摘要：风扇磨煤机性能参数以往主要是依据试验数据和总结归纳的线算图表来确定的。为了解决我国600MW以上大机组超临界燃用褐煤塔式炉和Π型炉对风扇磨性能参数可靠性的要求，针对锅炉制粉参数边界条件和褐煤燃料条件，确定了合理的风扇磨性能参数，即根据风扇磨煤机结构特性及无因次特性，通过理论研究，准确计算出大型风扇磨煤机的技术性能主参数，能够满足600MW超临界机组对风扇磨煤机的要求，以推动我国大型褐煤炉发电机组的应用和发展。
关键词：风扇磨煤机；性能参数；计算
1前言
风扇磨煤机（以下简称风扇磨）是一种高效率粉磨设备，它集磨煤、干燥和输送三大功能于一体，其通风理论与风机相似，但又有区别。参数计算的意义在于，其参数计算的正确性可以确保锅炉运行稳定，提高风扇磨制粉系统的抗风险能力和机组运行的可靠性，对风扇磨的推广应用具有重要价值。计算的性能参数有：设计出力，通风量，提升压头，装机功率以及电耗。风扇磨煤机能同时完成煤的磨制、干燥和通风三方面的要求，它与中速磨煤机的制粉系统不同之处在于能依靠自身的通风能力进行煤粉的输送而不需要附加的通风风机，同时结构简单，因磨前进行高温干燥，能够磨制水分较大的褐煤。
2理论计算研究
以最新引进俄罗斯技术的大型MB4100/1250/420风扇磨煤机为例，进行理论初探，通过研究，导出磨煤机主要性能参数理论计算公式，以解决以往设备性能数据与实际运行数据出现偏差的弊端。MB4100/1250/420风扇磨煤机设备结构参数：打击轮直径D2=4.1m；打击轮宽度b=1.25m；打击板高度h=0.56m；打击轮转速n=420r/min。由此得出打击轮圆周速度为u2。
根据叶栅空气动力学原理，磨煤机打击轮（按单列叶栅）穿透系数k
其中，打击轮叶片间距t=πD2/m=0.92（m为圆周上分布的叶片数量），宽径比b′=b/D2=0.3，在0.27~0.35的合理范围内。因为打击轮是风扇磨的主要工作部件，它的结构尺寸决定了磨煤机的能力，因此得出穿透系数k、打击轮叶片间距t和宽径比b′，据此查图1曲线表，得到以下风机无因次特性系数：流量系数φ=0.0538，压头系数ψ=0.25，通风系数ηe=0.35，比功率=0.77×10-3。
图1风扇磨空气动力特性计算
风扇磨煤粉细度要求按R90=45%选取，主要是依据锅炉稳定燃烧对煤粉细度和煤粉水分要求以及热平衡计算来确定。有了上述无因次特性系数，风扇磨的性能参数理论计算公式推导如下。
2.1磨煤机设计（煤粉）出力
其中
式中：K2为安全系数，K2=0.9；s1为工作煤水分修正系数；s2为工作煤质量换算系数；sg为粒度修正系数。
2.2磨煤机设计原煤出力
式中：Mar为原煤收到基水分，由原煤的已知参数给出；Mpc为煤粉水分，这是与原煤水分Mar、磨煤机出力B、磨煤机出口温度t2和煤粉细度R90等相关的一个参数，Mpc的选取直接影响磨煤机的干燥出力和锅炉燃烧的稳定性。综合大量试验和褐煤电厂的生产实践，煤粉水分通常低于原煤空干基水分Mad不到5%，而俄罗斯国家能源院给出的计算公式比较符合实际，因此，把它作为计算依据。
式（3）中，t2按150℃取值，适当提高磨煤机的出口温度t2，有利于提高风扇磨运行的经济性以及组织锅炉稳定燃烧。根据国内外大机组褐煤风扇磨制粉锅炉的运行经验，统计确认磨煤机出口温度提高到150～170℃比较合适。
2.3磨煤机热态提升压头
PTA=10-5ψρu22（1-0.15µ）=1933.3Pa（4）式中：µ为煤粉浓度，µ=0.33；ρ为磨机内的气流密度。
2.4磨煤机通风量出力
Q=60ϕπD22bn=281164m3/h。
2.5磨煤机电耗
式中：a为浓度系数，磨煤机进口温度按500℃计，褐煤原煤水分大于30%时，则a=0.4。通过式（6）计算出的电耗与德国EVT公司给出的风扇磨煤机电耗曲线图表查出的数值相近，误差小于5%，同时，该值与电厂试验数据相符合。
