（热能工程专业论文）大型电站锅炉磨煤机研究与改造.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 在现代火力发电机组中，随着锅炉向大容量方向的发展，m p s 磨煤机成为制粉系统 中广泛应用的设备，它具有启动迅速、调节灵活、阻力小、单位磨煤金属磨耗小、结构 紧凑、占地面积小及制粉系统简单、单位电耗低、噪音低等优点。但传统的固定式磨辊 加载系统由于磨辊加载力不能随磨煤机出力变化而变化，导致磨煤机出力降低，电耗增 大，研磨件金属磨损大及磨煤机振动大等问题。针对这些问题，本文以工程实际项目为 例，分析了相关的改造措旌对解决这些问题的实际意义。 本文首先介绍了m p s 磨煤机的发展和使用情况，并在阐述m p s 磨煤机结构和工作原 理的基础上，详细介绍了m p s 磨煤机的出力计算、功率计算、阻力计算、结构尺寸计算 和m p s 磨煤机的热平衡模型及计算。为深刻理解和解决磨煤机在实际工作中出现各种各 样的问题打下基础。同时以电厂锅炉系统磨煤机改造项目为例，针对锅炉系统中的机组 老化，燃煤品质差异大，磨煤机原设计加载装置调整不合理，磨煤机原设计加载方式不 合理等问题，提出改造方案和措施。 最后对m p s 磨煤机的实际运行情况进行了性能试验，通过试验结果可以看出，此次 改造是合理的，改造后磨煤机性能有较大提高。 关键词：磨煤机；系统改造；变加载；性能试验 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 r e s e a r c ha n dt r a n s f o r m a t i o no fc o a lp u l v e r i z e si nu t i l i t yb o i l e r a b s t r a c t i nt h em o d e r nt h e r m a lp o w e rg e n e r a t i n gu n i t s ，a st h e b o i l e rt ot h ed i r e c t i o no ft h e d e v e l o p m e n to fl a r g ec a p a c i t y , m p sc o a lp u l v e r i z e sb e c o m ew i d e l yu s e di nt h el a r g e s c a l e t h e r m a lp o w e rg e n e r a t i n gu n i t s t h e r ea l em a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha ss t a r t - u pr a p i d l y ，a d j u s t n e a t l y , l i t t l er e s i s t a n c e , c o m p a c t , s i m p l es y s t e m , l o wn o i s ea n ds oo n b u tt h et r a d i t i o n a l l o a d i n gs y s t e mo f t h eg r i n d e rr o l lh a r d l yv a r i e sw i t ht h el o a d i n gf o r c ec h a n g i n g s ot h a tt h e r e a r em a n yp r o b l e m si nt h ew o r k i tc a u s e st od e b a s et h eo u t p u to ft h ec o a lp d v e r i z e s ，t o i n c r e a s et h ec o n s u m p t i o no ft h ee l e c t r i c i t y , t of r a yt h ea b r a s i o na n dt oa f f e c tt h el i b r a t i o n so f t h ec o a lp u l v e r i z e s a i m i n ga tt h o s ep r o b l e m s ，t h i sp a p e rt a k e st h ep r o j e c tp r o g r a m m e ra sa n e x a m p l ei no r d e rt oa n a l y z e t h ea c t u a ls i g n i f i c a t i o nf o rs o l v i n gt h o s ep r o b l e m s t 1 1 i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n dt h eu s eo ft h em p sc o a lp u l v e r i z e s a n do nt h eb a s eo f e x p a