ZGM113型磨煤機(jī)運(yùn)行工況對煤粉細(xì)度的影響機(jī)制

涂國勇，程 強(qiáng)，曾學(xué)文，鄭 熙，張 君，張 進(jìn)，董建聰

（1.國家能源集團(tuán)黃金埠發(fā)電有限公司，江西 上饒 335101；2.南京工程學(xué)院能源研究院，南京 211167）

0 引言

將煤礦粉碎為煤粉有利于提高鍋爐的燃燒效率，因此磨煤機(jī)是火電廠重要的輔助設(shè)備[1]，使較多學(xué)者對磨煤機(jī)展開研究。磨煤機(jī)出口溫度是影響鍋爐安全性的重要參數(shù)[2]，張智羽等[3]利用正交法探索磨煤機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)對其出口溫度的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)一次循環(huán)煙氣比例是影響磨煤機(jī)出口溫度的關(guān)鍵性因素之一。王天堃[4]研究了磨煤機(jī)故障對磨煤機(jī)運(yùn)行工況的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出了一套磨煤機(jī)故障在線監(jiān)測的方法。煤粉分離器是磨煤機(jī)的重要部件，孫哲等[5]基于多相流理論構(gòu)建了煤粉分離器的理論模型，并根據(jù)該模型提出了煤粉分離器的改進(jìn)方法以實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)的增容。王培毅等[6]對磨煤機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以解決該磨煤機(jī)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況的問題，其研究了磨煤機(jī)出力、一次風(fēng)量、分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度之間的本構(gòu)關(guān)系，結(jié)果表明造成磨煤機(jī)堵磨的原因是磨煤機(jī)出力過小，導(dǎo)致較大尺寸煤礦的出現(xiàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)所采用的原煤特性參數(shù)Table 1 Raw coal characteristic parameters used in the experiment

圖1 磨煤機(jī)給煤量對煤粉細(xì)度影響Fig.1 The influence of coal feed rate of coal mill on fineness of pulverized coal

盡管較多學(xué)者對磨煤機(jī)展開了研究，但是磨煤機(jī)運(yùn)行工況與煤粉細(xì)度之間的本構(gòu)關(guān)系尚未完全被構(gòu)建。降低煤粉細(xì)度可以提高煤粉的比表面積，從而改善煤粉的燃燒過程，但是過細(xì)的煤粉細(xì)度所導(dǎo)致的架橋現(xiàn)象會(huì)阻礙煤粉的輸運(yùn)過程，同時(shí)降低煤粉細(xì)度的代價(jià)則是增加磨煤機(jī)的能耗。因此，需要對磨煤機(jī)運(yùn)行工況與煤粉細(xì)度之間的本構(gòu)關(guān)系展開研究，以期為磨煤機(jī)的運(yùn)行提供指導(dǎo)。

本文以國電黃金埠發(fā)電有限公司的磨煤機(jī)為研究對象，研究了給煤量、一次風(fēng)量、液壓加載力以及分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度的影響機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用ZGM113型磨煤機(jī)作為研究對象，該磨煤機(jī)通過3個(gè)磨輥的自轉(zhuǎn)和磨環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)煤塊的粉碎。煤塊經(jīng)中央管道落入磨輥上，繼而利用離心力將煤塊輸運(yùn)至磨輥運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上。煤粉粉碎過程中通過通風(fēng)口向磨煤機(jī)內(nèi)部通入熱風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)煤粉的干燥以及輸運(yùn)過程。煤粉被熱風(fēng)輸送至煤粉分離器，通過離心力將細(xì)粉與粗粉分離。

1.2 原煤參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)所使用的原煤參數(shù)見表1，其為電廠煤質(zhì)分析化驗(yàn)車間所提供（化驗(yàn)時(shí)間：2020-01-01～2020-02-01）。

1.3 測試方法

采用平頭槍多點(diǎn)取樣法對煤粉細(xì)度進(jìn)行取樣測試。磨煤機(jī)給煤量、一次風(fēng)量、液壓加載力以及分離器轉(zhuǎn)速等參數(shù)由ZGM113型磨煤機(jī)控制系統(tǒng)提供。

2 結(jié)果與討論

2.1 給煤量的影響

磨煤機(jī)給煤量是磨煤機(jī)運(yùn)行的重要參數(shù)，因此本文首先對磨煤機(jī)給煤量對煤粉細(xì)度的影響規(guī)律展開了研究。為了規(guī)避其它因素的影響，本小節(jié)中保持磨煤機(jī)的液壓加載力、動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速以及一次風(fēng)量不變，磨煤機(jī)的給煤量從42th-1改變到55th-1。

圖1顯示了磨煤機(jī)給煤量與煤粉細(xì)度之間的本構(gòu)關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著磨煤機(jī)給煤量的增加，煤粉細(xì)度也隨之增加，這意味著煤粉顆粒的尺寸變大。圖1中數(shù)據(jù)表明，當(dāng)磨煤機(jī)給煤量從42th-1增加到55th-1時(shí)，煤粉細(xì)度R88從14.4%增加到17.2%，這一變化有可能對鍋爐燃燒特性產(chǎn)生影響。磨煤機(jī)給煤量對煤粉細(xì)度的影響可以從兩方面來解釋：一方面隨磨煤機(jī)出力增加，單位時(shí)間進(jìn)入磨煤機(jī)的煤量上升，會(huì)導(dǎo)致煤在磨煤機(jī)里面未能充分研磨就被帶出系統(tǒng)，導(dǎo)致煤粉細(xì)度值升高，煤粉變粗；另一方面，一次風(fēng)量不變的情況下，磨煤機(jī)對煤粉的干燥能力基本保持不變。隨著給煤量的增加，若一次風(fēng)量保持不變，則煤粉的含水量便會(huì)上升，同時(shí)煤粉的溫度則會(huì)下降，高含水量和低溫都會(huì)降低煤的可磨性，因此增加給煤量也會(huì)導(dǎo)致煤粉的尺寸較大。

