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第六章 燃料准备 §6—1固体燃料准备系统 一、 煤粉及其特性 由于炉排在结构上受到限制,火床炉蒸发量可最大达到65 t/h 左右,否则制造、检修以及运行都会出现困难。

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第六章 燃料准备 §6—1固体燃料准备系统 一、 煤粉及其特性 由于炉排在结构上受到限制,火床炉蒸发量可最大达到65 t/h 左右,否则制造、检修以及运行都会出现困难。 尽管国外有将两个炉排并在一起以提高火床锅炉容量的例子,但这毕竟是有限的。. 煤粉炉是采用悬浮燃烧方式,只要相应地增加炉膛容积,锅炉容量就可以成倍地增加。我国制造的煤粉炉容量已达到2000 t/h。 在煤粉炉中,煤是以煤粉形式被预热空气送入炉膛,煤粉与空气的接触表面大大增加,燃烧非常猛烈,燃尽率很高,而且过量空气系数可以控制得很低,从而使锅炉热效率大大超过火床炉。.

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第六章 燃料准备

§6—1固体燃料准备系统

一、 煤粉及其特性

由于炉排在结构上受到限制,火床炉蒸发量可最大达到65t/h左右,否则制造、检修以及运行都会出现困难。

尽管国外有将两个炉排并在一起以提高火床锅炉容量的例子,但这毕竟是有限的。

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煤粉炉是采用悬浮燃烧方式,只要相应地增加炉膛容积,锅炉容量就可以成倍地增加。我国制造的煤粉炉容量已达到2000t/h。煤粉炉是采用悬浮燃烧方式,只要相应地增加炉膛容积,锅炉容量就可以成倍地增加。我国制造的煤粉炉容量已达到2000t/h。

在煤粉炉中,煤是以煤粉形式被预热空气送入炉膛,煤粉与空气的接触表面大大增加,燃烧非常猛烈,燃尽率很高,而且过量空气系数可以控制得很低,从而使锅炉热效率大大超过火床炉。

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煤粉炉在运行机械化和自动化程度上也高于火床炉。煤粉炉在运行机械化和自动化程度上也高于火床炉。

当然,煤粉炉需要磨煤机及其制粉系统,其金属消耗量和磨煤电耗都比较大,而且煤粉炉还要求连续运行,不宜低负荷运行。

在我国,容量小于35t/h的锅炉都采用火床炉,对容量35~65t/h的锅炉是采用煤粉炉还是火床炉,要视煤种和使用场合等具体情况而定。

国外火床炉容量比较大,如联邦德国采用抛煤机双幅水冷振动炉排,其容量达120t/h。

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1. 煤粉的一般特性

形状很不规则,

尺寸小于500μm,大部分为20~60 μm。

刚磨制的疏松煤粉的堆积密度为0.4~0.5t/m3,经堆存自然压紧后,其堆积密度约为0.7t/m3。

具有较好的流动性。由于煤粉颗粒小,比表面积大,能吸附大量空气,所以煤粉的堆积角很小,并有很好的流动性,可采用气力方便地在管内输送。

同时也容易通过缝隙向外泄漏,造成对环境的污染。若煤粉仓内粉位太低,则会出现自流现象,大量煤粉自动穿过给粉装置,流入一次风管,造成堵塞。

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会自然和爆炸。

因煤粉中吸附了大量空气,极易缓慢氧化,使煤粉温度升高,当达到着火温度时,便引起自燃。

煤粉和空气的混合物在适当的浓度和温度下会发生爆炸。

影响煤粉爆炸的因素有:煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉浓度和温度等。

一般干燥无灰基挥发分小于10%的无烟煤煤粉,或者煤粉的颗粒尺寸大于200 μm时几乎不会爆炸。

当烟煤浓度为0.25~3 kg/kg空气,温度为70~130℃时,一旦有点火源,就会发生煤粉爆炸。

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煤粉的水分对煤粉流动性与爆炸性有较大的影响,水分太高,流动性差,输送困难,且易引起粉仓搭桥。同时也影响着火和燃烧。煤粉的水分对煤粉流动性与爆炸性有较大的影响,水分太高,流动性差,输送困难,且易引起粉仓搭桥。同时也影响着火和燃烧。

水分太低易引起自燃或爆炸,同时干燥耗能增加。

因此,磨煤机出口的煤粉水分还与磨煤机出口的煤粉细度及煤粉温度有关,较可靠的数值应该通过试验或参照同类机组运行数据确定。

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2. 煤粉细度

煤粉细度用一组由细金属丝编织的、具有正方形小孔的筛子进行筛分测定。

煤粉的形状是不规则的,所谓煤粉颗粒直径是指在一定的振动强度和筛分时间下,煤粉能通过的最小筛孔的孔径。

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目前国内电厂采用的筛子规格及煤粉细度的表示方法列于表。目前国内电厂采用的筛子规格及煤粉细度的表示方法列于表。