t i a t i n gt h es t r u c t u r e ，t h eb a s i cp r i n c i p l eo f t h em p sc o a lp u l v e r i z e s ，i t d e t a i l e d l yi n t r o d u c e st h ec a l c u l a t i o nm e t h o do ft h eo u t p u t ，t h ec a l c u l a t i o no ft h ep o w e r , t h e c a l c u l a t i o no ft h er e s i s t a n c e ，t h es t r u c t u r ec a l c u l a t i o na n dt h eh e a tb a l a n c em o d e l s ot h a tw e 啪p r o f o u n d l yu n d e r s t a n da n ds o l v et h ea l lk i n d so fp r o b l e m s a tt h es a n l et i m e ，t h ep a p e l s h o w st h ea c t u a lr e c o n s t r u c t i o np r o j e c to fp l a n tb o i l e rs y s t e m f r o mt h eo p e r a t i o no fu n i t s ， t h e r e a r es e v e r a lo p e r a t i o np r o b l e m ss u c ha sa g i n g , t h ed i f f e r e n td i f f e r e n c eo ft h ec o a l c o m b u s t i o n , t h ei r r a t i o n a l i t yo ft h ep r i m a r ye q u i p m e n t d e s i g nt h ei r r a t i o n a l i t yo f t h el o a d i n g m a n n e ra n ds oo n 珊sp a p e l s h o w st h em e a s u r ea n dt h er e c o n s t r u c tp r o g r a m m e r a tl a s t t h ec o a lp u l v e r i z e sh a sap e r f o r m a n c et e s to ft h ea c t u a lo p e r a t i o n a c c o r d i n gt o t h er e s u l t t h er e c o n s t r u c t i o ni sr e a s o n a b l e a f t e rt h er e c o n s t r u c t i o n , t h ec a p a b i l i t yo ft h ec o a l p u l v e r i z e si sh u g e l yi m p r o v e d k e yw o r d s ： c o a lp u l v e r i z e s ；s y s t e mr e f o r m ；v e r i l yl o a d e d ；p e r f o r m a n c et e s t i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文题目：盔盟坚曼塑尘主星亟坐丝兰翌量 作者签名：垫逸日期：望! 望年l 月j 查日 大连理i ：_ 人学专业学位硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名：翌兰j 虽一 日期：斗年二l 月j 巫日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 磨煤机是目前电力、冶金、建材、化工等行业的主要制粉设备。其中在电厂中的应 用更为广泛，是电厂重要的辅助动力设备，是电厂制粉系统的重要组成部分。其主要任 务是将煤块破碎并磨成煤粉，提供给锅炉设备，直接影响着整个机组的安全性和经济性。 磨煤机的形式很多，按磨煤工作部件的转速可分为3 种类型：低速磨煤机、中速磨煤机、 高速磨煤机。其分类如表1 1 ： 表1 1 磨煤机类型 t a b l 1t h e 帅eo f c o a lp u l v e r i z e r 在中速磨煤机中，m p s 磨煤机与其它磨煤机相比具有如下优点： ( 1 ) 轴辊轴心固定的m p s 磨煤机比轴辊轴心不固定的磨煤机( e 型、船型) 碾磨 效率高，在同样磨煤机出力下，磨损要轻的多，具有较高的使用寿命。 ( 2 ) 大磨辊碾磨面近于球状，辊轴倾斜度可自行调节，比锥形磨辊的r p 型磨煤机 磨损小，部件利用率高。 ( 3 ) m p s 磨煤机比空间受限制的r p 型磨煤机能装用更大直径的磨辊，不易发生打 滑振动的问题。 ( 4 ) m p s 磨煤机机壳可做成轻型结构，运行中本体振动也小。 ( 5 ) m p s 磨煤机没有穿过机壳的活动部分，保持了其它磨煤机的气密结构的优点。 所以，m p s 磨煤机在运行性能和大型化方面的条件优越的多，在大容量机组上应用 广泛，市场占有率日益增加。 1 1 m p 8 磨煤机的发展 m p s 磨煤机是由原西德b a b c o c k 公司设计制造的一种辊盘式中速磨煤机，其最初原 机型是西德p f i f f e r 公司在一台磨矿石的培兹( b e r z ) 磨基础上改装而成的，后来该公 司不但改装了多台培兹磨，而且建立了专磨水泥原料的m p s 磨系列。后来西德b a b c o c k 公司从p f i f f e r 公司取得了将m p s 磨用于燃煤火力发电厂磨煤机的许可证。该公司首先 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 从小型半工业性实验做起，取得了一定数据后，作结构上的适当的改进，于1 9 5 8 年利 用培兹磨的机型改制成第一台实用的m p s 磨煤机。又经过多次试验和机型改进，于1 9 6 5 年成功的制造了基本成熟的第一台样机，型号m p s 一1 8 0 。该机安装在西德s i e v s d o r f 电 厂3 0 0 m w 机组1 0 0 0 t h 锅炉上配套，处理硬质烟煤。运行实践证明，该机效果良好，此 后该公司不断改进，已形成了二十余种规格的较完整系列，m p s 磨煤机已成为燃煤火力 发电厂的新型制粉设备。 1 2m p s 磨煤机的使用 m p s 磨煤机结构设计合理，运行经济可靠，该机因保留了原机型磨碎矿石的结构特 点，从而扩大了它的适用范围。 六十年代以前以平均出力l o t h 左右的高速磨煤机占绝大优势，但随后在3 0 0 m w 以 上锅炉上绝大部分采用了m p s 磨煤机。 据资料，西德b a b c o c k 公司1 9 6 5 1 9 8 1 年间已生产4 4 6 台m p s 磨煤机，分别安装 在8 4 家电厂。该公司生产的磨煤机除分布在西德、英国外，还分布在巴西、美国、日 本、印度等国。 美国随着电力工业的发展，逐步采用大容量机组，这对磨煤机的结构形式和容量提 出了新要求，自上世纪六十年代末期，在燃用硬质烟煤电站的磨煤机选型上对e 型磨煤 机和m p s 磨煤机作了多方面的比较和研究，认为m p s 磨煤机远优于e 型磨煤机，更适用 于大型机组，于是，美国b a b c o c k 公司于1 9 7 0 年从西德b a b c o c k 公司购买了m p s 一2 2 5 型的制造专利，同时购买了同一型号的样机，安装在电厂。自1 9 7 2 年投入运行来，效 果良好，取得了很多运行经验，接着美国b a b c o c k 公司制造了7 0 0 多台m p s 磨煤机，从 此进行了专业化生产。 前苏联于1 9 8 0 年初同西德公司签订了购买m p s 一2 6 5 0 型的制造专利合同，同时购 买了一台样机，其磨煤出力为8 0 t h 。之后，苏联又发展了其它规格。 m p s 型磨煤机在我国应用时间较晚，上世纪8 0 年代初，我国才开始引进m p s 型中速 磨煤机设备，用于大型火力发电厂的直吹系统燃煤。1 9 8 5 年底神头电厂2 0 0 m w 机组引进 原德国m p s 磨煤机投入运行。1 9 8 7 年，北京电力设备总厂生产了全部国产化的m p s 一1 9 0 型中速磨煤机，成功的在望亭发电厂投入运行，拉开了m p s 磨煤机国内大量生产的帷幕。 之后，m p s 磨煤机在我国大型发电厂得到广泛的应用。1 9 8 9 年开始自行设计生产，首次 试制的第一批m p s 型中速磨煤机安装在铁岭发电厂3 0 0 m w 机组，另有许多电厂也陆续购 置了磨煤机。m p s 型中速磨煤机在我国大型火力发电厂的比重正日益增加。 大连理t 大学专业学位硕士学位论文 1 3 本文研究的主要内容 1 3 1 主要内容 本论文首先介绍了m p s 磨煤机的工作原理和结构特点，然后研究了m p s 磨煤机的工 作特性影响因素以及各因素变化后对磨煤机的影响程度，最后以华能大连电厂3 # 锅炉的 m p s 磨煤机的改造为例，以其改造方案为基础，并计算和分析了磨煤机的最大和最小出 力、磨煤单耗和实际的变加载力曲线的修正等。主要内容作如下： ( 1 ) 根据m p s 磨煤机的运行中的具体情况，分析了其目前存在的主要问题，为后 面m p s 磨煤机的改造提供了数据和理论支持。 ( 2 ) m p s 磨煤机改造之后，制定了比较详细的性能试验测试方案，以其得到比较准 确、合理的数据，并可以全面反映m p s 磨煤机改造后实际运行情况。 ( 3 ) 通过有关的测试数据，计算可以反映m p s 磨煤机运行状况的指标。 ( 4 ) 分析m p s 磨煤机改造后的性能数据。 