鋼球磨煤機磨制硬質煤能力提升策略研究

張文祥，趙冰，康立強

（國電滎陽煤電一體化有限公司，河南 鄭州 450122）

某電廠2×630MW 超臨界機組鍋爐采用北京巴布科克威爾克斯有限公司生產的超臨界參數“W”火焰鍋爐，鍋爐制粉系統分別采用六臺由上海重型機器廠采用法國ALSTOM 公司技術生產的BBD4062 雙進雙出鋼球磨煤機。該公司在摻配經濟煤種晉城無煙煤后，磨煤機最大制粉出力不到40 噸，難以滿足鍋爐帶滿負荷出力的需求，同時，還存在煤粉細度高、灰渣含碳量高、水冷壁壁溫高、復合油用油量大等問題。針對此現狀，本研究通過磨煤機鋼球裝載量和鋼球級配調整試驗，確定了一種在摻配晉城無煙煤的情況下提高磨煤機制粉能力保證鍋爐長周期安全經濟穩定運行的方法。

1 原因分析

該電廠配備的BBD4062 雙進雙出鋼球磨煤機（設備參數見表1），具有2 個完全對稱的制粉回路，原煤通過磨煤機筒體兩端經磨煤機旁路風干燥后進入磨內，磨制好的煤粉從磨煤機兩端分離器吹出。鋼球隨磨煤機轉動被帶到一定高度再由重力作用下落錘擊原煤，鋼球之間以及鋼球與磨煤機筒體內護板的運動將原煤研磨成煤粉。煤粉經一次風干燥并攜帶至分離器進行粗細粉分離，合格煤粉吹入爐膛燃燒，不合格煤粉通過分離器的回粉管、落煤管回至磨煤機內進行再次研磨。由于鋼球磨風煤比基本保持恒定，因此，當需要改變磨煤機出力時，只需調整磨煤機的一次風量即可。

表1 BBD4032 型磨煤機設備參數

雙進雙出鋼球磨煤機的最大制粉出力可近似計算：

Bmax=BM0×fe×fH×fM×fR×fG

其中，BM0為磨煤機基本出力，fe、fH、fM、fR和fG分別為部件磨損對磨煤機的修正系數、原煤哈氏可磨性指數、原煤水分、煤粉細度和鋼球裝載量。由以上公式可知，磨煤機最大制粉出力與原煤哈氏可磨性指數、煤粉細度、原煤水分以及鋼球裝載量有關。

出于經濟性考慮，該電廠摻配經濟煤種晉城無煙煤。由于晉城無煙煤與本地煤哈氏可磨性指數相差較大（煤質參數見表2），依據某研究院配煤摻燒研究結論可知：當摻配兩種哈氏可磨性指數相差較大的煤種時，其哈氏可磨性指數沒有增加，而是接近難磨的煤種。當磨煤機在磨制兩種煤時，哈氏可磨性指數高的煤過分磨制，而哈氏可磨性指數低的煤則磨制不夠充分，從而造成煤粉粗細不均，晉城無煙煤煤粉顆粒偏粗，難以燃盡，鍋爐飛灰可燃物增高。當鍋爐負荷增加時，磨煤機的出力增大，一次風速隨之增加，更不能保證煤粉細度，晉城無煙煤燃燒支持相對下降，本地煤的著火也會推遲。

表2 設計煤種與晉城無煙煤煤質參數

該電廠煤種配比基本確定，原煤哈氏可磨性指數和原煤水分參數也就相對固定，部件磨損對磨煤機的修正系數為常數，而煤粉細度與鋼球裝載量有直接關系，因此，確定優化磨煤機內鋼球裝載量和鋼球級配為提高磨煤機磨制硬質煤能力的主要策略。

2 方案論證

關于鋼球級配方面主要有等差數列法、等腰三角形法、多次試配（圖表）法等。本研究采用多級試配（圖表）法，通過多次試配方案試驗，最終確定最優策略。

（1）選定1#爐制粉出力較好的1A、1D 磨煤機進行摸底試驗。對這兩臺磨煤機，分別在摻配晉城無煙煤比例0、15%、20%、25%的配煤方案中測試磨煤機最大制粉出力，試驗結果見表3。