2.6磨机通风功率
式中：ηε为电动机效率，ηε=0.91。
2.7磨煤机所消耗功率
3风扇磨煤机的空气动力特性
由于风扇磨的结构组成，使其具有自行吸入干燥剂的能力，因此它起到一个风机的作用。但是它的运行工况又不同于风机，因为它同时进行着燃料的干燥和破碎过程，从而大幅度地改变了磨内的工作条件。
工作条件：
（1）原煤在制粉系统内干燥时干燥剂温度降低，蒸发的水气大量析出，前一现象使工质的体积缩小，后者则使其增大；而温降的幅度和水分的蒸发量又取决于干燥剂的量及初温、煤的应用基水分、粒度以及煤粉的细度等因素。
（2）煤的粒度及比重在破碎和干燥过程中不断变化，其粒度与比重成反比。
（3）由于分离器和磨煤机组合成为一个整体，因此回粉量的多少和分离器挡板的开度都对磨煤机的内在阻力有影响。由于上述原因，使风扇磨煤机的工作特性与其在冷态下纯空气测定的通风特性有显著的不同。而做为整个制粉系统，则其工作特性又与输粉管道流通阻力有关：系统的通风量是风扇磨煤机△P-Q特性线与管道阻力特性线的相交点，这一交点随着介质比重和煤粉浓度的变化而变化。归纳起来，运行条件对风扇磨煤机工况的影响表现在：
（1）干燥介质温度降低时，其比重增加，风扇磨压头升高，而管道内的压头损失也增大，系统通风量保持不变，但耗电量增加。
（2）给煤量增加时，煤粉浓度增大，风扇磨内阻增大、压头降低，管道内压头损失增大，系统通风量降低，耗电量增大。
（3）变速调节时，转速降低，风扇磨压头也相应降低，但管道阻力特性不变，系统通风量降低，耗电量减少。
这些影响的综合表现是：磨煤机给煤量越大，系统通风量越低，磨煤机提升压头越小。
4磨煤机的运行性能
4.1风扇磨煤机的出力
打击板对煤粒的破碎力与撞击时两者之间的相对速度成正比，因此风扇磨的出力与转速或打击轮直径成正比；另一方面，风扇磨的出力又受到干燥剂输送能力的限制。在通风量一定的条件下，过多地加煤将使磨内发生“堵塞”，造成煤粉输送不出去。因此风扇磨的出力也与通风量成正比；而通风量又与打击轮的直径，宽度及转速成正比。所以，增大打击轮直径及宽度是提高风扇磨出力的主要手段。煤粒不仅在磨煤机内被破碎，同时也被干燥，此干燥对破碎产生有利的作用，所以这是一个复合过程。褐煤的有效破碎要求每个煤粒都被足够量的高温干燥剂所包围，在第一次被撞击破碎后，干燥介质与煤粒之间产生高速的相对运动，使其新暴露出来的表面很快得到干燥产生龟裂，而导致煤粒变脆从而在受到第二次撞击时就容易被破碎。一般当干燥剂温度降到200℃以下时，其使煤龟裂的作用减弱。因此，高温即加速了干燥，又加速了破碎。但也不能无限制地提高干燥的温度，否则磨煤机出口温度将会超限。
4.2煤粉细度
煤的破碎程度与打击轮转速成正比：转速越高，煤粉越细。在同样的线速度下，打击轮直径越大（出力越大），煤粉越粗，这是因为在大出力时煤粒与打击板直接接触的机会相对减少了，即使分离器是按比例放大的，其分离效果也不能消除这一趋向。同理，对同一台风扇磨而言，给煤量越大，煤粉越粗。大量实验表明：虽然煤粉的平均粒度随着磨煤机尺寸增大而变粗，但煤粉中的大颗粒份额则相对减少。说明风扇磨型号增大后煤粉粒度的均匀性有所改善。
5结束语
由于磨煤机性能参数计算准确，提高了锅炉运行的稳定性，为伊敏电厂节煤、提高发电效率起到了重要作用。
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论文作者:陈彬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
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