MPS-89N磨煤机旋转喷嘴改造节能性能分析.doc

- 5 -mps-89n磨煤机旋转喷嘴改造节能性能分析华能南通电厂#1炉是美国bw公司设计制造的carolina型亚临界自然循环煤粉炉，它采用一次中间再热结构，型布置，额定蒸发量为1085.1t/h，过热器出口温度为540.6，过热器出口压力为17.84mpa，配用350mw汽轮发电机组，于1989年9月投产，至2008年4月底已累计运行134500小时。该炉采用正压直吹式制粉系统；燃烧器为低nox型双调风旋流燃烧器，共有32只，分上下四层、前后墙对冲布置；设置a、b、c、d四台mps-89n型中速磨煤机，分别与第一层、第四层、第三层、第二层（由下向上数）的燃烧器相匹配；设计煤种为晋北烟煤。磨煤机的设计规范参见表1。表1 磨煤机及其电动机设计规范项目单位规范设计特性型式mps-89n数量台/炉4最大容量t/h57.1磨盘转速rpm23.5设计条件原煤粒径mm32原煤水份%9.613原煤可磨度hgi57.64煤粉细度（美国筛200目通过量）%75工作要求弹簧长度（空磨时）mm546长度偏差量（空磨时）mm12.7密封空气量t/h5.6密封气压与研磨区差压pa6227电动机型式hs容量kw522.2转速rpm961电压v6000电流a721 磨煤机旋转喷嘴改造2007年5月中旬，在#1炉中修时，a、d两台磨煤机进行了大修。在磨煤机大修中，更换了辊套和衬瓦，所用的新辊套和新衬瓦都是我厂的堆焊产品；更换了出口摆阀的阀座；更换了石子煤上下刮板和刮板座，并调整了石子煤刮板的间隙；对磨煤机的加载力进行了调整，将加载弹簧的长度调整到540mm左右；煤粉分离器的折向门及其传动机构进行了检查清理，拆向门灵活可调，并将两台磨煤机的折向门调至同样的开度。原计划在a、d两台磨煤机的大修过程中，同步对一次风喷嘴进行改造，将原来固定的一次风喷嘴改成随磨盘一起转动的旋转喷嘴，并分由两家单位来完成。由于供货期问题，最终仅实现了a磨旋转喷嘴改造，d磨仍维持原设计，但将一次风喷嘴换新。2 磨煤机旋转喷嘴改造节能性能理论分析磨煤机旋转喷嘴改造节能性能可以用翼栅原理进行分析。磨煤机的一次风喷嘴可以简化成翼栅，如果沿着圆柱面将其展开，就成了平面翼栅。2.1 静止翼栅如果翼栅是静止的，考虑到周期性的原因，只需分析其中任一个叶道或翼型的流动，如图1所示。该流道的进口断面1-4取在无穷远处，假设在处流体参数是均匀分布的。出口断面2-3也取在无穷远处，认为流体也是均匀的。沿流线1a与4c的压强分布由于周期性条件，在对应点上系相同，沿b2与d3的压强分布也相同。这样，作用在该流道两侧的压强只需计及沿叶道aeb和cfd的压强。其合力就是相当于翼型作用在流体的力，以p表示。沿u和z轴的分量为pu和pz。 p1 1 4 a w1 c 旋转方向o u fu e f b d z f fz在 w2 2 3 p2图1 翼栅原理图根据动量定理，沿着u方向的动量方程为pu=1c1zt(c2uc1u)沿着z方向的动量方程为（p1p2）tpz=1 c1zt(c2uc1u)如果以f表示流体作用在翼型上的力（f=p），则上面二个式子可以分别表示为fu=1c1zt(c1uc2u) （1）fz=（p2p1）tpz1 c1zt(c2uc1u) （2）2.2 等速度运动翼栅如果翼栅随动轮作速度大小等于u的圆周速度，根据相对运动原理，当在牵连速度为u的相对坐标系上观察翼栅中的流动时，作用在流体上的力不变。因此，在该坐标系上研究作用于流体的力同它的动量变化关系时，式（1）和式（2）的形式不变，即只要把绝对速度c改成相对速度w就可以了。fu=1w1zt(w1uw2u) （3）fz=（p2p1）tpz1 w1zt(w2uw1u) （4）按照速度合成的规则，在翼栅前后的速度关系如图2所示，由该图可知：c1z=w1z，c2z=w2z，w1uw2u=c1uc2u把上述关系式代入式（3）和式（4）中可以得到与式（1）和式（2）完全相同的式子。 c1z c1 c2 w1 w2 c2z u c2u w2u u c1u w2u图2 翼栅进出口速度三角形图将式（1）乘以翼栅的运动速度u，就可以求出单位时间内流体对翼型所作的机械功，即n=zfuu=z1c1zt(c1u-c2u)u式中，z为叶栅的个数。