2m p s 磨煤机的工作原理、结构和特点 m p s 磨煤机具有启动迅速、调节灵活、阻力小、结构紧凑、占地面积小及制粉系统 简单、单位电耗低、钢材消耗少等多种优点，本章对其工作原理、结构和特点做了详细 介绍。 2 1p i p s 磨煤机的工作原理 原煤经落煤管送入磨煤机中央的旋转磨盘，通过离心力的作用，移向磨盘的四周， 在3 个旋转磨辊与磨环扇形衬板之间通过压紧力的作用受到挤压和研磨，同时，在离心 力和不断被碾磨的煤以及煤粉堆积作用下被甩至磨环上方，由一次风将煤粉干燥、输送 并保持煤粉在磨煤机内循环。 一次风进入磨煤机磨盘下的一次风室，通过磨环，携带煤粉向上到磨煤机顶部，在 空气流动和磨盘旋转相互作用下，使煤粉和空气在磨煤机中循环。首先依靠重力的作用。 过大的燃料颗粒下落回到碾磨区域重新碾磨，较小的颗粒被一次风带到磨煤机顶部并进 入分离器。当燃料通过旋风分离器时，再一次进行分离，将大的颗粒返回碾磨区进一步 碾碎，分离器出口的挡板控制煤粉从碾磨区直接通向磨煤机出口，煤粉离开磨煤机时， 温度恒定，原煤中的铁块、石头和黄铁矿等重物由风环落入石子煤箱，磨煤机工作原理 示意图如图2 1 。 大犁电站锅炉磨煤机研究与改造 仓。仑 图2 1m p s 磨煤机工作原理图 f i g 2 1t h ep r i n c i p a ld i a g r a mo fc o a lp u l v e r i z e r 2 2m p s 磨煤机的结构 m p s 中速磨煤机基本上由传动部件、碾磨部件、加载装置、分离器、机架和基础等 几大部分组成，其结构图见图2 2 ： 大连理工大学专业学位硕十学位论文 9 l o 薹l 1 2 1 3 l 一热琏入妇2 - 绎翳壳棒3 - t 臻壳结毒一分凌嚣- 鬻翊城系统铲箨麓艨环扣弹麓 铲黪辘缓9 - 戆蠹l o - 唉嘴群l l - 浚鞭耋【1 2 藏遴箨1 3 - 下翳箢体l 和囊幼懿辍 、 图2 2g p s 磨煤机结构示意图 f i g 2 21 1 1 es c h e m a t i cd i a g r a mo fc o a lp u l v e r i z e rs t r u c t u r e 人型电站锅炉磨煤机研究与改造 ( 1 ) m p s 磨煤机的传动部件 m p s 磨煤机的传动部件由三相鼠笼型电机和三级齿轮减速器组成。三级齿轮减速器 第一级齿轮为螺旋伞齿轮，用以改善啮合特性，保证运转平稳，其余都是圆柱斜齿轮。 由于结构需要，圆柱齿轮为竖轴，在齿轮箱输出轴联轴器下部装有平面巴氏合金止推轴 承，齿轮箱承受着由碾磨部件重量和碾磨力所产生的垂直和水平方向的力。齿轮箱外壳 采用刚性较大的铸钢或焊接结构，另有可与驱动电动机轴相联接的盘车装置。使用盘车 装置时磨盘的转数仅有0 5 转分左右，利用盘车装置便于检查和修理碾磨部件。 ( 2 ) m p s 磨煤机的碾磨部件 m p s 磨煤机的碾磨部件由磨辊和磨盘组成，有三个定位的大磨辊作为从动轮滚动在 转动的磨盘上，碾磨工作所需要的压力( 即磨煤所需的研磨力) 来自于磨辊组( 包括磨 辊支架) 、上压盘等的结构自重和弹簧的预压力。弹簧预压缩作用是通过三组液压装置 施加于压缩弹簧压环上，并通过拉紧钢丝绳或拉杆直接传递到基础上。 m p s 磨煤机的磨辊与支架是通过转轴组合在一起的，把它固定在磨煤机上是通过上 压盘上的滚柱槽与支架上的滚柱槽压住在其中间的可径向转动的滚柱。上压盘又通过固 定在壳体上的滑动销上下移动而不能转动，这样就使上压盘上的弹簧直接传到磨辊上， 而磨辊又通过滚柱固定在相对位置上，并可沿着滚柱的径向做倾斜1 2 - - - 1 5 度之间的摆 动，即磨辊随物料情况和磨损情况进行摆动，这种结构有利于磨辊的均匀磨损和提高碾 磨效率。 m p s 磨煤机的磨盘用螺栓固定在齿轮箱输出轴端部的联轴器上，磨盘的外围是安装 在机架体上的喷嘴环。热气流通过喷嘴环进入磨煤机，在磨煤机内螺旋上升，喷嘴环通 道中的热气流速度非常重要，它关系到排放石子煤量的多少和通风阻力损失。热气流导 入研磨区用以干燥原煤及煤粉并将研磨过的煤粉带至分离器进行分离，粗颗粒返回磨机 重新研磨，合格粒度的煤粉被送出磨煤机，进入燃烧室。经由喷嘴环坠落到底盘上的石 子煤由固定在磨盘上的刮板刮至石子煤箱内。 ( 3 ) m p s 磨煤机的分离器 分离装置的任务是将从磨煤机中出来的气粉混合物的粗颗粒分离下来，而让符合要 求的细煤粉粒输送出去，避免重复研磨。根据分离的原动力不同，分离器可以分为重力 分离器、惯性分离器、离心分离器等型式。实际上，在任何一种形式的分离器中，煤粉 分离往往是几种原动力共同作用的结果。 大连理上人学专业学位硕士学位论文 m p s 磨煤机的分离器与其他形式中速磨煤机的分离器基本相同，因为m p s 磨煤机主 要适用于烟煤和贫煤的制粉作业，故其分离器的结构形式基本上采用离心式和旋转式两 种。 ( 4 ) m p s 磨煤机的机架 m p s 磨煤机的机架不直接承受碾磨压力和碾磨部件的自重，故均用钢板焊接而成。 m p s 磨煤机的机架只起支承分离器及其附件的作用，中小型m p s 磨煤机的机架为圆柱形， 大型的为六角形。上架体上开有检修和观察用门，机架法兰等需具有严密的气密性，以 防止运行中泄漏煤粉。 ( 5 ) m p s 磨煤机的基础 m p s 磨煤机的基础有弹性基础和钢筋混凝土刚性基础两种，这两种基础都能满足磨 煤机正常运行的需要。弹性基础的重量取为机器总重量的2 5 3 0 倍，刚性基础的重 量取为机器总重量的5 0 - 6 0 倍。 2 3p i p s 磨煤机的特点 ( 1 ) 由于结构设计上的优越，它的磨辊直径相对于其它磨煤机的直径大，从而滚 动阻力小，物料的碾入条件好。这有利于提高磨机出力和降低能耗。 ( 2 ) 相对位置固定的三个大磨辊与夕 l - j n 力的压环之间用滚柱销相联，从而辊子在 工作中随物料条件和磨损情况可以摆动一定范围，因此磨辊的磨损比较均匀且只出现在 与磨碎作业直接相关的部件上，这有利于提高磨辊的使用寿命。 ( 3 ) 由于碾磨部件的作用力是静定支承系统，其碾磨力均匀地传递到每个辊子上， 因此磨盘和传动部件受载均匀，运行平稳，噪音小。 ( 4 ) 碾磨压力不直接传给机架而传到基础上，使机架不受碾压载荷，从而不影响 机架的密封性。 ( 5 ) m p s 磨煤机的磨辊轴位置是固定的，故当磨盘推动磨辊转动时，磨辊转动的行 程等于磨盘转动的行程，不存在如同其他磨煤机的与碾磨作用无关的相对运动，这利于 提高碾磨效果，客服了碾磨部件的不必要磨损。 ( 6 ) m p s 磨煤机能够在短时间内改变运行工况，以适应系统生产的需要，且在调节 过程中，可避免出现不稳定现象，因此为实现自动化控制提供了理想的条件。 ( 7 ) m p s 磨煤机不仅具有碾磨和选粉的功能，还可作干燥之用。干燥剂通过喷嘴环 形成喷射气流，与磨内物料相遇，达到强烈的干燥效果，5 0 0 摄氏度的高温干燥剂在碾 磨区以上1 米的地方迅速降为1 0 0 摄氏度，使水分很高，甚至超过2 0 的物料获得充分 的干燥，剩余水分一般只有l 左右。 人型电站锅炉磨煤机研究与改造 ( 8 ) m p s 磨煤机的启动阻力较小，故采用结构简单、价格低的鼠笼型异步电动机驱 动。 ( 9 ) m p s 磨煤机具有可靠的密封装置，既能在正压工况下运行而不冒出粉尘，又能 在负压工况下运行而不吸收冷风。 ( 1 0 ) m p s 磨煤机的辊胎和磨盘上的衬瓦都是用硬镍铸铁制成，大型m p s 磨煤机的 辊胎和磨盘上的衬瓦均做成分块组合形式，其结构设计合理，易于检修和更换。 ( 1 1 ) m p s 磨煤机的磨盘直径相对其它磨煤机小，故平面占地面积小，但高度比其 它磨煤机高。 ( 1 2 ) 具有较大行程的弹簧加载系统，允许磨辊有足够的垂直移动量，与摆动结构 相结合能够保证对物料的适应性。 ( 1 3 ) 物料与碾磨元件永久相接触，在整个运行过程中，在物料的不同特性和碾磨 条件下，都能得到好的磨碎效果。 人连理t 大学专业学位硕十学位论文 3m p s 磨煤机的计算模型 m p s 磨煤机的计算主要包括m p s 磨煤机的出力与功率计算、结构尺寸以及制粉系统 的热力计算等。 3 1出力计算 3 1 1国外计算模型 m p s 磨煤机标准出力条件如下表3 1 。 表3 1m p s 磨煤机标准出力规定条件 t a b 3 1t h ec o m p u l s o d , c o n d i t i o nf o rs t a n d a r do u t p u to fc o a lp u l v e r i z e r ( 1 ) 原西德b a b c o c k 公司推荐按下式估算m p s 磨煤机的出力： b m = b 。f kf rf 。 式中b 。一磨煤机的标准出力( t h ) ； f 。一可磨性系数对出力的修正系数； fr 一煤粉细度对出力的修正系数； f 。一水分对出力的修正系数。 经数学整理后可得： f 女一0 2 2 3 3 + 2 0 5 5 7 ； 1 0 2 k b ，l “6 1 7 0 ； 1 05 k 拥2 f 月= 0 6 9 0 2 + 2 2 1 8 6 ； 4 ) f 。= 1 0 0 4 3 + 1 5 6 1 0 ； 1 0 3 w y 一7 2 4 3 6 x1 0 4 ( w 。) 2 w y 4 ，f ，= 1 0 ( 2 ) 美国b & w 公司推荐的算法与上式一样，但其中出力修正系数fk 、f 月、f ，可按 图3 1 查取。 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 l 1 1 1 。 o 矿 o n l 臼 r 小 j f - 、f k “ 臼f 黪挖黎渡| 麟 1 1 | 卅1j 墓囊萋 萎萎萎 图3 1m p s 磨煤机出力修正系数 f i 9 3 1t h ec o e f f i c i e n to fc o r r e c t i o nf o ri v l p sc o a lp u l v e r i z e r ( 3 ) h a n o w s k i 法 b 。= b o f tf 月f 。