摘要：当前，节能减排和低碳经济已是国际社会关注的焦点。中国作为世界上最大的煤炭消费国，火电厂消费占其53% 左右。因此，充分挖掘火力发电厂节能降耗的潜力，对于促进社会的可持续发展、推动我国节能事业具有重要的意义。对某燃煤电厂中速磨煤机制粉系统冷风率偏高导致锅炉效率下降的问题，建立了中速磨煤机的热平衡计算模型。通过计算分析可知，煤中水分含量对磨煤机进出口温度影响较大，且煤中水分每增加1%，磨煤机入口热风温度相应增加约12 ℃。因此，在保证机组安全的前提下，通过降低冷风量来提高磨煤机出口温度即提高磨煤机入口热风温度，可以充分回收利用尾部烟气热量，提高锅炉热效率。
关键词：中速磨煤机；制粉系统；热平衡
能耗高和环境污染严重是目前我国火电厂生产中存在的两大突出问题，是制约我国电力行业乃至整个国民经济发展的重要因素，而制粉系统又是火电厂的主要辅助系统，一次风机和磨煤机总耗电量占火电厂用电量的15%-25%。一次风机输送的热空气既是干燥剂，又是煤粉的输送介质，单位质量体积大，风机在高温下效率较低，因此风机的电耗较大，同时可能存在高温侵蚀问题。干燥剂气流速度越大，带出的煤粉量就越多，磨煤机的出力就越大，带出的煤粉就越粗。不合格煤粉返回到磨煤机继续研磨，不仅增大了制粉系统电耗，而且加剧了磨煤机磨损。所以设计、选择合理的通风量，确定合适的干燥剂配比份额和干燥剂温度是保持磨煤机最大出力、降低制粉系统电耗的有效措施，对机组安全、经济运行具有重要意义。本文建立了中速磨煤机的热平衡计算模型，某燃煤电厂试验中所得到的磨煤机和当时所用燃煤煤种的相关参数，验证了此模型的准确性。进而通过此热平衡理论模型对中速磨煤机进出口温度之间的关系、水分变化对磨煤机进出口温度的影响等进行了量化计算。
一、中速磨煤机直吹式制粉系统
中速磨煤机直吹式制粉系统在我国的应用非常广泛。它能磨制烟煤、次烟煤甚至部分品种的褐煤等，一般分为正压和负压系统两大类。正压系统又可分为正压热风机制粉系统、正压冷风机制粉系统。目前，我国多数电厂采用中速磨煤机正压冷风机直吹式制粉系统，工作原理如图所示。
经过磨煤机的热风是通过空气预热器内烟气加热的，因此若通过减少冷风量来减少排烟损失，磨煤机进口热风温度会升高，磨煤机出口的温度亦会随之上升，磨煤机出口介质温度的选取要根据挥发分大小来确定，因为煤中可燃气体的析出与挥发分之间有密切的关系。在中速磨煤机制粉系统中，当所用燃烧挥发分Vdaf小于40% 时，磨煤机出口最高允许温度tM2 =（82－Vdaf）5/3±5；当所用燃煤挥发分大于等于40%时，tM2 = 60～70。煤中所含水分不同，磨煤机干燥出力就会不同，所需要磨煤机入口热风温度亦会不同；这些水分在磨制及加热过程中会首先汽化并吸收大量热量，使得磨煤机出口风温迅速下降，煤粉颗粒所能达到的温度一般会远小于磨煤机入口风温。因此，从安全性角度出发，磨煤机的出口介质温度应根据实际煤种水分和挥发分来综合确定，只要磨煤机在磨制过程中的加热风温不高于所磨煤中可燃气体析出温度，则可认为磨煤机的运行是安全的，并且还会有一定的安全余量。
二、中速磨煤机制粉系统热平衡计算模型
根据分析，中速磨煤机出口温度这一参数关系着锅炉系统的安全性和经济性。实际运行中存在着过于考虑运行安全性牺牲了经济性的问题，造成了不必要的浪费，尤其对于冷风使用较多的燃煤电厂尚有很大的低成本高收益的节能空间。要充分挖掘这一节能潜力，磨煤机出口温度和入口风温之间的关系，以及煤种水分对磨煤机入口风温的影响的量化计算十分必要。因此，须针对中速磨煤机制粉系统建立热平衡计算模型。制粉系统热平衡是指在磨煤机起始断面输入总热量qin与终断面消耗和输出的总热量qout相等，即；qin = qout，终断面输出和消耗的总热量，制粉系统磨制1kg 煤所消耗和输出的总热量qout计算公式如下：
，加热燃料所消耗的热量qf计算公式如下：