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3. 煤粉的颗粒组成特性

煤粉是一种宽筛分组成,理论上可以包含有最大粒径以下任意大小的煤粉。

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4. 煤粉经济细度

煤粉愈细,着火燃烧愈迅速,锅炉不完全燃烧损失愈小,锅炉效率提高,但对于制粉设备,但磨煤电耗及磨煤设备的磨损和折旧费也提高。

反之,煤粉较粗,磨煤电耗及金属磨损减少,但锅炉不完全燃烧损失增加。

如选择合理的煤粉细度,可使得锅炉不完全燃烧损失、磨煤电耗及金属磨损的总和最小,该细度即称煤粉经济细度。

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若把磨煤耗费折算到与q4相同的单位,并用qm表示,可以得到q4和qm总和对应于Rx的变化曲线,该曲线是下凹的,其最小值对应的煤粉细度称就是经济细度。若把磨煤耗费折算到与q4相同的单位,并用qm表示,可以得到q4和qm总和对应于Rx的变化曲线,该曲线是下凹的,其最小值对应的煤粉细度称就是经济细度。

图6—1示出某台燃用贫煤的75t/h锅炉的煤粉经济细度,其数值约为R90=15.5%。

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表6—3示出我国煤粉细度的推荐值。

它是根据燃用的煤种、燃烧设备和磨煤机型式及运行管理水平等因素决定的。

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煤粉经济细度需要通过锅炉燃烧试验确定,即在不同煤粉细度下,测量锅炉的热效率、磨煤电耗及金属磨损量,寻找最经济工况时的煤粉细度。煤粉经济细度需要通过锅炉燃烧试验确定,即在不同煤粉细度下,测量锅炉的热效率、磨煤电耗及金属磨损量,寻找最经济工况时的煤粉细度。

影响煤粉经济细度的因素有:煤和煤粉的质量、燃烧方式等。如燃烧煤的挥发分较高,煤粉可粗些;制粉系统磨制的煤粉均匀性指数大,引起机械不完全燃烧损失的大颗粒煤粉少,煤粉的平均粒度可以大些;若炉膛的燃烧热强度大,进入炉内的煤粉易于着火、燃烧及燃尽,允许煤粉粗些。

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5. 煤的可磨性系数

电厂中常以煤的可磨性和磨损性来选择磨煤机和制粉系统的型式。

而可磨性和磨损性分别以可磨性系数和磨损指数表示。

可磨性系数表示煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度。

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国家标准规定:煤的可磨性试验采用哈德格罗夫法(Hardgrove法)测定哈氏可磨指数HGI。其方法为:将经过空气干燥、粒度为0.63~ 1.25 mm的煤样50g,放入哈氏可磨性试验仪 (见图5-1)。施加在钢球上的总作用力为284N,驱动电动机进行研磨,旋转60转。将磨得的煤粉用孔径为0.7l mm的筛子在震筛机上筛分,并称量筛上与筛下的煤粉量。

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用下式计算哈氏可磨指数:

式中:为孔径0.7l mm筛子筛下煤样质量,为由所用总煤样重量减去筛上筛余量求得。

我国动力用煤的可磨性系数范围一般为HGI等于25~129;通常认为HGI大于86的煤为易磨煤,HGI小于62的煤为难磨煤。

Hardgrove法在欧美普遍采用。

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我国原来应用原苏联全苏热工研究所 (ВТИ)制定的方法。它将煤的可磨性系数定义为:将质量相等的标准煤和试验煤由相同的初始粒度磨制成细度相同的煤粉时,所消耗能量的比值。由于要将两批煤磨成相同细度很难做到,实际应用时改用:

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6. 煤的磨损指数

煤的磨损指数表示该煤种对磨煤机的研磨部件磨损轻重的程度。

研究表明,煤在破碎时对金属的磨损是由煤中所含硬质颗粒对金属表面形成显微切削造成的。

磨损指数的大小,不但与硬质颗粒含量有关,还与硬质颗粒的种类有关。如煤中的石英、黄铁矿、菱铁矿等矿物杂质硬度较高,若含量较高,磨损指数就大。磨损指数还与硬质矿物的形状、大小及存在形式有关。

