褐煤鍋爐制粉系統選型研究

周宏寶

（廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東 江門529228）

0 引言

褐煤約占我國動力煤儲量的18%，主要分布于內蒙古、云南、黑龍江等地，其中以蒙東居多。褐煤是原煤中最年輕的煤種，其特點是水分含量高，全水分一般都在30%以上；揮發分高，一般在40%～50%以上；發熱量低，一般在7 000～16 200kJ／kg；灰熔點低，一般在1 200℃左右。目前上述地區現已投運褐煤機組的有元寶山電廠、伊敏電廠、霍林河電廠、上都電廠、呼貝電廠等，按照國家火電能源發展規劃，這些電廠未來將堅持集約開發，集中布局大型坑口電廠，煤電一體化建設運營。因此在內蒙地區加快建設大型褐煤坑口電廠，不但充分利用了褐煤資源，避免了褐煤長途運輸帶來的安全問題，大大降低了發電成本，而且也促進了內蒙地區的經濟發展，生產的電力可以源源不斷地輸往急需用電的京津唐和華北、東北等地區。

1 褐煤鍋爐制粉系統選型分析

1．1 制粉系統選型基礎

由于褐煤水分高、發熱量低，同等級容量的褐煤鍋爐與煙煤鍋爐比外形尺寸要大很多。國內大型褐煤鍋爐通常為亞臨界及以上參數，單機容量主要是600MW，可采用四角或八角切圓燃燒方式。鍋爐的布置方式主要有塔式、π型。對于同一煤種采用塔式布置和π型布置，其鍋爐燃燒和熱力性能并無很大差別，制粉系統的選取也可相同。但對于燃用高水分褐煤、采用抽熱爐煙的風扇磨制粉系統的褐煤鍋爐而言，一般采用塔式布置，主要原因是：塔式爐底層較為寬敞，便于磨煤機和鍋爐本體檢修；熱爐煙可以從爐膛上部鍋爐四墻引出；熱爐煙管道與風扇磨的匹配較合理；啟動能力優，受熱面積灰少、磨損小。其缺點是鍋爐造價較高。

電廠用磨煤機形式按照磨煤部件的轉速可分為低速磨煤機、中速磨煤機和高速磨煤機。進行磨煤機和制粉系統選型及參數設計所必需的煤質數據主要有煤的工業分析、元素分析、可磨指數、沖刷磨損指數、燃盡／著火溫度等。按照《電站磨煤機及制粉系統選型導則》規定，褐煤可選用中速磨和風扇磨。國內中速磨主要有從美國CE公司和德國BABCOCK公司引進技術改進的RP／HP碗式中速磨煤機、MPS型滾輪式中速磨煤機、ZGM型滾輪式中速磨煤機、MPS－HP－Ⅱ型滾輪式中速磨煤機，風扇磨主要有引進德國EVT技術的S型風扇磨、從俄羅斯引進技術的MB型風扇磨。

1．2 煤質特性對制粉系統選型的影響

由于各個電廠燃用褐煤煤種存在一定的差異，這個差異很大程度上決定了制粉系統的選型，故弄清楚電廠煤質具體情況對制粉系統乃至鍋爐的選型至關重要。表1為蒙東地區幾個電廠的主要煤質資料。

表1 各電廠設計煤質資料

1．2．1 原煤水分對制粉系統選型的影響

早期磨煤機制粉系統技術從德國引進較多，受德國燃用褐煤特性經驗技術等因素限制，褐煤鍋爐一般都建議配置風扇磨制粉系統。后期隨著多種技術的引進、試驗項目開展及國內外相關機組運行，高水分褐煤對中速磨制粉系統的應用也逐漸增加。元寶山二期、呼貝電廠、上都電廠等一批600MW等級機組均采用了中速磨制粉系統，實際運行情況良好。在美國，褐煤鍋爐設計原則常采用中速磨煤機，對煤質水分的適應性美國CE推薦最大水分達39%。美國的馬丁湖電站（750MW機組）燃用TEXAS褐煤，配10臺RP－1003型中速磨；羚羊谷電站（435MW機組）燃用北DAKOTA州褐煤，煤種水分38%～39%，配9臺RP－1003型中速磨。

GB50660—2011《大中型火力發電廠設計規范》第8．2．1條1款第2）項：燃用高水分、磨損性不強的褐煤時，宜選用風扇磨煤機；當制粉系統的干燥能力滿足要求并經論證合理時，也可采用中速磨煤機。DL／T5145—2002《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》修訂版中的表4．3．2將中速磨煤機對原煤水分的限制由外水19%改為全水分35%，并說明全水分的限制值要根據熱平衡計算最后確定。從以上2個與制粉系統相關的行業標準可以看出，國內在對制粉系統設計選型時推薦意見逐步放開了中速磨對水分要求的限制。