2.2 一次風(fēng)量的影響

2.1 節(jié)中的結(jié)果表明，一次風(fēng)量可能對煤粉細(xì)度產(chǎn)生影響，因此本小節(jié)研究了一次風(fēng)量對煤粉細(xì)度的影響規(guī)律。本小節(jié)中，控制磨煤機(jī)的液壓加載力為9.7 MPa，動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速為770r min-1，磨煤機(jī)出力為50th-1，實(shí)驗(yàn)將磨煤機(jī)的一次風(fēng)量從95th-1調(diào)整到107th-1來研究一次風(fēng)量對煤粉細(xì)度的影響機(jī)制。

2.1 節(jié)的分析表明，一次風(fēng)量可以通過影響煤粉的含水量和溫度來影響煤粉的可磨性。需要指出的是，增加一次風(fēng)量來提高煤粉的可磨性并不意味著可以改善煤粉細(xì)度。如圖2所示，隨一次風(fēng)量增加，煤粉細(xì)度的值呈指數(shù)型增長，這說明增加一次風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致煤粉變粗，并且隨一次風(fēng)量增加，改變一次風(fēng)量對煤粉細(xì)度影響越來越明顯。一次風(fēng)量由95th-1增加到107th-1，煤粉細(xì)度R88由16.4%上升為18.4%。這一現(xiàn)象主要是由于煤粉的輸運(yùn)過程所導(dǎo)致的，磨煤機(jī)通過一次風(fēng)將煤粉輸運(yùn)至動(dòng)態(tài)分離器，當(dāng)一次風(fēng)量較小時(shí)，較大的煤粉顆粒由于自身重力難以被一次風(fēng)帶起并輸運(yùn)至分離器，此時(shí)一次風(fēng)量對煤粉細(xì)度的影響較小；當(dāng)一次風(fēng)量足夠?qū)⒊叽巛^大的煤粉顆粒輸運(yùn)至煤粉分離器，增加一次風(fēng)量便可以對煤粉細(xì)度產(chǎn)生較明顯的影響。

圖2 磨煤機(jī)一次風(fēng)量對煤粉細(xì)度影響Fig.2 The influence of the primary air volume of the coal mill on the fineness of pulverized coal

圖3 液壓加載力與煤粉細(xì)度的關(guān)系Fig.3 The relationship between hydraulic loading force and coal fineness

2.3 液壓加載力的影響

ZGM113型磨煤機(jī)通過磨輥和磨環(huán)之間的相對運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)煤塊的粉碎，因此磨輥和磨環(huán)之間的壓力是影響煤粉細(xì)度的重要影響因素。鑒于此，本小節(jié)研究了磨煤機(jī)液壓加載力的變化對煤粉細(xì)度的影響。

對于ZGM113型磨煤機(jī)，其加載油壓為3.2 MPa～12.9MPa，在這一范圍內(nèi)調(diào)整液壓加載力來獲取煤粉細(xì)度和液壓加載力之間的關(guān)系。試驗(yàn)過程中，控制磨煤機(jī)出力為48th-1, 磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量控制在100th-1左右，動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速置于770r min-1，調(diào)整磨煤機(jī)液壓加載力分別為10MPa、11MPa和12MPa，得到的液壓加載力與煤粉細(xì)度的關(guān)系曲線如圖3所示。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：在48t/h出力下，煤粉細(xì)度R90隨著液壓加載力的增加而變小。液壓加載力從10MPa增加到12MPa時(shí)，煤粉細(xì)度R90從23.39%降為20.13%。

2.4 動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速變化

動(dòng)態(tài)分離器將通過離心力實(shí)現(xiàn)煤粉的分離，是磨煤機(jī)的重要部件。因此，本小節(jié)對磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度之間的關(guān)系展開了研究。本小節(jié)通過試驗(yàn)研究了動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度的影響規(guī)律，控制磨煤機(jī)給煤量為50th-1，一次風(fēng)量為107th-1，在570r min-1～1070r min-1范圍內(nèi)改變動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速，得到的動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度的影響如圖4所示。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：隨動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速上升，煤粉細(xì)度R88值下降。當(dāng)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速由570r min-1升高到1070r min-1，煤粉細(xì)度R88由21.2%下降到了7.2%。分離器通過離心力實(shí)現(xiàn)煤粉的分離，而離心力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，因此可以發(fā)現(xiàn)，煤粉細(xì)度隨分離器轉(zhuǎn)速變化的曲線類似于拋物線。

圖4 磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度影響Fig.4 The influence of the dynamic separator speed of the coal mill on the fineness of coal

3 結(jié)論

本文通過單因素分析方法研究了ZGM113磨煤機(jī)的運(yùn)行工況與煤粉細(xì)度之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，給煤量、一次風(fēng)量、液壓加載力以及分離器轉(zhuǎn)速是影響煤粉細(xì)度的重要參數(shù)。煤粉細(xì)度與給煤量之間呈線性增長關(guān)系，這主要是由于煤塊在被完全粉碎前便被帶入到煤粉分離器中。一次風(fēng)量與煤粉細(xì)度之間關(guān)系呈指數(shù)式增長，這主要是由煤粉的輸運(yùn)過程所導(dǎo)致的。增加液壓加載力和分離器轉(zhuǎn)速則可以顯著減低煤粉細(xì)度。