f ( t h )式中f 女、f r 按图3 2 查取： l ； 0 r 蚰( 奶 i o _ o o k h 图3 2h a n o w s k i 法m p s 磨煤机出力修正系数 f i 9 3 2t h ec o e f f i c i e n to f c o r r e c t i o nf o rm p s c o a lp u l v e r i z e r ( h a n o w s k im e t h o d ) 一l o 大连理工大学专业学位硕士学位论文 经数学整理后可得到如下关系： f 2 0 6 1 2 3 7 4 5 + 3 9 2 1 3 7 1 1 0 2 k b ，一3 0 4 2 4 6 7x1 0 一k 乙+ 8 11 9 0 0 4 1 0 7k 乙 f r = 0 2 6 1 1 9 4 + 7 3 7 9 5 0 5 x1 0 2 r 9 0 - 2 1 8 1 6 6 4 x1 0 3 r 五十2 6 1 8 7 2 2 x1 05 r 翥 f ，= 1 0 5 1 2 5 0 0 1x 1 02 w y 3 1 2 国内计算模型 m p s 磨煤机出力公式为： b 2 f f rf mf b o 式中b 。一磨煤机基本出力； f h 一原煤可磨性系数对磨煤机出力的影响修正系数，该系数随原煤哈氏可磨 性系数的变化关系如图3 3 a 所示； f r 煤粉细度对磨煤机出力的影响修正系数，该系数随煤粉细度的变化关系如 图3 3 b 所示； 。 f m 一原煤水分对磨煤机出力的影响修正系数，该系数随原煤水分的变化关系 如图3 3 c 所示： f 。一原煤灰分对磨煤机出力的影响修正系数，该系数随原煤狄分的变化关系如 图3 3 d 所示。在国 条件下： b o = c 。k d 。万盯z ( f 。f ，) o 2 5 式中国一磨盘旋转角速度； 一对应于磨煤机最大出力的磨盘最佳旋转角速度； c 脚- 4 9 c o c o 一比例系数，表示运行工况和结构对磨煤机出力的影响。 k 一l e x p ( p 0 2 8 p2 5 ) ； 其中p6 一磨辊压强；p2 5 一用做一个单位的磨辊压强，等于2 5 0 k p a 。 仃加 d 。； 万一lb o 。；其中，d 。表示磨辊直径；d e 表示磨盘直径；l b 表示磨辊宽度。 z 一磨辊个数，3 个； f 阳一弗劳德准则的最佳值，1 0 1 2 5 ； f ，一弗劳德数，f ，= 国2 d c 2 9 。 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 磨辊压强p 。等于磨煤机碾磨力与磨辊和煤之间的接触面积之比。m p s 磨煤机的碾磨力来 自于两部分：弹簧加载力和金属部件的重量。m p s 磨煤机单个磨辊的碾磨力计算公式如 下： f m2 f z + f w + l 3 f 甜+ fo 式中 f m 一单个磨辊的碾磨力； f ，一单个磨辊上的弹簧加载力； f w 一单个磨辊的重量； f 。一三角压力框架的重量； f n 一其它重量。 式中弹簧加载力f ，包括弹簧预紧力和弹簧修正力，弹簧预紧力是由磨煤机空载时的弹 簧高度计算所得出来的力，而弹簧修正力则是考虑到磨煤机不同负荷时煤层厚度使弹簧 进一步压缩所产生的力。即： f z 2f ，+ f 式中f 。一弹簧预紧力：a f 一弹簧修正力( a f = k a l ) a l = rb ( c o s 口- - 1 ) + r k ( c o s 口+ 1 ) r b 一磨煤机磨辊半径；r 。一原煤最大入磨颗粒半径；口一咬入角。 - a 乒：需 1 1 5 1 1 d 1 0 5 1 d d d 9 5 d 9 d 0 b 5 d 8 0 0 7 5 o 7 0 ， ， b 6 5 4 3 2 l o 9 8 7 6 ；l d 0 d d 加 _ 大连理下大学专业学位硕士学位论文 1 1 j 缸 1 0 o g o - e 口- t o 6 o s 、 、 、 、 、 、 50l o1 21 4蚯埔 m “) 、 、 、 c d 图3 3m p s 磨煤机出力修正系数 f i 9 3 2t h ec o e f f i c i e n to f c o r r e c t i o nf o rm p s c o a lp u l v e r i z e r 3 2 功率计算 m p s 磨煤机的功率计算公式如下： p = b p i + p o 式中p ；一磨煤机单位能耗； p 。一磨煤机空载功率。 3 3 磨煤机阻力计算 磨煤机连同分离器是一个整体，因此它的阻力计算往往作为一个部件来处理。原苏 联煤粉制备设计与计算标准中推荐，中速磨煤机连同分离器的阻力p 。按下式计 算： pm ：彘( 1 + o 8 ) 华n 2 式中彘不带粉气流或纯空气流时的局部阻力系数，对于各种中速磨煤机彘取7 5 ； p f 一分离器后干燥剂的密度； 2 一分离器出口管内干燥剂速度( m s ) ； 一分离器前的煤粉浓度。 其中z 分离器前的煤粉浓度可按下式计算： 。 ( 1 一m ) k 2 g l ( 1 + x k l f ) + a m 其中循环倍率，对于烟煤k = 7 ，褐煤k = 4 ，负压系统k 。f = 0 2 。 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 3 4m p s 磨煤机结构和尺寸计算 1 磨辊尺寸计算： 磨辊尺寸可由下列公式求出： d = o 7 7 8 d d 一磨辊直径( 舢) ； 卜磨盘节圆直径( 舳) 。 