表3 磨煤機最大制粉出力摸底試驗

通過摸底試驗，發現隨著晉城無煙煤摻配比例的增加，磨煤機制粉出力呈明顯下降趨勢。

（2）給1A 磨煤機補加鋼球：φ60mm=3 噸，φ40mm=3 噸。加球后1A 磨煤機制粉最大制粉出力試驗結果見表4。

表4 1A 磨煤機最大制粉出力試驗

按以上方案加裝鋼球后，1A 磨煤機制粉出力相比以前有一定的提高，但晉城無煙煤摻配比例30%時，制粉出力只有42 噸，還遠不能滿足鍋爐帶負荷的需要。

（3）由于1A 磨制粉出力依舊偏低，繼續補加鋼球：φ60mm=3 噸，φ40mm=3 噸。總計裝球量57 噸。加球后1A磨煤機最大制粉出力試驗結果見表5。

表5 1A 磨煤機二次加球后最大制粉出力試驗

當晉城無煙煤摻配比例30%時，1A 磨煤機出力達到45 噸，對比第一次加球時出力有所提高，但還是達不到目標要求。由于晉城無煙煤顆粒度較小，決定適當增加小直徑鋼球比例，提高制粉能力。

（4）由于1A 磨鋼球量已達額定值，選擇1D 磨進行進一步優化試驗。對1D 磨煤機補加鋼球：φ30mm=8 噸，總計裝球量約52 噸。經制粉出力試驗，發現磨煤機制粉能力有較大幅度的提升，繼續補加鋼球：φ20mm=4 噸，總計裝球量約56 噸。1D 磨煤機最大制粉出力試驗結果見表6。

表6 1D 磨煤機最大制粉出力試驗

當晉城無煙煤摻配比例30%時，1D 磨煤機出力穩定在50t/h 以上，制粉能力有明顯的提高，基本達到目標要求。

根據以上試驗數據，分析得出如下結論：

第一，增加磨煤機有效鋼球裝載量，磨煤機制粉能力有所提升，對磨制硬質煤種有積極作用。第二，只是采取補加φ60 和φ40 鋼球的方式，磨煤機制粉能力提升有限，而適當提高磨內小直徑鋼球的裝載比例，可大幅提升磨制硬質煤的能力。

（5）為驗證上述結論，經再次優化鋼球級配方案后，選擇1C 磨煤機實施驗證。對1C 磨煤機內鋼球進行篩分，清理出無效鋼球和雜物共計7 噸，按優化后的鋼球級配方案重新裝載鋼球56 噸，具體鋼球級配方案見表7。

表7 1C 磨煤機鋼球級配方案

經過兩個月的晉城無煙煤種摻配跟蹤試驗，在摻配晉城無煙煤比例為30%時，1C 磨煤機平均制粉出力達到52.6t/h。后將1#機組六臺磨煤機鋼球級配方式按新的方案重新裝載了鋼球，每臺磨鋼球裝載量56 噸，摻配晉城無煙煤比例30%，進行磨煤機最大制粉出力試驗，試驗結果見表8。

表8 1#爐磨煤機最大制粉出力試驗

3 結果與分析

經過以上磨煤機鋼球級配優化試驗，在摻配晉城無煙煤比例30%時，磨煤機最大制粉出力均達到52 噸以上，滿足鍋爐帶滿負荷出力需求。

隨著磨煤機制粉能力的提升，鍋爐以前存在的一些安全、經濟性問題也得到改善，主要體現在以下幾個方面：

（1）鍋爐制粉系統的煤粉細度R90由17.96 降至11.33，飛灰含碳量由5.1%降至3.27%，爐渣含碳量由10.15%降至5.74%，鍋爐效率顯著提高。

（2）有效改善了鍋爐下部水冷壁壁溫高的問題。在磨煤機鋼球級配優化前，由于一次風速過高，火焰中心下移，拱下熱負荷過大，導致下部水冷壁中部區域壁溫高。經過優化，一次風速降到合適范圍，水冷壁壁溫高問題得到有效控制。

（3）鍋爐燃燒穩定性增強，大幅減少了機組啟動、調峰和穩燃用油量。2019 年，公司全年復合油用油量520 噸，而2018 年用油量908 噸，同比下降42.7%。

（4）經濟效益顯著。公司年使用晉城無煙煤量在43 萬噸以上，晉城無煙煤種跟市場上同質煤種相比，單價要便宜70 元/噸左右，全年節約燃料費用在3000 萬元以上。刨除鋼球級配優化后磨煤機增加的電費、鋼球費用及其他材料費用等，全年可節約成本費用在2000 萬元以上。

4 結語

通過近一年的磨煤機最大制粉出力優化調整試驗，得出適合該公司磨煤機的鋼球級配方案。在摻燒經濟煤種晉城無煙煤的前提下，顯著提高了磨煤機的制粉能力，解決了以前鍋爐不能帶滿負荷出力的問題，同時，煤粉細度和灰渣含碳量大幅降低，下部水冷壁壁溫高得到有效改善，復合油用油量大幅減少，對保證鍋爐長周期安全經濟穩定運行有積極意義。