磨损指数值直接关系到工作部件的磨损寿命,已成为磨煤机选型的一个依据。

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电力行业标准DL465一92《煤的冲刷磨损指数试验方法》规定采用冲刷式磨损试验仪测试煤对金属磨件的磨损性能,冲刷磨损指数测试系统如图5-3所示。电力行业标准DL465一92《煤的冲刷磨损指数试验方法》规定采用冲刷式磨损试验仪测试煤对金属磨件的磨损性能,冲刷磨损指数测试系统如图5-3所示。

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式中:A为标准煤在单位时间内对纯铁试片的磨损量。一般规定l0 mg/min。

试验结果与现场磨煤机磨损试验结果比较接近,可作为磨煤机选型时参考。

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二、磨煤机

磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械,它是燃煤粉锅炉炉的重要辅助设备。

磨煤过程是煤被破碎及其表面积不断增加的过程。要增加新的表面积,必须克服固体分子间的结合力,因而需要消耗能量。

煤在磨煤机中被磨制成煤粉,主要是通过压碎、击碎和研碎三种方式进行。

其中压碎过程消耗的能量最省。研碎过程最费能量。

各种磨煤机在制粉过程中都兼有上述的两种或三种方式,但以何种为主则视磨煤机的类型而定。

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磨煤机的型式很多,按磨煤工作部件的转速可分为三种类型,即低速磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机。磨煤机的型式很多,按磨煤工作部件的转速可分为三种类型,即低速磨煤机、中速磨煤机和高速磨煤机。

低速磨煤机的转速为15~25r/min,如钢球磨煤机。钢球磨煤机又有单进单出钢球磨煤机和双进双出钢球磨煤机;

中速磨煤机的转速为50~300r/min,如中速平盘磨煤机、碗式中速磨煤机(RP磨)、MPS中速磨煤机、中速钢球磨煤机;

高速磨煤机的转速为750~1500r/min,如风扇磨煤机、锤击磨煤机。

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1. 钢球磨煤机

缺点:钢球磨煤机有磨煤电耗高和金属磨损量大

优点:煤种适应性广,能达到其他类型磨煤机难于达到的煤粉细度以及运行维修方便等。

因此,被国内许多燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤的电站锅炉所采用。

80年代从国外引进双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统技术后,双进双出钢球磨煤机也在大型电站锅炉上得到较多应用。

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(1)单进单出钢球磨煤机

单进单出钢球磨煤机的结构如图5-10(a)所示。

磨煤部件为二个直径2~4m、长3~l0m的圆筒,筒内装有大量直径为25~60mm的钢球。

筒体内壁衬里为波浪型锰钢护甲。筒身两端是架在大轴承上的空心圆轴,一端是原煤和热空气的进口,另一端是煤粉空气混合物的出口。

磨煤机圆筒由电动机驱动,通过减速装置拖动旋转。圆筒旋转速度约为15~22 r/min,属低速磨煤机。

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图5-10(b)所示为单进单出钢球磨煤机的工作原理。 图5-10(b)所示为单进单出钢球磨煤机的工作原理。

筒体旋转时,筒内钢球和煤一起在离心力和摩擦力作用下被提升到一定高度,在重力作用下跌落,筒内的煤受下落钢球的撞击作用,以及钢球与钢球和钢球与护甲之间的挤压和研磨作用而被破碎,磨制成煤粉。

热空气既是干燥剂,又是煤粉输送剂。磨好的煤粉由干燥剂气流带出筒体。干燥剂气流速度越大,带出煤粉量越多,磨煤机出力越大,煤粉也越粗。

筒内钢球被磨损时,可通过专门的装球装置,在不停机的情况下补充钢球,以保证磨煤出力和煤粉细度稳定。

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(c)钢球直径。

若钢球直径太小,则下落撞击作用力太小,对煤粒没有粉碎作用,若钢球直径太大,钢球数量少,则对煤的砸击点和碾磨表面都将减少。

当钢球直径在一定范围内时,磨煤出力与钢球直径的平方根成反比,金属磨损量与直径一次方成反比。

试验研究表明,钢球直径不宜大于60mm,直径50mm左右的钢球对大块煤具有较强的砸击力,磨煤出力较大,且金属磨损量低。

若根据煤种及磨煤机工作条件,将直径40、50、60mm的钢球按比例搭配使用,则会有较好的磨煤效果。

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(d)通风量。

通风量太小时,不能及时将进口的煤送入筒体后端,钢球能量得不到充分利用;同时带走的煤粉较细,磨煤出力降低。若通风量太大,则输粉电耗增加。应使磨煤机工作在磨煤与通风的电耗之和达到最小的最佳通风工况。最佳通风量与磨制煤种、要求的煤粉细度及磨煤机的转速、钢球充满系数等有关。