三、燃煤电厂中速磨煤机制粉系统热平衡计算
1、某燃煤电厂制粉系统热平衡实例计算。为了验证热平衡计算模型的准确性，从某燃煤电厂的某次性能试验中选取磨煤机和当时所用燃煤煤种的相关参数进行计算，通过MATLAB 软件编程计算，可以得出磨煤机起始断面输入的各项的热量及总热量、磨煤机终断面输出和消耗的各项的热量及总热量等数据，此制粉系统中中速磨煤机热平衡计算的相对误差δ 为3%。
此热平衡模型计算误差很小，在误差允许范围内可以用来作进一步分析，蒸发原煤中水分消耗的热量约占磨煤机终断面输出和消耗总热量的40%，可见煤中水分含量对磨煤机进出口温度影响很大。
2、中速磨煤机进出口温度关系分析。根据热平衡计算模型，分别调整磨煤机出口风温为80 ℃，90 ℃，100 ℃，110 ℃，并计算出其相应的磨煤机入口风温，磨煤机进出口温度成线性正比关系，且其之间关系可近似模拟为t1 = 2.04 t2 + 31.167 即磨煤机出口温度每升高10 K，磨煤机入口风温相应增加约20 K。
3、煤中水分变化对磨煤机进出口温度的影响。假设磨煤机出口温度一定，利用此磨煤机热平衡计算模型，可以计算出磨煤机进口风温t进随原煤水分Mar变化的关系，假设磨煤机进口风温一定，亦可得到磨煤机出口温度t出随煤中水分含量变化的关系。两者之间关系可近似模拟为t出=－5．958Mar + 154．54，当磨煤机出口温度一定时，原煤水分Mar每增加1%，磨煤机入口热风温度相应增加约12 ℃，当磨煤机入口热风温度一定时，煤中水分Mar每增加1%，磨煤机出口温度相应降低约6 ℃。
四、制粉系统运行建议
在实际运行中，燃用低水分煤种的电厂一般都存在冷风率偏高的现象，有的电厂冷风率甚至高达50%，使得空气预热器热利用率降低，导致锅炉排烟温度上升，影响锅炉运行的经济性。首先要对所燃煤种进行具体分析，以确定最佳的磨煤机出口介质温度，再建立的磨煤机热平衡模型，算出磨煤机进口热风温度，进而推算出可以降低的冷风量，以指导锅炉运行人员对制粉系统的运行进行优化调整。当然，在实际运行中，燃用高水分煤种的电厂也可能存在冷风率调整为零时热一次风温依然不够的情况，可采用回热系列技术中的送风回热技术，该技术不仅可以解决热风温度不够问题，提高锅炉燃烧效率，还可以降低机组的排汽损失。除此之外，也可以考察空气预热器的转向，若空气预热器中经烟气加热后的转子先后分别经过二次风道、一次风道，可以考虑实施空气预热器反转的改造方案，亦可增加热一次风温，但此方案会相应使得热二次风温有所降低。
通过建立的热平衡理论可针对不同的运行工况，计算出中速磨煤机进出口温度之间的关系、水分变化对磨煤机进出口温度的影响。对电厂实际试验时制定出合适的试验参数具有重要的参考和指导意义。对燃用高水分煤种的电厂，若存在热风温度不够的问题，采用回热系列技术中的送风回热技术，不仅可以解决热风温度不够问题，提高锅炉燃烧效率，还可以降低机组的排汽损失。
参考文献：
[1]李红智，姚明宇，徐党旗．煤锅炉SCＲ 入口烟温高和制粉干燥出力不足问题分析及改造［J］． 热力发电，2014，43（6）8
[2]刘颖，吕震中，崔彦锋． 热风送粉煤粉浓度的软测量研究［J］．江苏电机工程，2012，27（3）：67 － 69．
[3]潘睿，李淑红，王志伟．高效除尘脱硫CT/n 型锅炉炉前型煤机的研制［J］． 森林工程，2013，23（1）7．
[4]赵仲琥，张安国，王文元．火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法［M］． 北京：中国电力出版社，2013．
论文作者:张太平,周利哲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
标签：磨煤机论文; 制粉论文; 温度论文; 中速论文; 水分论文; 系统论文; 热风论文; 《电力设备》2018年第32期论文;