW·h)/t。通過最佳鋼球裝載量試驗，將鋼球裝載量調整為42.3 t，制粉單耗降至22.7(kW·h)/t，明顯提高了制粉系統的效率。

(2)分析以往某電力科學試驗研究院對制粉系統調整試驗的數據發現，磨煤機存煤量與出力、電耗之間存在一定的關系。磨煤機最大出力點與最大功率點并不同步:在達到最大功率點之前，有效功率最大，制粉電耗最小;磨煤機達到最大出力前，出力隨著給煤量、存煤量的增加而增加，而磨煤機達到最大出力點后，出力隨著給煤量、存煤量的增加而降低。因此，在磨煤機達到最大出力點前，選擇磨煤機的經濟存煤量比較合適，此工況下磨煤機的運行穩定性和經濟性較好。

3.2 影響制粉單耗的因素

(1)影響制粉設備單耗的因素很多，如磨煤機的料位控制、煤粉細度以及通風量等。通風量太大會將還未研磨好的煤粉攜帶走，造成粗粉分離器回粉量過大，導致煤在系統內反復研磨。合適的制粉風量可改善沿罐體方向燃料對鋼球的充滿度，從而提高出力，降低制粉系統電耗。例如，山東某電廠配置中間儲藏式負壓制粉系統，采用DTM287/470型單進單出鋼球式磨煤機，開始由于制粉系統漏風加上木塊分離器清理不夠及時，致使制粉單耗達35.71(kW·h)/t，調整到最佳風量后，制粉單耗降為 29.54(kW·h)/t。

(2)磨煤機的存煤量是制粉系統優化運行的一個重要指標。制粉系統消耗的電功率包括制粉消耗的有效功率和鋼球之間、鋼球與襯板之間碰撞所消耗的無效功率;有效功率正比于出力，無效功率正比于鋼球消耗量。通過優化系統運行，改善能耗分配比例，從而增加有效功率，減小無效功率。

(3)對于一臺鋼球式磨煤機，在其他條件不變的情況下，如果磨煤機內存煤量偏少，鋼球拋落處缺少足夠的煤層來吸收鋼球的動能，則會造成鋼球與襯板碰撞加劇，無用能耗增加;反之，磨煤機內存煤量偏多，雖然鋼球的動能大部分都被煤層吸收，但由于鋼球拋落點到煤層間的下落高度減小，鋼球的勢能沒能得到充分轉化，導致磨煤機出力下降。因此，在磨煤機的正常運行中，對于一定的裝球量和通風量，存在一個最佳存煤范圍，當磨煤機在此范圍運行時，磨煤機的制粉電耗最低。

3.3 提高節能管理水平

隨著管理水平的不斷提高，制粉系統單耗得到明顯改善，Ⅰ，Ⅱ期鍋爐近年來制粉設備單耗、電量統計見表2。

表2 Ⅰ，Ⅱ期鍋爐近年來制粉設備單耗、電量統計

4 效益分析

(1)提升磨煤機鋼球裝載量，可極大地提高4臺磨煤機的出力，粉倉的充滿時間縮短，可以間斷運行磨煤機，停磨時間延長，節約了一定的電量，其節約的電量完全可以抵消因磨煤機電流升高及輸粉機運行消耗的電量。

(2)目前，磨煤機只維持全天候運行，難以出現磨滿粉倉停磨的狀況。2臺650 kW的高壓電動機如果每個運行班停運3 h，每天4個班最長可停12 h，其節電效果是很可觀的。由于制粉系統出力提升，節約了大量廠用電。相當于每天有1臺磨煤機減少一半的運行時間，同時提高了設備的可靠性，減少了設備的維護量與費用。尤其是能減少鋼球的用量，可降低制粉鋼球消耗。

(3)磨煤機鋼球裝載量少，磨煤機出力低，只有全天候運行才能滿足運行需求，導致磨煤機運行時間延長。采用最佳鋼球裝載量后，可使磨煤機在最佳料位下運行，使得鋼球對波浪瓦的磨損明顯減輕，從而延長襯瓦的使用壽命。

(4)2010年，Ⅰ，Ⅱ期鍋爐發電用煤量約為394.392萬t，按照制粉單耗量下降5(kW·h)/t計算，預計全年可節約廠用電量19720 MW·h。

5 磨煤機運行的優化措施

(1)應盡量避免積粉。貯存的煤粉與空氣接觸發生氧化發熱，導致溫度逐步升高，最終會引起煤粉自燃。縮短煤粉在粉倉內的儲存和停留時間，通過置換新粉達到避免積粉的目的。

(2)20世紀90年代，為了減少磨煤機的頻繁啟、停，磨煤機的鋼球裝載量為25～30 t。因當時煤質好，磨制的煤粉可維持粉倉粉位，不用停磨煤機，減少了操作，尤其是不用跑到粉倉層操作。從2002年開始，煤炭市場劣質煤的問題開始顯現，制粉與接帶負荷困難，經過論證后開始向磨煤機內補充鋼球，使鋼球的裝載量由30t提高到40t，電廠制粉設備單耗偏高的問題有所改善(鍋爐制粉設備平均電耗由1994年的 40.03(kW·h)/t降到 2000年 28.86(kW·h)/t)。

(3)借助其他電廠鋼球最佳裝載量試驗的成功經驗，探索某電廠Ⅰ，Ⅱ期鍋爐磨煤機的鋼球裝載量由40 t調整為58～61 t的可行性。

(4)為了防止煤粉倉溢粉，可以在煤粉倉內加裝雷達、遙感、遠紅外等檢測設備，也可在煤粉倉外安裝視頻檢測裝置，達到溢粉早發現、早處理的目的。既可避免環境污染，又可減輕因清理溢粉增加的勞動強度。

(5)在確保鋼球質量的前提下，控制好鋼球的規格及添加時間，定期甩出碎、小鋼球，保持磨煤機在最佳鋼球裝載量范圍內運行。

(6)針對煤質差使磨煤機波浪瓦磨損嚴重的現象，利用停運磨煤機的機會進行磨損量檢測，做到及時更換波浪瓦，確保磨煤機最佳出力。

(7)值得注意是，由于啟/停、切換磨煤機(和啟/停輸粉機)變得頻繁，不但運行人員的勞動強度增加，而且對其責任心的要求亦會相應提高。因此，應加強管理，強化運行人員的責任心，增加粉位測量頻率，經常采用手動或電動升降粉標來撞擊物料，刺激煤粉層的自流或垮塌，使其由高料位自動流向低料位，保持最佳料位，使磨煤機保持最佳運行時間以延長備用磨煤機的停運時間。

6 結束語

針對個別電廠鋼球式磨煤機存在的類似現象，如采用最佳鋼球裝載量的運行方式，不僅可以明顯降低廠用電量，還會減少磨煤機的鋼耗，同時也符合發電企業“節能降耗”的戰略思路。

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