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(e)筒内存煤量。

存煤量过少会导致磨损和噪声增大,磨煤电耗增加。

存煤量过多会使钢球粉碎效率下降,甚至导致堵塞。

运行经验表明,随着磨煤机内存煤量的增加,磨煤机的驱动功率先是增大,当钢球间的空隙全部被煤充满时,驭动功率达到最大,继续增加存煤量,则会便存煤量过多,驱动功率减小。

通常煤充满钢球间的间隙时,对钢球和护甲的磨损最小,而且磨煤效率最高。存煤量在各种负荷下保持不变。

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与其他磨煤机相比,钢球磨煤机具有下列优点: 与其他磨煤机相比,钢球磨煤机具有下列优点:

(a)适合磨制无烟煤。因无烟煤挥发分低,着火温度高,燃尽困难。燃用无烟煤必须要有高温一次风和粒度细的煤粉。钢球磨煤机能磨制其他磨煤机难于达到的细度,配套的热风送粉系统的一次风温可达400℃以上。

(b)可磨制冲刷磨损指数>3.5的煤。煤的冲刷磨损指数高,则对金属的磨损量大,研磨部件寿命缩短。中速磨煤机需停机更换磨损部件,而钢球磨煤机的金属磨损量虽远大于中速磨煤机,但在运行过程中可以不停机就添加钢球,且不影响磨煤机正常运行。

(c)对煤中的杂质不敏感,铁块、木块和石块等进入磨煤机对磨煤几乎没有影响。

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(d)能磨制高水分煤。因既作为干燥剂、又作为输送介质的热风与煤二起被送入筒体,煤的磨制过程和干燥过程同时进行,对煤的干燥能力强,因此与中速磨煤机相比,允许磨制有更高水分的煤。(d)能磨制高水分煤。因既作为干燥剂、又作为输送介质的热风与煤二起被送入筒体,煤的磨制过程和干燥过程同时进行,对煤的干燥能力强,因此与中速磨煤机相比,允许磨制有更高水分的煤。

(e)钢球磨煤机结构筒单,故障少,运行安全可靠,检修周期长,对运行和维修的技术水平要求较其他磨煤机低。

总之,钢球磨煤机对煤种的适用性广,对煤的可磨性系数、磨损指数及灰分等没有限制,可以磨制包括褐煤在内的任何煤种。

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也存在明显的缺点。

设备庞大,投资多,占地面积大,运行电耗高,金属磨损量大,噪声大等。

所以一般应在其他类型磨煤机不能应用的场合选用钢球磨煤机。

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(2) 双进双出钢球磨煤机

双进双出钢球磨煤机的结构与单进单出钢球磨煤机类似,为一装有锰钢或铬铝钢护甲的圆筒,研磨部件——钢球在筒内磨制煤粉的原理和过程也与单进单出钢球磨煤机相似。不同的是两端空心轴既是热风和原煤的进口,又是气粉混合物的出口。从两端进入的干燥介质气流在球磨机筒体中间部位对冲后反向流动,携带煤粉从两空心轴中流出,进入煤粉分离器,形成两个相互对称、又彼此独立的磨煤回路。如图5-11所示。

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连接筒体的中空轴架在轴承上,中空轴内有一中心管,中心管外是螺旋输送装置,用保护链条弹性固定。煤从给煤机出口落入混料箱,经旁路热风预干燥后落入中空轴,由旋转的螺旋输送装置将煤送入磨煤机,由钢球进行磨制,热一次风通过中空轴内的中心管进入筒体,进入筒体的热空气既是煤粉干燥剂,又是煤粉输送剂。在热一次风完成对煤的干燥后,按与原煤进入磨煤机的相反方向,通过中心管与中空轴之间的环形通道。将煤粉带出磨煤机。煤粉空气混合物与混料箱来的旁路风混合,一起进太上部的煤粉分离器。分离出来的粗粒煤粉经返粉管回落到中空轴入口,与原煤混合,重新进入磨煤机研磨。从分离器出来的制粉系统乏气可作为一次风或三次风送到燃烧器。连接筒体的中空轴架在轴承上,中空轴内有一中心管,中心管外是螺旋输送装置,用保护链条弹性固定。煤从给煤机出口落入混料箱,经旁路热风预干燥后落入中空轴,由旋转的螺旋输送装置将煤送入磨煤机,由钢球进行磨制,热一次风通过中空轴内的中心管进入筒体,进入筒体的热空气既是煤粉干燥剂,又是煤粉输送剂。在热一次风完成对煤的干燥后,按与原煤进入磨煤机的相反方向,通过中心管与中空轴之间的环形通道。将煤粉带出磨煤机。煤粉空气混合物与混料箱来的旁路风混合,一起进太上部的煤粉分离器。分离出来的粗粒煤粉经返粉管回落到中空轴入口,与原煤混合,重新进入磨煤机研磨。从分离器出来的制粉系统乏气可作为一次风或三次风送到燃烧器。

