MPS-HP-II型磨煤機磨制蘭炭的選型研究

張明昌

（中國電建集團長春發(fā)電設(shè)備有限公司，吉林 長春 130000）

霧霾天下，環(huán)保先行。具有清潔煤制品之稱的蘭炭實現(xiàn)“華麗轉(zhuǎn)身”，逐步成為“新寵兒”，其價格低、污染少，在工業(yè)和民用方面都得到了很高的認(rèn)可，是一種性價比很高的燃料。

蘭炭又稱為半焦、焦粉，結(jié)構(gòu)為塊狀，粒度一般為0～80 mm，顏色呈淺黑色，是利用優(yōu)質(zhì)侏羅精煤塊燒制而成的，其具有高固定碳、低硫、低磷和發(fā)熱量高等特性，著火性能穩(wěn)定，燃盡率高，燃燒溫度與結(jié)渣性適宜，是一種新型的環(huán)保清潔能源。

近幾年，蘭炭的生產(chǎn)技術(shù)工藝有了大幅度的提升，已經(jīng)由傳統(tǒng)的氨水熄焦提升為現(xiàn)有中水回用的干法熄焦和清水熄焦模式，具有低能耗、污染小、低成本、清潔環(huán)保以及品質(zhì)高的明顯優(yōu)勢。干法熄焦和清水熄焦主要是在冷卻段采用經(jīng)污水處理裝置處理后的回用水進行噴淋冷卻，對生產(chǎn)出的焦塊降溫。解決了蘭炭廢水處理的難題，中水回用率高達(dá)98%以上，實現(xiàn)了污水零排放。

同時，利用中水回用的干法熄焦和清水熄焦方式，可以去除氨水熄焦工藝產(chǎn)品蘭炭中的有機污染物，即硫化物、碳氧化物、酚和焦油等有害物質(zhì)。避免了蘭炭產(chǎn)品下游用戶的二次污染，從而實現(xiàn)了蘭炭整體過程的清潔化生產(chǎn)。

技術(shù)工藝的轉(zhuǎn)變促進了國內(nèi)蘭炭生產(chǎn)方式的全面變革，使清潔蘭炭在替代燃煤治理大氣污染的過程中取得了更顯著的效果，將會大量應(yīng)用在電力行業(yè)中。

1 工程基本概況及燃用蘭炭的資料

該工程是在已經(jīng)運行的燃煤電站的基礎(chǔ)上，對部分制粉設(shè)備系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。增加一臺磨制蘭炭的磨煤機，將蘭炭磨碎后直接輸送至鍋爐內(nèi)，與原煤一起在爐膛中進行混合燃燒。

鍋爐的型式：采用超超臨界參數(shù)，四角切圓燃燒。鍋爐主要參數(shù)如下。

鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量： 1 900 t/h；過熱器出口蒸汽壓力：32.55 MPa；過熱器出口蒸汽溫度：605 ℃；一二次再熱器出口蒸汽溫度： 623 ℃；鍋爐效率（BRL 工況）：≥95.1 %（保證值）；鍋爐一次風(fēng)溫度不高于332℃，磨煤機出口溫度75℃，一次風(fēng)率不高于23%；細(xì)度R90 =18%；采用動態(tài)分離器。單臺磨蘭炭燃燒量49.37 t，磨損后期保證出力不小于54.3 t/h，具體參數(shù)見表1。

2 MPS-HP-II型磨煤機的選型計算

2.1 磨煤機的碾磨出力計算

MPS-HP-II 型磨煤機碾磨出力BM計算公式如下：

BMO為磨煤機的基本出力，t/h；fH為可磨性修正系數(shù)；fR為細(xì)度修正系數(shù)；fM為水分修正系數(shù)；fA為灰分修正系數(shù)；fe為磨損后期出力修正系數(shù)；fsi為動態(tài)分離器修正系數(shù)；fg為原煤粒度修正系數(shù)[1-2][5]。

按蘭炭成分資料查詢各修正系數(shù)如下：

fH=0.7905；fR=1.0307；fM=0.8785；fA=1；fsi=1.07；fe=0.95；fg=1

查取MPS200HP-II 型磨煤機基本出力，BMO=77.78t/h

按公式計算磨煤機磨損后期碾磨出力：

BM=77.78×0.7905×1.0307×0.8785×1×0.95×1.07×1=56.6t/h

根據(jù)上述計算可知，MPS200HP-II 型中速磨煤機磨損后期出力為56.6 t/h，大于保證出力54.3 t/h 的要求，因此，選擇MPS200HP-II 型中速磨煤機的碾磨出力完全能滿足要求，選型合理。

2.2 熱平衡計算

磨煤機的熱平衡計算是根據(jù)起始斷面輸入的總熱量與終端斷面處輸出的熱量和中間消耗的總熱量相等的原理，即：輸入的總熱量qin=輸出的總熱量qout，求出干燥劑中的各種氣體份額，并計算出干燥劑的初始溫度值同時，計算出的熱風(fēng)量需要同時滿足磨煤機的通風(fēng)、干燥和鍋爐燃燒的要求。

2.2.1 輸入系統(tǒng)總熱量組成

式中：qle為外界漏入設(shè)備的冷風(fēng)物理熱kJ/kg（對于正壓系，qle=0）；qag1為輸入的干燥劑物理熱，kJ/kg；qqs為磨煤機密封風(fēng)的物理熱，kJ/kg；qmac為磨煤機碾磨工作時所產(chǎn)生的機械熱量，kJ/kg[1][2][5]。

