風扇磨煤機的空氣動力特性及運行性能的研究

金英淑+王立芳

摘 要：風扇磨煤機是直吹式制粉系統的燃煤電站鍋爐提供合格煤粉的制粉設備。本文介紹了風扇磨煤機的空氣動力特性及運行性能，以便于根據鍋爐制粉參數邊界條件和燃料條件，確定最合理的風扇磨煤機性能參數，保證鍋爐的穩定運行

關鍵詞：風扇磨煤機；空氣動力特性；運行性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.062

1 風扇磨煤機的特點

風扇磨煤機能同時完成煤的磨制、干燥和通風三方面的要求，它與中速磨煤機的制粉系統不同之處在于能依靠自身的通風能力進行煤粉的輸送而不需要附加的通風風機，同時結構簡單，因磨前進行高溫干燥，能夠磨制水分較大的褐煤。

2 風扇磨煤機的空氣動力特性

由于風扇磨的結構組成，使其具有自行吸入干燥劑的能力，因此它起到一個風機的作用。但是它的運行工況又不同于風機，因為它同時進行著燃料的干燥和破碎過程，從而大幅度地改變了磨內的工作條件。

工作條件：

（1）原煤在制粉系統內干燥時干燥劑溫度降低，蒸發的水氣大量析出，前一現象使工質的體積縮小，后者則使其增大；而溫降的幅度和水分的蒸發量又取決于干燥劑的量及初溫、煤的應用基水分、粒度以及煤粉的細度等因素。

（2）煤的粒度及比重在破碎和干燥過程中不斷變化，其粒度與比重成反比。

（3）由于分離器和磨煤機組合成為一個整體，因此回粉量的多少和分離器擋板的開度都對磨煤機的內在阻力有影響。

由于上述原因，使風扇磨煤機的工作特性與其在冷態下純空氣測定的通風特性有顯著的不同。而做為整個制粉系統，則其工作特性又與輸粉管道流通阻力有關：系統的通風量是風扇磨煤機△P-Q特性線與管道阻力特性線的相交點，這一交點隨著介質比重和煤粉濃度的變化而變化。

歸納起來，運行條件對風扇磨煤機工況的影響表現在：

（1）干燥介質溫度降低時，其比重增加，風扇磨壓頭升高，而管道內的壓頭損失也增大，系統通風量保持不變，但耗電量增加。

（2）給煤量增加時，煤粉濃度增大，風扇磨內阻增大、壓頭降低，管道內壓頭損失增大，系統通風量降低，耗電量增大。

（3）變速調節時，轉速降低，風扇磨壓頭也相應降低，但管道阻力特性不變，系統通風量降低，耗電量減少。

這些影響的綜合表現是：磨煤機給煤量越大，系統通風量越低，磨煤機提升壓頭越小。

3 磨煤機的運行性能

3.1 風扇磨煤機的出力

打擊板對煤粒的破碎力與撞擊時兩者之間的相對速度成正比，因此風扇磨的出力與轉速或打擊輪直徑成正比；另一方面，風扇磨的出力又受到干燥劑輸送能力的限制。在通風量一定的條件下，過多地加煤將使磨內發生“堵塞”，造成煤粉輸送不出去。因此風扇磨的出力也與通風量成正比；而通風量又與打擊輪的直徑，寬度及轉速成正比。所以，增大打擊輪直徑及寬度是提高風扇磨出力的主要手段。

煤粒不僅在磨煤機內被破碎，同時也被干燥，此干燥對破碎產生有利的作用，所以這是一個復合過程。褐煤的有效破碎要求每個煤粒都被足夠量的高溫干燥劑所包圍，在第一次被撞擊破碎后，干燥介質與煤粒之間產生高速的相對運動，使其新暴露出來的表面很快得到干燥產生龜裂，而導致煤粒變脆從而在受到第二次撞擊時就容易被破碎。一般當干燥劑溫度降到200℃以下時，其使煤龜裂的作用減弱。

因此，高溫即加速了干燥，又加速了破碎。但也不能無限制地提高干燥的溫度，否則磨煤機出口溫度將會超限。

3.2 煤粉細度

煤的破碎程度與打擊輪轉速成正比：轉速越高，煤粉越細。在同樣的線速度下，打擊輪直徑越大（出力越大），煤粉越粗，這是因為在大出力時煤粒與打擊板直接接觸的機會相對減少了，即使分離器是按比例放大的，其分離效果也不能消除這一趨向。同理，對同一臺風扇磨而言，給煤量越大，煤粉越粗。

大量實驗表明：雖然煤粉的平均粒度隨著磨煤機尺寸增大而變粗，但煤粉中的大顆粒份額則相對減少。說明風扇磨型號增大后煤粉粒度的均勻性有所改善。

3.3 調節特性

當減少給煤量時，風扇磨壓頭特性線升高，輸粉管道阻力特性線降低，使磨內的通風量增大，這就使得磨煤機出口溫度上升。用高溫爐煙干燥的制粉系統在抽爐煙管道上沒有調節門，磨煤機低出力時只能加大冷空氣的摻入量來保持出口溫度在極限范圍內。用這樣的方法可使風扇磨出力的調節范圍保持在100%～60%之內。低于此范圍，易造成一次風率過高，煤粉濃度降低而導致鍋爐燃燒不穩，效率降低。

德國EVT公司和德國巴高克公司在大型風扇磨上采用液力聯軸器或變頻器來調節轉速，當給煤量減少時，同時也降低轉速，煤粉細度基本不變（轉速降低使煤粉變粗，給煤量減少使煤粉變細，兩者大致抵消）。轉速的調節范圍一般是最高轉速降低20%左右。采用這一措施后，風扇磨煤機的出力調節范圍可擴大到100%～30%。其優點是在鍋爐負荷變動幅度較大時，避免頻繁地增減風扇磨的運行臺數。此外，由于通風量減少（不低于一次風速及一次風率的下線），保持了較高的煤粉濃度，這對鍋爐的穩定燃燒非常有利。

參考文獻：

[1]張安國，梁輝，霍沛強 .火力發電廠制粉系統設計計算技術規定[S].DL/T5145-2012.

[2]張安國.電站磨煤機及制粉系統選型導則[S].DL/T466-2004.

[3]國外風扇磨煤機[J].水電部科技情報所.1979（04）.

作者簡介：金英淑（1964-），女，本科，高級工程師，主要從事燃煤火力發電廠制粉系統中速磨煤機、高速磨煤機設備新產品的開發設計與理論研究。