磨辊的宽度可由下式求出：h = o 3 4 d 2 原煤最大粒度计算 原煤最大给煤料粒度d 。可由下式求出： dk 2 0 0 3 7 d 为了原煤在粉磨过程中能顺利投入，取原煤给入粒度范围一般都取o - - - 4 0 m m 。 3 磨煤机磨盘转数计算 各种规格的辊盘式磨煤机因其粉磨机理的要求，在磨盘节圆处的离心力f 为一常数， 该数值由试验得出，一般取f = 7 1 8 5 ，这时可由下式求出磨煤机磨盘转数n ： 6 0ff 舻一7 、五 式中n 一磨煤机磨盘转速； 卜磨煤机磨盘节圆直径( m ) ； f - 磨煤机磨盘节圆处离心力。 4 磨辊碾磨压力的计算 磨辊碾磨压力因受物料层厚度、物料粒度大小等因素的影响而难以精确计算，所以 一般采用经验公式在各种规格磨煤机作比较，其计算公式如下： p 2 h x d p o 式中p _ 每个磨辊上作用的最大碾磨力； h 一磨辊宽度( m ) d 一磨辊直径( m ) p o 一磨辊单位压力系数，p o = 0 4 m p a ； 人连理t 大学专业学位硕士学位论文 上式的计算结果为每个磨辊的最大碾磨压力，在实际运行中，碾磨压力调整在该值 以下，具体数值根据煤种和磨煤机碾磨元件的磨损情况而定。在满足磨煤机出力和细度 的情况下，应采用较低的碾磨压力，以延长耐磨件的寿命。 作用在每个磨辊上的实际压力计算如下： ( 1 ) 液压缸拉力f 1 ： f l = p x a 式中r 液压油压力( p a ) j 卜液压缸活塞环面积( c m 2 ) ( 2 ) f 2 加压架重量的三分之一的力； ( 3 ) f 3 拉杆重量； ( 4 ) 磨辊重量f 4 。 实际总压力f 为： f = f 1 + f 2 + f 3 + f 4 5 磨辊轴承受力计算 磨煤机磨辊几何尺寸及受力情况如图3 4 所示： 大型屯站锅炉磨煤机研究与改造 图3 4 磨辊几何尺寸及受力情况 f i 9 3 4t h eg e o m e t r i c a ls i z ea n dm e c h a n i c a lf o r c eo fr o l l s 图中l l 一自由端轴承，f l 一固定端轴承。 f b2 f i + f 2 + f 3 轴承所受合力 f 。= f b c o s a ； 轴承所受径向力 f r - - - - c o sf 。； 轴承所受轴向力 f a = s i n f l f 。； 人连理下大学专业学位硕士学位论文 图3 5 磨辊轴承受力图 f i 9 3 5m e c h a n i c a lf o r c eo f t h eb e a r i n g 由上图所示自由端轴承径向力f r l 为： f ：业 k l ， 固定端轴承径向力f 盯为： f 腰：半 3 5 喷嘴环尺寸计算 磨煤机入口一次风体积流量v 札计算： 、，一m p a2 7 3 + t m 1 0 1 3 y一。1iil 氟。n 2 7 3 e o + p l 式中 m 队一标态下一次风质量流量； 氟。n 一标准空气密度； p o 一标准状态下大气压力； pl 一磨煤机入口静压； 喷嘴环出口内径： d 1 - - 1 3 7 3 d ( 卜磨盘辊道节圆直径) 喷嘴宽度a ： a 一造 喷嘴环出口外径d l ： d 1 = d l + 2 a c o s y 人型电站锅炉磨煤机研究与改造 喷嘴环出1 2 1 中径d 。： 喷嘴环出口叶片厚度s ： d i n _ d 1 + z d i z 喷嘴环出口截面积： a 只= z a d ( a d 一单个环出1 2 1 截面积) 喷嘴环出口空气速度因素w ，： w 2 = 1 a 异 喷嘴环高度l ： l = 0 1 0 4d m 上喷嘴环高度l ，： 一 1 1 = o 2 8 l 喷嘴环出口气体流速w ： w = w 2 v 甩 f r o n d 数： f - 坠 d h g 3 6m p s 磨煤机热平衡模型和计算 3 6 1 热平衡方程式 磨煤机热平衡图如3 6 所示： 火连理t 大学专业学 _ 7 = 硕士学位论文 瞵煤饥电动机辅 湿煤带入热最 热风带人热镊 7t 带出热鞋 出热毓q 。 机辐射散热量 骷出热量q i ， 图3 6 厝煤机热平衡图 f i 9 3 6n e t h e r m a lb a l a n c ed i a g r a mo fc o a lp u l v e r i z e r 热平衡计算作了如下假设： ( 1 ) 所有磨煤机漏风量均为每千克煤中o 2 千克空气； ( 2 ) 所有磨煤机电动机输入热量均为3 0 2 3 8 焦千克； ( 3 ) 所有磨煤机辐射散热量均为总输入热量的5 ： 一 q 。2 q 叫 其中 q i n 2 q 嗍+ qh a + q 。； q0 i i i = q 傩+ q 。+ q 。叫+ q 。； 3 6 。2 输入的热量q 抽 ( 1 ) q 嗍= 1 3 x w 式中w 一进入磨煤机煤量( k g h ) 。 ( 2 ) q i l a = ( w 。