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2. 中速磨煤机

目前国内大型电厂锅炉上应用最多的三种中速磨煤机为RP磨 (改进型为HP型)、MPS磨和E型磨。它们的结构如图5-4、图5-5和图5-6所示。

三种中速磨的研磨部件等各不相同,但它们具有相同的工作原理及基本类似的结构。三种磨煤机沿高度方向自下而上可分为四部分:驱动装置、碾磨部件、干燥分离空间以及煤粉分离和分配装置。工作过程为:由电动机驱动,通过减速装置和垂直布置的主轴带动磨盘或磨环转动。原煤经落煤管进入两组相对运动的碾磨件的表面,在压紧力的作用下受到挤压和研磨,被粉碎成煤粉。磨成的煤粉随碾磨部件一起旋转,在离心力和不断被碾磨的煤和煤粉推挤作用下被甩至风环上方。热风 (干燥剂)经装有均流导向叶片的风环整流后以一定的风速进入环形干燥空间,对煤粉进行干燥,并将煤粉带入磨煤机上部的煤粉分离器。不合格的粗煤粉在分离器中被分离下来,经锥形分离器底部返回碾磨区重磨。合格的煤粉经煤粉分配器由干燥剂带出磨外,进入一次风管,直接通过燃烧器进入炉膛,参加燃烧。煤中夹带的难以磨碎的煤矸石、石块等在磨煤过程中也被甩至风环上方,因风速不足以将它们夹带而下落,通过风环落至杂物箱。从杂物箱中排出的称石子煤。

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RP型碗式磨煤机(图5-4)采用浅碗形磨盘,三个独立的锥形磨辊相隔120o安装于磨盘上方,磨辊与磨盘之间不直接接触,间隙可调。小型RP磨用弹簧对磨辊加压,大型的则采用液力一气动加载装置。RP磨具有下列优点:RP型碗式磨煤机(图5-4)采用浅碗形磨盘,三个独立的锥形磨辊相隔120o安装于磨盘上方,磨辊与磨盘之间不直接接触,间隙可调。小型RP磨用弹簧对磨辊加压,大型的则采用液力一气动加载装置。RP磨具有下列优点:

①出力调节范围大,煤粉细度可以作线性调节;②两碾磨件无接触,能空载启动,启动力矩小,安全平稳;③噪声小,密封性能好;④更换磨损件方便,停机时间短;⑤结构紧凑、占地面积小。

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MPS型磨煤机(图5-5)采用具有圆弧形凹槽滚道的磨盘,磨辊边缘也呈圆弧形。三个磨辊相对布置在相距120o的位置上。磨辊尺寸大,在水平方向具有一定的自由度,可以摆动,能自动调整碾磨位置。在碾磨过程中磨辊由磨盘摩擦力带动旋转。磨煤的碾磨力来自磨辊、弹簧架及压力架的自重和弹簧的预压缩力。弹簧的预压缩依靠作用在弹簧压盘上的液压缸加载系统来实现。MPS型磨煤机(图5-5)采用具有圆弧形凹槽滚道的磨盘,磨辊边缘也呈圆弧形。三个磨辊相对布置在相距120o的位置上。磨辊尺寸大,在水平方向具有一定的自由度,可以摆动,能自动调整碾磨位置。在碾磨过程中磨辊由磨盘摩擦力带动旋转。磨煤的碾磨力来自磨辊、弹簧架及压力架的自重和弹簧的预压缩力。弹簧的预压缩依靠作用在弹簧压盘上的液压缸加载系统来实现。

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E型磨煤机(图5-6)的碾磨部件为上下磨环和夹在中间的大钢球。钢球可以在磨环之间自由滚动,磨煤时不断改变旋转轴线位置,在整个工作寿命中钢球始终保持球的圆度,以保证磨煤性能不变,使磨煤机出力不会因钢球磨损而减少。小型E型磨用弹簧加载,大容且的采用液压一气动加载装置,它通过上磨环对钢球施加压力。液压—气动加载装置能在碾磨部件使用寿命期限内自动维持磨环上的压力为定值,从而降低因碾磨件磨损对磨煤出力和煤粉细度的影响。E型磨煤机(图5-6)的碾磨部件为上下磨环和夹在中间的大钢球。钢球可以在磨环之间自由滚动,磨煤时不断改变旋转轴线位置,在整个工作寿命中钢球始终保持球的圆度,以保证磨煤性能不变,使磨煤机出力不会因钢球磨损而减少。小型E型磨用弹簧加载,大容且的采用液压一气动加载装置,它通过上磨环对钢球施加压力。液压—气动加载装置能在碾磨部件使用寿命期限内自动维持磨环上的压力为定值,从而降低因碾磨件磨损对磨煤出力和煤粉细度的影响。