1．2．2 煤的沖刷磨損指數對制粉系統選型的影響

對于已知煤種，磨煤機耐磨件的使用壽命主要由結構設計和耐磨件材質決定。MPS（ZGM，MPS－HP－Ⅱ）磨采用大直徑、碾磨面窄的磨輥，磨輥材料采用高鉻鐵，其使用壽命可達12 000h。HP磨采用成熟的磨輥堆焊工藝和大直徑錐形磨輥，磨輥材料采用CE合金，磨輥的預期設計壽命也在12 000h以上，制造廠家對HP磨磨輥的實際使用壽命保證在10 000h以上。風扇磨的最大問題就是磨損比較嚴重，其在運行中沖擊板磨損大、壽命短，如大型S型風扇磨的沖擊板壽命只有2 000h左右。

內蒙地區主要褐煤為中生界侏羅紀褐煤，少量新生代褐煤；老年褐煤主要以元寶山、平莊等多數內蒙煤礦產區為代表；伊敏礦區褐煤成型較晚，為年輕褐煤。不同地區煤質軟硬程度、煤灰中石英SiO2的含量不同，煤質沖刷磨損指數有較大差距。《電站磨煤機及制粉系統選型導則》規定：風扇磨選型要求磨制褐煤的沖刷磨損指數Ke≤3．5。通過表1對比可以看出，從伊敏到元寶山電廠，煤的沖刷磨損指數變化很大，這就為后期2個電廠的磨煤機維護帶來明顯差異，如伊敏電廠風扇磨打擊板壽命3 000～4 000h，元寶山電廠1 200～1 700h，通遼電廠磨的沖擊板壽命為2 000h左右。早期朝陽電廠燃用平莊褐煤，其Ke指數為7，沖擊板磨損非常嚴重，運行周期不足500h。

2 2種制粉系統對比

表2為2種制粉系統的工藝特點對比。

表2 風扇磨制粉系統與中速磨制粉系統分析對比

2．1 技術性分析

中速磨制粉系統在磨制高水分褐煤時，受磨煤機干燥出力及鍋爐一次風率的影響，磨煤機干燥出力需進行計算，根據計算確認合理的入口風溫度，保證磨煤機干燥出力。中速磨磨制高揮發性褐煤時需安裝防爆系統。風扇磨系統因其高速旋轉存在磨煤機沖擊板壽命短、檢修頻繁、制粉系統漏風量大、磨煤機提升壓頭可能不足等問題，同時高溫抽爐煙管道的安裝和布置對鍋爐總體有一定影響。

2．2 運行檢修經驗分析

國內600MW以上機組既有采用配中速磨制粉系統褐煤鍋爐的，也有采用配風扇磨制粉系統褐煤鍋爐的，這2種磨煤機在制造方面已沒有難度。中速磨與風扇磨均為直吹式送粉系統，運行差距不大。檢修方面，由于風扇磨屬高速旋轉打擊制粉，其打擊件的磨損情況需特別重視，特別是煤質不穩定摻燒石子煤較多的高灰分劣質煤，會使風扇磨的運行周期大幅度下降，檢修維護成本上升。元寶山2號爐為德國EVT公司風扇磨，但由于煤質沖刷磨損較強，經常性更換打擊板，檢修人力、物力投入較多；3號爐設計采用中速磨后，情況大有改善。

2．3 其他注意事項

磨煤機選型計算時要充分考慮各方面參數修正影響，使其相互間匹配。中速直吹式制粉系統計算時要注意選擇好冷熱風比率，防止出現熱風量配比不足，冷風無調節裕量的問題。風扇磨制粉系統因干燥劑為煙氣，干燥劑的初溫選擇是否合適對抽爐煙位置、鍋爐受熱面的布置影響較大。風扇磨煤機的通風量直接影響其出力，運行證明，風扇磨煤機的研磨出力富余量較大，主要取決于其通風出力。另外，要注意廠址海拔對設計的影響，海拔升高，煙風系統阻力增加，高海拔地區風扇磨煤機的提升壓頭將下降，在磨煤機的尺寸相同時，由于通風量的減低，磨煤機出力將下降。

3 結語

各種類型的磨煤機均有各自的優缺點和對煤種的適應范圍。電廠設計中燃煤鍋爐磨煤機的選型是一個重要環節。煤質水分和沖刷磨損指數是制粉系統選型關鍵，在滿足干燥出力的同時需注意燃料其他參數對制粉系統選型的影響。選用風扇磨時要重點關注燃料灰分，沖刷磨損指數Ke的上升將導致風扇磨維護量的快速上升。

［1］張安國，梁輝．電站鍋爐煤粉制備與計算［M］．中國電力出版社，2010

［2］金維強．大型鍋爐運行［M］．中國電力出版社，1996

［3］呂施展，米子德．高水分褐煤在MPS中速磨直吹式制粉系統應用中的探討［J］．華北電力技術，2009（6）

［4］張昀，李衛東，許傳凱，等．褐煤鍋爐磨煤機選型和煤粉水分選取的探討［J］．中國電力，2011（8）