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摘要：石子煤排放率是影响中速磨煤机安全经济运行的一个重要参数。磨煤机风环动静间隙会随着磨损而增大，使风环出口风速降低，导致石子煤排放增加。石子煤排放率是影响磨煤机安全经济运行的一个重要参数，石子煤排率过大将导致石子煤热值增加，从而使得磨煤机出力变低、经济性变差。以HP863 型中速磨煤机为研究对象，采用数值模拟方法研究风环动静间隙对风环出口速度以及石子煤沉降的影响，并提出了动静间隙变大导致风环速度下降的优化方案。
关键词：中速磨煤机；石子煤；排放
一、石子煤排放情况及其物理特性
通过石子煤的物性分析，可以判断磨煤机排放的石子煤是否异常，如果石子煤的密度大、热值低，表示石子煤排放正常，即使石子煤量较大也是因为原煤中的杂质较多；而如果石子煤的热值偏大，即有部分煤颗粒也被当做石子煤排出，造成能源浪费。同时石子煤的物理特性，如密度和当量直径，均可以为数值模拟的参数设置提供实际依据。在石子煤排放率较大的HP863 磨煤机上，进行了石子煤排放采样。磨煤机磨制优混煤，一次风量70t/h、给煤量27.25t/h、出口温度85℃，稳定运行后采集了1h 的石子煤，称重得出石子煤排放量为148kg/h，石子煤排放率达到了0.54%，远高于相关标准的0.05%。观察发现，石子煤中除了煤矸石外，其中还夹杂了部分石块、煤块和煤粉颗粒。在实验室中再次缩分出1kg 石子煤，一颗颗分别测量其质量和体积浸水法，计算石子煤的真密度和当量直径。依据密度分成8个区间，测量其发热量。试验结果表明，石子煤的当量范围在0.2～1.8cm，当量直径在0.4～1.0cm 区间的石子煤质量百分数最大，占总质量的65%。石子煤的真密度和收到基低位发热量实验结果显示，石子煤中有大量的煤块和煤矸石（密度小于2000kg/m3），占总质量的48%，且该区间的石子煤发热量均大于14MJ/kg，即该磨煤机排出的石子煤中有近50% 是高热值的煤块或煤矸石，造成了不必要的能源浪费和磨煤机出力损失。
二、中速磨煤机动静间隙风环速度的优化方案
1、数值模型
（1）几何模型和网格划分。根据实际磨煤机测绘结果，针对研究的问题构建了HP863 的简化计算模型如图。
模型由一次风道、一次风室、磨碗、磨辊、风环以及筒体组成，未包含磨煤机上部的分离器。由于磨煤机内部的几何结构较复杂，在进行三维网格划分时，在风环处采用了较细的结构化网格，其他部分采用了非结构化网格，总网格数为368 万，经过检查，网格质量较好。
（2）计算模型与边界条件。假设磨煤机内的一次风为不可压缩、定常湍流流动的理想气体，气相流动采用对旋流流动计算有更高精度，其计算精度完全能满足工程流场计算的要求。在磨煤机内部，气相一次风所占的体积百分数要远高于固相的石子煤，石子煤是以离散颗粒的形态存在，故采用离散相（DPM）模型模拟石子煤的排放情况。设定一次风入口为质量进口边界条件，混合热风温度为200 ℃，根据设计与实际的一次风量范围，分别计算60，65，70t/h 三个风量下不同动静间隙的内部流场，动静间隙的范围为8 22mm，磨煤机上部的出口为模型的出口，设定为充分发展的边界条件，其他内壁面均为绝热壁面。根据石子煤的物性分析结果，选择石子煤密度范围为1300～3400kg/m3，当量直径为1 ～ 22mm。设置石子煤由cone 型射入面从磨碗边缘喷出，假设石子煤为理想球体。模型中设置一次风室内壁面为trap 类型用于统计落入一次风室的石子煤量。
2、计算结果与分析
（1）动静间隙对流场的影响。根据65t/h 的一次风量下动静间隙分别为10mm，20mm 的风环附近的流场图显示，动静间隙由10mm 增加至20mm，间隙处的流通面积增加，部分一次风被分流，风环出口风速明显降低. 在不同动静间隙大小和一次风量下，风环出口风速和动静间隙漏风率（动静间隙风量占总风量的比例），动静间隙从10mm 增大到20mm，在3 个风量下风环出口风速会降低9.5～ 11m/s，动静间隙漏风率由24.8% 增大至35.7%，总风量对动静间隙漏风率的变化无影响。
（2）动静间隙对石子煤排放的影响。定义数值计算中石子煤落入一次风室的比例为石子煤沉降率，据不同条件下的石子煤沉降率显示，粒径较小的石子煤均能被风环出口的热风托起，落入一次风室的石子煤量较小，石子煤沉降率随着粒径增加而增加，且在相同粒径下的石子煤沉降率随其密度增加而增加。动静间隙由10mm 增大至20mm，石子煤沉降率明显增大。结合石子煤粒径和密度的分布分析结果，动静间隙宽度由10mm 增大至20mm 后，石子煤总沉降率由8.64% 增加至18.52%，增加率达114%。
3、动静间隙的优化方案。风环动静间隙在磨煤机内长期被煤颗粒冲刷，不可避免的存在磨损而导致间隙变宽。为此，提出了一个防止动静间隙漏风率增大的优化方案：在一次风室内的风环入口至内壁面加装一圈密封圆环板，密封板与内壁的间隙与风环动静间隙一致，密封板有一定的斜度，防止煤粒的堆积。密封板位置一般不易受到煤颗粒的冲刷，能有效避免动静间隙增大后所导致的漏风率增加。加装密封板（密封间隙设定为10mm）后不同动静间隙大小在65t/h。在风环动静间隙磨损到20mm 的情况下，加装密封板后，风环出口风速可提高9.7m/s，接近无密封板时磨损前的动静间隙为10mm 的风环出口风速。根据石子煤的粒径和密度分布计算加装密封板后的石子煤总沉降率变化情况显示，在动静间隙为10mm 时加装密封板前后的石子煤总沉降率变化不大，但在动静间隙磨损到20mm 后，加装密封板的石子煤总沉降率由18.52% 降低至12.77%，降低率达31%。
结论
（1）提出了一种动静间隙密封装置。在风环动静间隙磨损到20mm 的情况下，加装密封板后，风环出口风速可提高9.7m/s，接近无密封板时磨损前的动静间隙为10mm 的风环出口风速，石子煤总沉降率由18.52% 降低至12.77%，降低率达31%。
（2）实际的HP863 中速磨煤机风环结构改造后，石子煤排放率降低了68.7%，达到了相关标准要求。运行近2a 时间，没有再出现石子煤排放率增加现象，石子煤排放量过大制约磨煤机出力的问题得到了有效解决。
参考文献：
［1］赵振宁．基于数值模拟方法的中速磨煤机石子煤排放研究［J］． 热力发电，2017，39（11）：37－40．
［2］朱宪然，张清峰．中速磨煤机的石子煤特性研究［J］．中国电机工程学报，2016，30（23）：67－72．
［3］赵熙，阎维平． 600 MW 锅炉中速磨石子煤排放异常分析［J］． 锅炉技术，2016，41（2）：61－64．
论文作者:孙永利
论文发表刊物:《房地产世界》2019年7期
论文发表时间:2019/9/18
标签：石子论文; 间隙论文; 动静论文; 磨煤机论文; 中速论文; 风量论文; 风速论文; 《房地产世界》2019年7期论文;