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比较上述三种中速磨煤机,RP型和MPS型的磨煤电耗较低,其中RP磨更低些,耐磨损性能则是E型磨最好,MPS磨次之。若将磨煤机的使用寿命规定为8000h,则它们的适应煤种为:比较上述三种中速磨煤机,RP型和MPS型的磨煤电耗较低,其中RP磨更低些,耐磨损性能则是E型磨最好,MPS磨次之。若将磨煤机的使用寿命规定为8000h,则它们的适应煤种为:

E型磨适用于冲刷磨损指数<3.5的煤,MPS磨适用于<2.0的煤,RP磨适用于<1.0的煤。

而当煤的冲刷磨损指数<l.0时,三种中速磨煤机都有较长的磨损寿命。综合其他因素,当煤的冲刷磨损指数<1.2时,应优先选用RP型中速磨,因为RP磨磨煤电耗最低,并且有较好的煤粉分配性能及磨损件更换方便的优点。当煤的冲刷磨损指数为1.2<2.0时,应选用MPS型磨煤机,因MPS磨比E型磨电耗低。

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中速磨煤机目前存在的主要问题是:对原煤带入的三块 (石块、木块和铁块)敏感性强,易引起振动和部件损坏;磨煤机结构复杂,运行和检修的技术水平要求高;不能磨制磨损指数高的煤种;对煤的水分要求高,因热风对磨盘上煤的干燥作用小,当煤水分过高时,磨盘上的煤和煤粉将压成饼状,影响磨煤出力。但中速磨煤机的共同优点是:启动迅速、调节灵活;磨煤电耗低,约为6~gkW·h/t,比钢球磨煤机小1.5~2.0倍。结构紧凑,占地面积比钢球磨煤机小4倍;金属磨损量小,磨制每吨煤粉的磨损量约为4~20 g/t,而钢球磨煤机为400~500 g/t。所以当煤种适宜时,优先采用中速磨煤机是合理的,中速磨煤机对煤种适应性如下:

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3. 风扇式磨煤机

风扇式磨煤机大多用于燃用褐煤的锅炉。一般转速在400 r/min以上,属高速磨煤机。

如图5-17所示,风扇式磨煤机的结构与风机相类似,由叶轮和蜗壳组成。只是叶轮和叶片很厚,蜗壳内壁装有护板。叶轮、叶片和护板都用锰钢等耐磨钢材制造,是主要的磨煤部件。煤粉分离器在叶轮的上方,与外壳连成一个整体,结构紧凑。风扇磨煤机本身就是排粉风机,在对原煤进行粉碎的何时能产生1500~3500Pa的风压,用以哀服系统阻力,完成干燥剂吸入、煤粉输送的任务。所以具有结构简单、尺寸小、金展耗量少的优点。

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在风扇式磨煤机中,煤的粉碎过程既受机械力的作用,又受热力作用的影响。从风扇磨煤机入口进入的原煤与被风扇磨吸入的高温干燥介质混合,在高速转动的叶轮带动下一起旋转,煤的破碎过程和干燥过程同时进行。叶片对煤粒的撞击、叶轮与煤粒的磨擦、运动煤粒对蜗壳上护甲的撞击和煤粒互相之间的撞击等机械作用起主要的粉碎作用。同时,由于水分高而具有较强塑性的褐煤等在被高温干燥剂加热后,塑性降低,脆性增加,易于破碎。部分含有较高水分的煤粒在干燥过程中会自动碎裂。随着破碎过程的进行,煤粒表面积增大,使干燥过程进一步深化,更有利于破碎。风扇磨煤机适宜磨制冲刷磨损指数小于3.5的褐煤。在风扇式磨煤机中,煤的粉碎过程既受机械力的作用,又受热力作用的影响。从风扇磨煤机入口进入的原煤与被风扇磨吸入的高温干燥介质混合,在高速转动的叶轮带动下一起旋转,煤的破碎过程和干燥过程同时进行。叶片对煤粒的撞击、叶轮与煤粒的磨擦、运动煤粒对蜗壳上护甲的撞击和煤粒互相之间的撞击等机械作用起主要的粉碎作用。同时,由于水分高而具有较强塑性的褐煤等在被高温干燥剂加热后,塑性降低,脆性增加,易于破碎。部分含有较高水分的煤粒在干燥过程中会自动碎裂。随着破碎过程的进行,煤粒表面积增大,使干燥过程进一步深化,更有利于破碎。风扇磨煤机适宜磨制冲刷磨损指数小于3.5的褐煤。