显然流经翼栅的流量为m= z1c1zt这样，n=m(c1uc2u)u单位质量流体对叶轮所作的机械功为h=(c1uc2u)u根据叶轮圆周速度u和翼栅前后速度的圆周分量之差，我们便可以计算出流体对叶轮或叶轮对流体所作的机械功。可以看出，圆周速度越大，或流体在翼栅前后方向的转折越大，则轮周功就越大。2.3 流体对翼栅做功如果叶轮是静止的，则不论该叶轮中流体受到多大的力，它不对叶轮作功。换句话说，流体流经绝对静止的翼栅或叶道，尽管在进出口间发生动量（动量矩）的变化，流体对外界不作功。假定流体是理想的，运动恒定，忽略质量力以及与外界的热交换，则能量方程为：i常数即流体的能量守恒。如果该叶轮在绝对坐标中旋转，则在同叶轮一起旋转的坐标上观察流体的运动时，叶轮系相对静止。能量方程应写成i常数即包括离心力场的势能在内的流体总能量守恒。如果从绝对坐标观察旋转的叶轮，此时作用在轮叶上的力对外界（叶轮）作机械功，因此，沿着流线，流体的总能量不再守恒，变成iw常数式中，w为单位质量流体对外界（叶能）所作的机械功。令下标1表示叶轮进口，下标2表示叶轮出口。则wi1i2i1i2所以w通过以上分析和计算可以看出，在旋转翼栅中，流体是要对翼栅作功的。作功的大小，与叶轮圆周速度u和翼栅前后速度的圆周分量之差成正比。将磨煤机的一次风喷嘴由固定式改成随磨盘一起旋转后，一次风的一部分能量会传递给旋转喷嘴，从理论上讲，可以减小磨煤机的马达电流，降低磨煤机的磨煤电耗。3 磨煤机旋转喷嘴改造后的实际效果在这次检修中，除了a磨进行了旋转喷嘴改造而d磨仍采用原设计的固定式喷嘴外，a磨和d磨的检修状况基本相同，这就给a磨旋转喷嘴改造效果的评价，提供了有利的对比条件。机组运行后，在磨制各种不同的磨种时，a磨和d磨的电流及磨煤电耗参见表2。表2 不同煤种下，a/d磨的电流和磨煤电耗对比时 间a磨煤机d磨煤机煤种煤量(t/h)电流(a)磨煤电耗(kwh/t)煤种煤量(t/h)电流(a)磨煤电耗(kwh/t)7月11日9：27神华煤47.265.58.522神华煤47.868.99.4607月12日9：43榆林煤47.370.98.909神华煤46.770.99.6777月18日10：00神华煤47.969.89.361大同煤46.8699.4817月18日15：16神华煤48.970.38.554大同煤46.169.69.3187月20日9：20神华煤42.767.39.026平朔煤43.167.79.2177月20日15：57神华煤45.569.28.762平朔煤46.768.18.8697月23日9：40伊泰煤39.668.79.188平朔煤40.166.99.4227月24日9：45伊泰煤46.269.19.431大同48.570.19.438从表2中可以看出，相对于d磨，在同样的煤种和出力之下， a磨的电流和磨煤电耗均有所降低。4 投资与效益4.1 投资a磨旋转喷嘴改造投资约26.9万元，其中磨盘、支撑件和筒壁扇形块费用为11.2万元，一次风喷嘴费用为15.7万元。从我厂#3炉和#4炉磨煤机的运行情况看，旋转喷嘴的寿命可达6年左右（进口的旋转喷嘴寿命可达8年左右）。d磨一次风喷嘴备件约3.68万元，同样需要筒壁扇形块等附件，使用寿命约1年。因此，每年可节省备品费用约1.06万元。4.2 收益以磨制神华煤为例，a磨的平均磨煤电耗为8.845 kwh/t，d磨的平均磨煤电耗为9.569 kwh/t。以平均出力45t/h、每年运行8000h计算，每年可节省厂用电约26.064万kwh。按平均上网价0.35元/ kwh计算，每年可增收约9.12万元。由此可以看出，a磨煤机旋转喷嘴改造，两年就可以收回投资。5 分析与讨论1）磨煤机一次风喷嘴在旋转过程中，一次风对旋转喷嘴作了功，因此，从理论上讲，将mps-89型磨煤机的固定喷嘴改成旋转喷嘴，可以降低磨煤机的电流和磨煤电耗。2）mps-89型磨煤机旋转喷嘴改造后，避免了由于磨煤机结构的不均匀而导致的磨煤机内部的一次风气流的不均匀，使磨煤机出口各煤粉管道中的煤粉浓度更加趋于一致，便于了炉内的燃烧调整，这是磨煤机旋转喷嘴改造的另一方面的意义所在。3）mps-89型磨煤机旋转喷嘴改造后，避免了由于磨煤机内部一次风气流的不均匀而导致的局部磨损速度过快，有效地延长了磨煤机一次风喷嘴的使用寿命，这是磨煤机旋转喷嘴改造的意义之三。6 结束语从两年来的实际运行情况看，mps-89型磨煤机的固定喷嘴改成旋转喷嘴后，磨煤机的电