第二章 煤粉燃烧设备(制粉系统计算)

,第二章煤粉燃烧设备制粉系统计算,煤粉锅炉,炉膛,制粉系统：利用各种设备组成完整系统，把磨成合适细度、干燥成合适水分的煤粉以合适的空气送入燃烧室中去。,燃煤经专门的制粉系统磨制成细粉，比表面积大大增加，燃煤效率完全可以提高到90%以上。,制粉系统计算,磨煤机和制粉系统的选择,选择原则1)在选择磨煤机型式和制粉系统时，应根据煤的燃烧、磨损、输送、爆炸特性、可磨性、磨煤机的制粉特性及煤粉细度的要求，结合锅炉炉膛和燃烧器结构统一考虑，并考虑投资、电厂检修运行水平及设备的配套、备品备件供应以及煤源特点、煤种煤质变化情况、新建厂与扩建厂的不同、锅炉容量大小诸多因素，以达到磨煤机、制粉系统和锅炉燃烧装置匹配合理，保证机组的安全经济运行。,2)根据煤的磨损指数选择磨煤机的界限是依据磨煤机碾磨件的寿命近似划分。应根据煤的磨损指数和煤粉细度按磨煤机的寿命曲线或寿命的计算公式确定磨煤机碾磨件的寿命。再根据磨煤机研磨件的寿命选择磨煤机。中速磨煤机碾磨件和风环易损件的寿命应大于4000-6000小时，研磨件对MPS磨煤机系指辊轮的单面寿命，对E型磨煤机为补加钢球前的寿命。风扇磨煤机冲击板寿命应大于1000-1500小时（大于3m直径的磨煤机采用上限）。3)磨煤机台数和出力裕量的选择按DL5000执行。4)一次风管煤粉分配允许的最大偏差按DL/T5145执行。磨煤机及制粉系统的选择（见下表）,注：在Vdaf和IT两者之间应优先以IT指标为准,三介质或二介质干燥风扇磨煤机直吹式带乏气分离风扇磨煤机直吹式,45505060,19Mt40,3.53.5,600600,中速磨煤机直吹式3.5Ke5时,不宜使用RP和E型磨煤机）,3035,19,5.0,600,37,褐煤,双进双出钢球磨煤机直吹式,1526,1020,15,5.0,500800,中速磨煤机直吹式（3.5Ke5时,不宜使用RP和E型磨煤机）；,1526,1020,15,5.0,500800,2037,烟煤,中速磨煤机直吹式（3.5Ke5时,不宜使用RP和E型磨煤机）,15,10,15,5.0,700800,双进双出钢球磨煤机直吹式,15,10,15,5.0,700800,1520,a）中间贮仓钢球磨煤机热风送粉；b）中间贮仓钢球磨煤机炉烟干燥热风送粉；c）双进双出钢球磨煤机半直吹式；d）双进双出钢球磨煤机直吹式（配双拱燃烧锅炉）,810,46,15,不限,800900,1015,贫煤,a）中间贮仓钢球磨煤机热风送粉；b）中间贮仓钢球磨煤机炉烟干燥热风送粉；c）双进双出钢球磨煤机半直吹式；d）双进双出钢球磨煤机直吹式（配双拱燃烧锅炉）,810,46,15,不限,800900,a）中间贮仓钢球磨煤机炉烟干燥热风送粉；b）双进双出钢球磨煤机半直吹式,8,4,15,不限,900,6.510,无烟煤,煤粉细度(R75),经济细度R90,Mf,磨损指数Ke,IT,挥发分Vdaf,磨煤机及制粉系统,煤特性参数,煤种,磨煤机台数及裕量的选择,1直吹式制粉系统的磨煤机台数和出力，根据(DL50002000)按下列要求选择；（1）机组容量为200MW以下时，每台锅炉装设的中速或风扇磨煤机宜不少于3台，其中1台备用。（2）机组容量为200MW及以上时，每台锅炉装设的中速磨煤机宜不少于4台，风扇磨煤机宜不少于3台，其中1台备用。（3）当装设的风扇磨煤机为6台及以上时，其中可设2台备用(检修备用和运行备用)。（4）当采用双进双出钢球磨煤机时，一般不设备用磨煤机。每台锅炉装设的磨煤机宜不少于2台。,（5）磨煤机的计算出力应有备用裕量。对中、高速磨煤机，在磨制设计煤种时，除备用外的磨煤机总出力应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的110%；在磨制校核煤时，全部磨煤机在检修前的总出力应不小于锅炉最大连续蒸发量时的燃料消耗量。（6）双进双出钢球磨煤机，磨煤机总出力在磨制设计煤种时应不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的115%；在磨制校核煤种时，应不小于锅炉最大连续蒸发量时的燃煤消耗量；并应验算当其中一台磨煤机单侧运行时，磨煤机的连续总出力宜满足汽轮机额定工况时的要求。