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风扇式磨煤机中的煤粒几乎都处在悬浮状态下,热风与煤粒的混合十分强烈,对煤粉干燥能力很强,所以风扇磨煤机与其他磨煤机相比,能磨制更高水分的褐煤和烟煤。若配合以高温炉烟作干燥剂,则可磨制水分大于35%的软褐煤和木质褐煤。风扇式磨煤机中的煤粒几乎都处在悬浮状态下,热风与煤粒的混合十分强烈,对煤粉干燥能力很强,所以风扇磨煤机与其他磨煤机相比,能磨制更高水分的褐煤和烟煤。若配合以高温炉烟作干燥剂,则可磨制水分大于35%的软褐煤和木质褐煤。

风扇式磨煤机的主要缺点是:叶轮、叶片磨损快,检修周期短。一般磨损寿命约为1000h。但风扇磨煤机的结构筒单,更换备用叶轮时只需很短时间。

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三、制粉系统

火电厂中,将以磨煤机为核心的把原煤制成合格煤粉的系统称为制粉系统。

制粉系统可分为中间仓储式、直吹式和半直吹式三类。

中间仓储式制粉系统中,磨成的煤粉先储存在煤粉仓内,随后根据负荷要求再由煤粉仓送入炉膛。

直吹式制粉系统中,磨成的煤粉从磨煤机直接吹入炉膛。

中间仓储式制粉系统一般配用筒式球磨机。直吹式制粉系统一般配用中速磨或风扇磨。直吹式制粉系统中,若配用筒式球磨机,则在低负荷或变负荷运行时很不经济。对带基本负荷的锅炉,可考虑采用筒式球磨机直吹系统。

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1.中间储仓式制粉系统

(1)单进单出钢球磨煤机中间储仓式制粉系统

图示为两种典型的系统:乏气送粉系统和热风送粉系统。

当燃用煤的质量较好时,可采用图5-16(a)所示乏气送粉系统,以乏气作为一次风的输送介质,乏气夹带的细粉与给粉机下来的煤粉混合后,被送入炉膛燃烧。

当燃用难燃的无烟煤、贫煤或劣质烟煤时,需用高温一次风来稳定着火燃烧,则要采用如图5-16(b)所示的热风送粉中间储仓式制粉系统,用从空气预热器来的热空气作为一次风的输送介质。乏气作为三次风送入炉膛燃烧。

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2. 直吹式制粉系统

(1)中速磨煤机直吹式制粉系统

在直吹式制粉系统中,磨煤机磨制的煤粉全部直接送入炉膛内燃烧。因此具有系统简单、设备部件少、运行电耗低、钢材消耗省、占有空间小、投资少和爆炸危险性小等优点,再加上中速磨煤机的优点,因此目前国内大型电站锅炉大多采用中速磨煤机直吹式制粉系统。

中速磨煤机直吹式制粉系统有负压直吹式、正压热一次风机直吹式和正压冷一次风机直吹式三种型式。

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图5-7(a)所示为中速磨煤机负压直吹式制粉系统,整个系统在负压下运行,煤粉不会向外泄漏,对环境污染小。但其排粉风机装在磨煤机出口,燃烧所需煤粉全部经过排粉风机,磨损严重,效率低,电耗大,需经常检修,系统运行可靠性低。目前已很少应用。图5-7(a)所示为中速磨煤机负压直吹式制粉系统,整个系统在负压下运行,煤粉不会向外泄漏,对环境污染小。但其排粉风机装在磨煤机出口,燃烧所需煤粉全部经过排粉风机,磨损严重,效率低,电耗大,需经常检修,系统运行可靠性低。目前已很少应用。

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正压直吹式制粉系统的一次风机布置在磨煤机之前,风机输送的是干净空气,不存在煤粉磨损叶片的问题。磨煤机处在一次风机造成的正压状态下工作,不会有冷空气漏入,对保证磨煤机干燥出力有利。为防止煤粉外泄、污染环境,或煤粉窜入磨煤机的滑动部分,系统中专门设有密封风机,以高压空气对其进行密封和隔离。正压直吹式制粉系统的一次风机布置在磨煤机之前,风机输送的是干净空气,不存在煤粉磨损叶片的问题。磨煤机处在一次风机造成的正压状态下工作,不会有冷空气漏入,对保证磨煤机干燥出力有利。为防止煤粉外泄、污染环境,或煤粉窜入磨煤机的滑动部分,系统中专门设有密封风机,以高压空气对其进行密封和隔离。

