MPS型中速辊式磨煤机制粉系统中德热力计算实例分析

尹明泉, 王春民, 刘 欢

(北京电力设备总厂有限公司， 北京 102401)

中速辊式磨煤机(简称磨煤机)主要以20世纪50年代从德国Babcock公司引进的MPS型磨煤机和其改进结构及型号(如ZGM型)为主，而作为计算该类型磨煤机干燥出力的德国标准计算理论(简称德标)也一起引进过来并一直指导厂家对磨煤机的选型计算和对磨煤机干燥能力进行验证。过去火力发电厂主要以燃烧低水分的优质煤炭为主，采用德标进行磨煤机干燥出力验证时，完全能够满足选型要求。而近年来，由于我国优质煤炭资源大量减少及限制采购等原因，火力发电开始燃烧高水分、储量丰富的褐煤，但采用德标进行干燥出力选型时，发现干燥出力与碾磨出力不能匹配，即通过干燥出力确定的磨煤机型号要比通过碾磨出力确定的型号大一个或几个型号，这就导致如果磨煤机厂家以碾磨出力计算确定的小型号磨煤机实际运行中达不到电厂锅炉负荷要求，而以干燥出力计算确定的型号产品竞争力不够。

中国电力行业标准DL/T 5145—2012 《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》(简称国标)中规定“褐煤水分在30%～35%时可采用中速磨煤机，当燃煤热值、锅炉一次风率及热风温度等条件可满足锅炉燃烧和热平衡要求时，可采用MPS型或ZGM型中速磨煤机，磨煤机出力必须通过试磨确定”，但由于厂家试验条件限制，该理论一直未被深入研究。因此，笔者通过多个工程实例对该热力计算理论进行深入研究，为后期试验研究提供一定的理论基础。

1 国标和德标热力计算主要区别

1.1 磨煤机工作时产生的机械热

1.1.1 国标热力计算理论

根据国标中第5.3节热平衡可知：磨煤机输入的总热量主要包括干燥剂的物理热、漏入冷风的物理热、密封风物理热和磨煤机工作时产生的机械热(DL/T 5145—2002中还包括原煤物理热)；磨煤机输出和消耗的热量主要包括蒸发原煤中水分消耗的热量、乏气干燥剂带走的热量、加热燃料消耗的热量和设备自身散热损失的热量。而除了干燥剂的物理热未知外，其他参数均可通过已知参数求得，因此，热力计算主要是通过平衡公式确定干燥剂入磨煤机的物理热，最终确定干燥剂入磨煤机的温度。

1.1.2 德标热力计算理论

德标热力计算主要是先计算磨煤机碾磨过程中所需要的热量，然后再通过迭代算法计算出入口干燥剂的初始温度。基本原理与火电规定的热力计算理论相同，但在计算过程中减少了对一些热量的考虑[1]。

(1)

Qtotal= (QFd1+QST+QH2O,PF+

QSA+QL)×(1+VLQ)

由式(1)可知：德标热力计算主要是加热干粉、煤粉水分、密封风、漏风和蒸发水所需要的热量之和。与国标相比，缺少了磨煤机工作时产生的机械热qmac。

1.2 干燥剂的入磨煤机通风率

国标中规定轮式中速磨煤机正压直吹式制粉系统(MPS型、MPS-HP-II型、ZGM型)始端干燥剂通风率ΨMV按下式计算：

(2)

(3)

德标ΨMV按下式计算：

(4)

两种通风率具有一定的不同，因此，对进入磨煤机的干燥剂的物理热量也会产生相应的影响。

1.3 磨煤机入口原煤温度

国标热力计算中对原煤温度trc的计算一般为：

因此，当环境温度不等于0 ℃或者20 ℃时，计算加热原煤所需热量都会产生差别。

1.4 磨煤机散热损失系数

磨煤机散热损失系数是指磨煤机在运行过程中具有一定的散热损失，而在理论计算中往往采用经验法确定该散热损失系数。国标热力计算中该散热损失系数取值为0.02，而在德标中该取值为0.05。该系数的不同在一定程度上影响了磨煤机所需入口干燥剂的物理热量和干燥剂的温度。

