原煤水分和煤粉水分對中速磨煤機設備的影響

張喜春

摘 要：中速磨煤機是燃煤電站中速磨煤機直吹式制粉系統的重要輔機設備，在中速磨煤機選型計算和制粉系統熱力計算中，原煤水分和煤粉水分是關鍵的數據;同時原煤水分和煤粉水分數值的選取直接影響鍋爐設備及磨煤機的設備選型和運行。本文主要介紹燃煤電站中對原煤水分和煤粉水分的選取。

關鍵詞：原煤水分;煤粉水分;中速磨煤機;影響

中圖分類號：TK223.25 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0189-02

1 煤及煤的水分

煤屬于有機燃料，它是由于地殼變遷后將遠古的植物長期埋在地層深處，在高溫高壓和缺氧的條件下，原始有機物不斷化合分解而最終形成了煤。

我國是世界上應用煤最早的國家，我國在西漢時期已經采用煤作為燃料進行冶鐵。在現代，人們對煤的應用更加廣泛，燃煤火力發電廠的建設極大地推動了人類對煤的開發和應用。

原煤內部含有一定的水分，原煤的全水分Mt由外在水分Mf和內在水分Minh（即空氣干燥基水分Mad）組成。三者之前存在一定的計算關系，即Mt=Mf+Mad（100-Mf）/100。

2 燃煤電站對原煤的選用

燃煤電站在建設前期及投入運行后，都需要取得所選用的燃煤進行煤的工業分析數據，其中重要的數據之一就是煤的全水分Mt和空氣干燥基水分Mad的值，原煤水分的值直接影響鍋爐制粉系統的類型（即中速磨煤機直吹式制粉系統或風扇磨煤機直吹式制粉系統）、干燥介質和磨煤機的熱平衡計算。

我國對煤按照干燥無灰基揮發分Vdaf作為分類指標，將煤分為無煙煤（Vdaf≤10%）、煙煤（10%37%）;煙煤再根據干燥無灰基揮發分和粘結指數等指標，分為貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤等12種。

按照發電煤粉鍋爐的種類，燃煤電站所選用的原煤分為無煙煤（6.5%≤Vdaf≤10%、Mt<12%）、貧煤（10%37%、Mt>20%）。

按照電力行業標準，輪式中速磨煤機對褐煤的原煤水分限定在35%以內，當原煤水分小于30%時，可以選用輪式中速磨煤機;當原煤水分大于30%小于35時，有條件選用輪式中速磨煤機;當原煤水分超過35%時，應選用即風扇磨煤機。國內某電廠2X350MW燃煤供熱機組選用中國電建集團長春發電設備有限公司設計制造的MPS190HP-II型中速磨煤機，在實際運行中電廠選用的烏拉蓋褐煤原煤水分Mt達到了41.13%，MPS190HP-II型中速磨煤機適用于磨制高水分褐煤的技術優勢得到充分體現，現場設備運行良好。

3 煤粉水分

煤粉水分不僅影響煤粉的流動性和燃燒特性，還間接影響磨煤機的干燥出力，同時對制粉系統設備的安全性有重要的影響。煤粉水分過低時煤粉易燃或引起爆炸;煤粉水分過高時易在煤粉管道內結塊，影響煤粉的正常輸送和鍋爐的燃燒等。

煤粉水分的數值與原煤水分Mt和設備的終端溫度tM2有關系。設備的終端溫度即磨煤機出口溫度與原煤的干燥無灰基揮發分Vdaf有關，同時受到設備耐溫和防爆要求的限制。對于中速磨煤機直吹式制粉系統，磨煤機出口溫度tM2的最高允許溫度選取規則如下：

當Vdaf<40%時，tM2=（82- Vdaf）*5/3±5;

當Vdaf≥40%時，tM2=60-70℃;

同時，磨煤機的出口溫度應高于露點溫度2℃以上。

4 煤粉水分的選取

由于煤粉水分受原煤水分和磨煤機出口溫度有關，煤粉水分直接影響到磨煤機的熱平衡計算，在工程設計中必須正確選取。

在我國電力行業標準中，對煤粉水分的選取引用了蘇聯1971年制粉系統設計計算標準的曲線見圖1和圖2，其中圖1是直吹式制粉系統熱空氣干燥時磨制褐煤的煤粉水分曲線，圖2直吹式制粉系統熱空氣干燥時磨制無煙煤、貧煤和煙煤的煤粉水分曲線;中國電建集團長春發電設備有限公司在2003年從原德國BABCOCK公司引進MPS型中速磨煤機技術時，原德國BABCOCK公司提供了煤粉水分在不同的原煤水分和磨煤機出口溫度時的數據表，部分煤粉水分數據表見表1，經實踐證明，該數據表與實際運行數據相吻合。

在工程的設計中，煤粉水分應按照以上曲線或數據表選取，以保證磨煤機的熱平衡計算的準確性，使磨煤機的理論計算數據與運行數據相吻合。

對于高水分褐煤項目，煤粉水分的選取尤為重要，不僅關系到磨煤機的熱平衡計算和磨煤機的干燥出力，也直接對鍋爐的一次風率和空氣預熱器出口溫度這兩者相互制約的設計值提出了要求。針對高水分褐煤項目，建議設計中選用磨煤機廠家提出的煤粉水分數據，同時鍋爐的空氣預熱器出口溫度應能滿足磨煤機入口熱風溫度的要求。

國內某1X300MW級燃煤電廠供熱機組，共5臺磨煤機，磨煤機的運行方式為4運1備，鍋爐燃煤量為210t/h，空氣預熱器出口溫度為380℃，磨煤機出口溫度為65℃。電廠選用的煤質資料如下：全水分為32%、空氣干燥基水分為18.6%、收到基灰分為20.4%、干燥無灰基揮發分為44.5%、收到基碳為36.6%、收到基氫為2.74%、收到基氧為7.26%、收到基氮為0.73%、收到基硫為0.27%。

根據以上數據，煤粉水分取16%，磨煤機的熱平衡計算數據見表2。

經過計算，煤粉水分為16%時，磨煤機的入口熱風溫度為350℃、一次風量為101t/h;若設計時煤粉水分錯誤地選為20%，經過熱平衡計算，則磨煤機的入口熱風溫度為318℃、一次風量為101t/h，如果保證磨煤機的入口熱風溫度為350℃、則磨煤機的一次風量為84t/h，計算數據將直接影響磨煤機的通風出力和干燥出力不足，使機組不能滿負荷運行，可見煤粉水分對磨煤機熱平衡計算和磨煤機運行參數的影響非常大。

5 結語

原煤水分和煤粉水分是中速磨煤機直吹式制粉系統的重要參數，用戶應按照國家標準允許的煤質參數波動范圍內的煤質，其中包括原煤水分等參數。當電廠的燃煤發生變化時，建議電廠將選用新的煤質參數提供給磨煤機制造廠，由磨煤機制造廠重新計算磨煤機的運行參數，電廠再根據磨煤機廠家提供的新數據調整磨煤機的運行參數，包括磨煤機的碾磨壓力等數據，以保證磨煤機的穩定運行。

參考文獻

[1] 張安國，梁輝，霍沛強.DL/T514 5-2012火力發電廠制粉系統設計計算技術規定[S].

[2] 張力.電站鍋爐原理[M].重慶大學出版社，2009.

[3] 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.