图5-7(b)所示为中速磨煤机正压热一次风机直吹式制粉系统。热一次风机布置在空气预热器与磨煤机之间,输送的是经空气预热器加热的热空气。由于空气温度高,比容大,因此比输送同样质量冷空气的风机体积大,电耗高,且风机运行效率低,还存在高温侵蚀。从回转式空气预热器来的热空气中还会携带有飞灰颗粒,对风机叶轮和机壳产生磨损,降低运行可靠性

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(3)风扇式磨煤机直吹式制粉系统

风扇式磨煤机一般应用于直吹式制粉系统中。由于风扇式磨煤机同时具有磨煤、干燥。干燥介质吸入和煤粉输送等功能,煤粉分离器与磨煤机连成一体,所以,它的制粉系统比其他型式磨煤机的制粉系统筒单,设备少,投资省。根据煤的水分不同,风扇磨煤机制粉系统分别采用单介质干燥直吹式制粉系统、二介质干燥直吹式制粉系统和三介质干燥直吹式制粉系统。

当燃用烟煤和水分不高的褐煤时,一般采用图5-18(a)所示的用热风作为干燥剂的单介质干燥直吹式系统。图5-18(b)所示为热风与从炉膛上部抽取的高温炉烟混合后作干燥剂的二介质直吹式制粉系统。采用热风、高温炉烟和低温炉烟混合物作干燥剂的三介质干燥直吹式制粉系统如图5-19所示。其中高温炉烟取自炉膛上部,低温炉烟取自引风机出口。二介质干燥直吹式系统和三介质干燥直吹式系统适宜磨制高水分褐煤。

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(3)双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统

图5-13所示为采用冷一次风机的双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统。

系统由两个相互对称、又彼此独立的系统组合在一起组成。每个系统的流程为:煤从原煤仓经刮板式给煤机落入混料箱,与进入混料箱的高温旁路风混合,在落煤管中进行预干燥。之后进入中空轴,由螺旋输送装置送入磨煤机筒内,进行粉碎。空气由一次风机输送入空气预热器,加热后进入热风管道,一部分作为旁路风,二部分作为干燥剂,经由中空轴内的中心管进入磨煤机筒体,与对面进入的热空气流在筒体中部相对冲后,向回折返,携带煤粉从空心轴的环形通道流出筒体。煤粉空气混合物与落煤管出口煤预热旁路空气混合,进入粗粉分离器,分离出来的粗粉经返料管与原煤混合,返回磨煤机重新磨制。圆锥形粗粉分离器上部装有导向叶片,改变导向叶片的倾角可以调节煤粉细度。从分离器出来的一次风气粉混合物经煤粉分配器后进入一次风管道,经燃烧器被送入炉内燃烧。停机时应用清洗风吹扫一次风管道和燃烧器。

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3.双进双出钢球磨煤机半直吹式制粉系统

当锅炉需采用分级燃烧或热风送粉时,可以采用半直吹式制粉系统。

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图5-14(a)所示为500MW机组固态排渣煤粉炉采用的半直吹式制粉系统。该炉为降低NOx排放量,采用双级燃烧。系统在双进双出磨煤机两个制粉回路中各设置两个粗粉分离器。一级粗粉分离器8的出粉量占每侧总粉量的70%~80%,煤粉细度=10%,直接送入锅炉主燃烧器。其余煤粉通过二级粗粉分离器9和细粉分离器13,煤粉细度=5%,由细粉分离器出来的乏气送入辅助燃烧器。图5-14(a)所示为500MW机组固态排渣煤粉炉采用的半直吹式制粉系统。该炉为降低NOx排放量,采用双级燃烧。系统在双进双出磨煤机两个制粉回路中各设置两个粗粉分离器。一级粗粉分离器8的出粉量占每侧总粉量的70%~80%,煤粉细度=10%,直接送入锅炉主燃烧器。其余煤粉通过二级粗粉分离器9和细粉分离器13,煤粉细度=5%,由细粉分离器出来的乏气送入辅助燃烧器。

图 5-14(b)所示为 350MW 机组锅炉采用的半直吹式制粉系统。系统在粗粉分离器后增设了细粉分离器。细粉分离器下来的煤粉用热风送入炉膛,参加燃烧。乏气作为三次风送入炉膛燃烧。该系统可提高一次风温度及煤粉浓度,适宜于燃用无烟煤和贫煤的锅炉。

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