2 热力计算实例结果对比

实例计算中将主要对比散热损失系数、干燥剂入磨煤机通风率、原煤温度和磨煤机散热损失系数这4个参数对干燥剂初始温度的影响。

表1～表4为分别选用东胜热电项目、内蒙古大唐国际某煤制气项目、菲律宾某热电项目和印尼肯达里某热电项目中的基本数据进行的热力计算结果。表5为4个工程热力计算各个工况的对比结果。

表1 东胜热电项目热力计算结果

表1(续)

表2 内蒙古大唐国际某煤制气项目热力计算结果

表3 菲律宾某热电项目热力计算结果

表4 印尼肯达里某热电项目热力计算结果

表5 各工况对比结果分析

由表1～表4数据可知：原煤收到基全水分质量分数、收到基低位发热量等输入数据各不相同，对干燥剂始端温度的影响也不同。因此，可以通过工况对比反映出单个影响系数对干燥剂始端温度的影响：

(1) 国标热力计算中，增加机械热、提高干燥剂始端通风率和采用低的散热损失系数都会造成干燥剂始端温度的计算值降低，更有利于磨煤机的选型。

(2) 由国标可知，原煤温度与收到基全水分质量分数和热值有关。对于收到基全水分质量分数较高、热值较低的煤种，原煤温度应该按20 ℃计算，反之原煤温度为0 ℃。根据原煤温度对干燥剂始端温度的影响可知，将原煤温度由较低的计算温度改为较高的当地环境温度(如菲律宾某热电项目中由20 ℃改为32.2 ℃)时，磨煤机入口干燥剂的始端温度将降低，而在德标热力计算中，原煤温度一直采用环境温度进行计算。

(3) 国标热力计算(工况2)和德标热力计算(工况1)对干燥剂始端温度的影响与国标热力计算中机械热、通风率和散热损失系数3个系数对干燥剂始端温度的综合影响基本相当；当考虑国标热力计算中4个系数对干燥剂始端温度的综合影响时，其结果有较大不同。说明在实际工程计算中，只考虑机械热、通风率和散热系数3个影响系数即可。

(4) 在对比国标和德标热力计算对干燥剂始端温度的影响时，散热损失系数影响占比为40%左右；当原煤水分较大且环境温度较高时，通风率影响占比在40%左右，此时机械热影响占比为20%左右；当原煤水分较小且环境温度较低时，通风率影响占比在30%左右，此时机械热影响占比为30%左右。

3 结语

笔者主要讨论了国标和德标对磨煤机热力计算的主要区别，通过理论计算发现主要存在机械热、通风率、原煤温度和散热损失系数4个影响系数的不同，并通过4个实际工程案例分别采用2种理论方法和变换相应系数进行计算，来研究4种影响系数对干燥剂始端温度的影响，结果发现造成2种标准不同的因素主要有3个(机械热、通风率和散热损失系数)，而由于2种标准的中间计算过程不同，导致原煤温度并没有对2种标准的最终结果产生影响，即2种标准都可以采用原有规定的方法来获取原煤温度来进行后续计算。

通过研究最终表明：采用国标对磨煤机进行干燥出力选型会为实际选型提供有利帮助，但在实际运行中是否如计算所述，还需要通过性能试验进行验证。

参考文献：

[1] 北京电力设备总厂. ZGM型中速辊式磨煤机技术条件及选型导则: Q/DL01.J101—2009[S]. 北京: 北京电力设备总厂, 2009.

[2] 张明昌, 车长发. MPS-HP-Ⅱ型中速磨煤机磨制褐煤与LCC煤粉的混煤的可行性研究[J]. 现代制造技术与装备, 2015(6): 82-85.

[3] 于清航. 工业煤粉锅炉煤粉制备中磨煤机的选型及发展[J]. 洁净煤技术, 2015, 21(1): 99-102.

[4] 李战国, 袁鸿飞, 冷杰, 等. MPS-HP-Ⅱ型磨煤机磨制高水分褐煤出力计算及应用研究[J]. 东北电力技术, 2014, 35(10): 41-43.

[5] 孙峰柏. 中磨煤机选型及热平衡计算研究[J]. 科技创新与应用, 2015(30): 42.