j w 一w 。) c 呻( t m t 。m ) 式中w 一磨煤机漏风量，w 。= 0 2 w 。( k g h ) w m c 一从煤中蒸发出来的水分重量，为计算中待求量( k g h ) ； c p 。一湿空气比热容，( j k g k ) ，按平均温度t = 垒 血，具体数值见图3 7 所 示。 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 ， ， 厂 。 r _ r j ，一j 一 一 一， j 一 z r 一r 身夕 ， 形- j _ ， 乡 ， _ _ 一 一r _ 一一 一一 _ _ 一一一， _ _ 一 _ 一一 车。气温度，( 一 0 0 卜) 图3 7 空气比热容 f i 9 3 7s p e c i f i ch e a to fa i r 图中1 、2 、3 、4 分别对应表3 2 中水蒸汽含量。 表3 2 水蒸汽的含量 t a b 3 2t h ec o n t e n to f w a t e rv a p o u r 3 6 3 输出热量0 咖 1 o 0 = w d 。x c 店+ ( w t m - - w 。) c 。 ( t “m t 。l i l b ) 式中w d 。进入磨煤机干煤重量( k g h ) ； c 干煤比热容； m w 蜘一送入磨煤机中煤含有水分总重量； o o o 叭 玑 o 大连理工大学专业学位硕士学位论文 w 劬2 w7 w x 0 4 5 4 ； c 一水比热容； t 础一外界环境温度； 2 q 眦= w n nx ( h 西_ h 鼬) 式中h 一一大气压力下磨煤机出口温度饱和蒸气焓( j k g ) ； h 鼬一大气压力下环境温度饱和水焓( j k g ) ； 3 q r a d 2 0 0 5 0 。 4 q 阳2 0 2 x w 。x c 阳( t 二一t 锄曲) 大犁电站锅炉磨煤机研究与改造 4m p s 磨煤机存在问题和改造方案 锅炉的燃烧工况对于发电厂经济性运行，保证满发、稳发有着重大影响。在现代化 大型火力发电厂中，锅炉热效率每提高1 ，意味着整套机组效率可提高0 3 0 4 ，标准 煤耗下降3 一- - 4 9 k w h 。要获得良好的锅炉燃烧工况，达到燃料燃烧完全和炉内温度场与 热负荷均匀分布，因此，锅炉制粉系统的良好运行具有十分重要的地位。 目前，随着电力体制改革的深入进行，竞价上网政策的正式实施，煤炭价格的不断 上涨，对于现代化一流电厂的发电机组来说，不仅要保证生产运行的安全性，还要着重 考虑生产过程的投入产出比，这就是电厂的经济性问题。由于煤炭价格的r 益飙升，锅 炉的制粉由于煤质等方面的变化，磨煤机运行的经济性达不到保障。 华能大连电厂3 号锅炉系引进英国b & w 公司制造的亚临界一次中间再热、单炉膛、 平衡通风自然循环汽包锅炉，于1 9 9 8 年投入生产运行。锅炉配有四台中速m p s - 8 9 g 型 磨煤机的正压直吹式制粉系统，前后墙各有二层每层六台共2 4 台低n 0 ，轴向旋流式燃烧 器，在顶层燃烧器上部设有后风口( 共1 2 台) ，由此产生两级燃烧，降低n o x 的产生， 每台燃烧器配有一台芯冷风机和一只出力为1 2 6 t h 采用蒸汽雾化的轻油枪，2 4 支轻油 枪总出力为3 0 m c r 。每台锅炉配有二台离心式冷一次风机和两台离心式密封风机：每台 炉还配有二台动叶调节轴流式送风机，两台双速双吸离心式吸风机，二台回转再生式三 分仓空气预热器。由于至今已运行了2 0 多年，随着设备的老化，检修维护的工作量增 大，工期延长、费用升高，备品备件由于产品的更新换代，价格相当昂贵，为此2 0 0 6 年对a 磨和d 磨进行了技术改造。 大连理工人学专业学位硕十学位论文 4 1系统简介 4 1 1 锅炉系统简介 锅炉为三井巴布科克能源有限公司制造的亚临界、一次中间再热、单炉膛、平衡通 风、自然循环煤粉炉。锅炉设计燃用晋北烟煤，采用前后墙对冲燃烧方式。为有效抑制 n 0 。排放量，锅炉采用分级燃烧系统，即低n o x 旋流燃烧器和位于前、后墙顶排燃烧器之 上的后风口( 燃烬风口) ，籍此完成富燃料区向富氧区的逐渐过渡，控制燃烧器区域总 体烟气温度水平，最大限度地抑制n o 。生成。每台锅炉配两台引风机、两台送风机、两 台一次风机。 锅炉设计为倒u 型布置，在炉膛上部，沿烟气流程依次布置二级屏式过热器、一级 屏式过热器、末级过热器、再热器热段、一级过热器、再热器冷段、省煤器。在锅炉出 口布置两台三分仓回转式空气预热器。烟气依次流经上述受热面，再经电除尘器除尘净 化后排入烟囱。锅炉主要参数见表4 1 ，燃煤特性如表4 2 所示 大型电站锅炉磨煤机研究与改造 表4 1 锅炉主要设计参数 t a b 4 1t h ep r i m a r yp a r a m e t e ro f b o i l e r 一2 4 火连理上人学专业学位硕十学位论文 表4 2 燃煤特性 t a m 2t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ec o a l 4 1 2 制粉系统简介 制粉系统