2.2.2 輸出系統(tǒng)總熱量的組成

式中：qev為蒸發(fā)燃料中的水分消耗的熱量，kJ/kg；qag2為出口乏氣帶出的熱量，kJ/kg；qf為加熱燃料消耗的熱量，kJ/kg；q5為磨煤機散熱損失，kJ/kg[1-2][5]。

2.2.3 熱平衡方程

按照輸入熱量與輸出熱量相等的原則，列出熱平衡方程：

通過上述熱平衡方程式可得出t1計算公式如下：

式中：g1為干燥劑量，cag1為干燥劑的比熱容[1-2][5]。

該工程以熱風(fēng)作為干燥劑，壓力冷風(fēng)進行調(diào)節(jié)[1]，正壓直吹式制粉系統(tǒng)。將蘭炭的相關(guān)成分資料及系統(tǒng)要求參數(shù)輸入公式進行計算后得出：

t1=（408.754+150.495+76.126+12.7075-0-1.713-17.906）/ 1.031/1.894=322℃

根據(jù)熱平衡計算結(jié)果，燃用蘭炭時的具體參數(shù)如下。

磨煤機出力：在49.37 t/h 工況下，通風(fēng)量93.5 t/h；鍋爐一次風(fēng)率21.85%；磨煤機入口處一次熱風(fēng)溫度為322℃，均滿足鍋爐能提供的參數(shù)及燃燒要求。磨煤機出口溫度為75℃，高于50.5℃的露點溫度，熱平衡滿足磨煤機通風(fēng)和干燥出力要求。

3 磨煤機主要碾磨部件輥套、磨盤瓦材料的選擇及內(nèi)部防磨措施

碾磨部件的壽命與燃料的沖刷磨損特性有直接關(guān)系。煤的沖刷磨損指數(shù)Ke 值是表示磨煤機在碾磨時，煤對金屬研磨件磨損程度的指標(biāo)。不同的煤種沖刷磨損指數(shù)是通過專用設(shè)備進行試驗后測試得出。煤的沖刷磨損指數(shù)Ke 數(shù)值越大，對設(shè)備相關(guān)碾磨部件的磨損越嚴(yán)重。

根據(jù)燃煤的Ke 數(shù)值，可以對其磨損性的強弱可按下列范圍區(qū)分：Ke 小于1.0 時，為輕微磨損；Ke 為1.0 ～1.9時，煤的磨損性不強；Ke 為2.0 ～3.5 時，煤具有較強的磨損性；Ke 為3.6 ～5.0 時，煤很強的磨損性；Ke 大于5.0時，則煤具有極強的磨損性[3-4]。

通過實際燃用煤質(zhì)的Ke 值，可以估算出磨煤機碾磨部件輥套和磨盤瓦的壽命。相同耐磨材料下，Ke 值越大，輥套和磨盤瓦壽命越低。要提高碾磨部件的壽命，就只有選擇耐磨性更好的材料。

目前，磨煤機的輥套和磨盤瓦主要有3 種耐磨材料，高鉻鑄鐵、耐磨堆焊、陶瓷復(fù)合鑄造。高鉻鑄鐵屬于傳統(tǒng)技術(shù)，造價低、壽命較低。耐磨堆焊材料屬于復(fù)合性材料，造價較高、壽命較長。陶瓷復(fù)合鑄造工藝較復(fù)雜，造價最高，壽命長，屬于近幾年的新型耐磨技術(shù)。

該工程中蘭炭的沖刷磨損指數(shù)Ke 大于10，具有超強的磨損特性，需要采用高耐磨性材料來保證碾磨件的壽命。建議選擇造價高的陶瓷復(fù)合鑄造輥套和磨盤瓦，增加碾磨件的壽命，減少日常檢修工作量，增加設(shè)備長期運行的穩(wěn)定性。

蘭炭的沖刷磨損指數(shù)增大，會使磨煤機內(nèi)部磨損加劇，需要對磨損嚴(yán)重的部位做相應(yīng)的防磨措施。如磨煤機中架體筒體內(nèi)壁和分離器內(nèi)錐體，建議貼陶瓷防磨處理；分離器葉片建議采用耐磨鋼板；加載架防護板及輥支架護板建議選用耐磨堆焊材料進行防磨處理；輸出煤粉管道建議進行貼陶瓷處理或采用特殊耐磨堆焊材料處理，解決各部位磨損問題。

4 結(jié)論

首先，經(jīng)過選型計算，選用MPS200HP-II 型中速磨煤機，磨制蘭炭的出力完全能滿足的工程要求。

其次，通過熱平衡計算，現(xiàn)有的熱風(fēng)系統(tǒng)提供的一次風(fēng)溫、風(fēng)量完全能夠滿足干燥蘭炭的要求，能夠達(dá)到MPS200HP-II 型磨煤機的碾磨蘭炭出力的要求。

再次，耐磨件選用最新的陶瓷復(fù)合材料，解決了蘭炭磨損性強，碾磨件壽命低的問題。對磨煤機內(nèi)部磨損嚴(yán)重的部位進行了防磨處理，保證設(shè)備能長期穩(wěn)定運行。

最后，生產(chǎn)蘭炭技術(shù)工藝的整體變革，蘭炭成了更加清潔的煤制品，是一種性價比很高的燃料。解決了蘭炭碾壓磨制成粉的問題后，適應(yīng)了鍋爐燃燒要求，為電力行業(yè)煤粉鍋爐中燃用蘭炭或摻燒蘭炭提供了有力的保障。