（7）磨煤机的计算出力，对中速磨煤机和风扇磨煤机按磨损中后期出力考虑；对双进双出钢球磨煤机宜按制造厂推荐的钢球装载量取用。,2钢球磨煤机贮仓式制粉系统的磨煤机台数和出力，按下列要求选择：（1）每台锅炉装设的磨煤机台数不少于2台，不设备用。（2）每台锅炉装设的磨煤机计算总出力(大型磨煤机在最佳钢球装载量下)按设计煤种不应小于锅炉最大连续蒸发量时所需耗煤量的115%，按校核煤种亦应不小于锅炉最大连续蒸发量时所需耗煤量。（3）当一台磨煤机停止运行时，其余磨煤机按设计煤种的计算出力应能满足锅炉不投油情况下安全稳定运行的要求，必要时可经输粉机由邻炉来粉。,磨煤机性能参数计算,基本术语磨煤机出力包括碾磨出力、通风出力和干燥出力三种，最终出力取决于三者中最小者。磨煤机的基本出力(或称铭牌出力)是指磨煤机在特定的煤质条件和煤粉细度下的出力，通常基本出力在磨煤机性能系列参数表中给出。磨煤机的设计出力(或称计算出力)是指磨煤机在锅炉设计煤质条件和锅炉设计煤粉细度下的最大出力。该出力是通过给定的公式、图表计算或试磨试验得到。最小出力是考虑磨煤机振动、允许的最小通风量下的风煤比计算给定。,.制粉系统计算,燃烧设备孙绍增,钢球滚筒磨煤机系列参数,球磨机的临界转速nlj：是指紧贴筒壁的钢球层提高速度达到筒体最顶部才落下的筒体速度。,式中D磨煤机筒体的直径,（1）磨煤机的转速n,磨煤机性能参数计算,选择磨煤机：以球磨机为例，一种低速磨煤机，转速为1625转/分。,当磨煤机的工作转速nnlj时，钢球和原煤不能被提升到一定的高度，磨煤的作用很小。而且煤粉也难于从钢球中分离出来，磨煤出力很小。当磨煤机的工作转速nnlj时，钢球和原煤与筒体一起转动而不会落下磨煤出力几乎为零。当磨煤机的工作转速nnlj时，钢球和原煤被提升到一定的高度后落下，热风穿过筒体干燥并带出煤粉，磨煤出力最大，分离效果较好。因此筒体的最佳工作转速应是筒体内钢球有最大提升高度时的转速，记为nzj。前苏联对装有波浪形护甲的磨煤机的最佳工作转速为,护甲的形状对钢球的提升高度有较大的影响，因为实际运行中钢球和筒体的转速总是不同的，其速度差值的大小主要决定于钢球和护甲之间的摩擦系数的大小，而护甲的形状对摩擦力有较大的影响运行实践表明，随着护甲的磨损，磨煤出力会逐渐下降，磨煤电耗逐渐增加。磨煤机选型时应考虑护甲形状对磨煤出力的影响。,（2）磨煤机的护甲,钢球装载系数（充满系数），按该式确定：Gb钢球装载量，t；b钢球堆积密度，取b=4.9t/m3,（3）钢球装载系数,球磨机中的通风量的Vtf的大小、不仅直接影响磨煤出力Bm的大小，而且影响原煤沿磨煤机筒体长度方向的分布和煤粉的细度。通风量过大时，虽然煤粉分布均匀，磨煤出力增加，但是磨煤机出口粗粉量也增加、回粉量增加，磨煤电耗增加，制粉系统的经济性下降。而磨煤通风量过小时，筒内原煤大多集中在给煤机入口端，磨煤机出口煤粉量下降，而且多为细粉磨煤出力降低。因此磨煤机的通风量应选样在保证磨煤出力和煤粉细度合理的条件下，使磨煤电耗和通风电耗最小的通风量，即最佳通风量Vtfzj，对单进单出的球磨机，可按经验公式计算即,（4）磨煤机的筒体通风量,钢球磨煤机磨煤出力计算公式,式中:Bm磨煤机碾磨出力,t/h；D、L磨煤机筒体的内径和长度，m；对于锥形磨煤机，V锥形磨煤机容积，m3；n磨煤机筒体的工作转速,r/min；Ktf筒体通风情况对出力影响的修正系数;khb护甲形状系数，对波形装甲和梯形装甲khb=1.0；对齿形装甲khb=1.10；R90粗粉分离器后的煤粉在筛孔为90微米筛子上的剩余量占总筛粉量的百分比，；kms由于护甲和钢球磨损使出力降低的修正系数，kms=0.9；,(2-1),钢球装载系数，按式(22)确定；(2-2)Gb钢球装载量，t；Sps为原煤粒度修正系数;b钢球堆积密度，取b=4.9t/m3；kkm工作燃料可磨性的修正系数，按式(2-3)式(2-7)确定；,(2-3),(2-4),(2-5),(2-6),(2-7),S1工作燃料水分对可磨性的修正系数；S2原煤质量换算系数,由平均水分磨煤出力换算到收到基水分下原煤质量；,Sps进入磨煤机的原煤粒度修正系数。由于实验室确定的可磨系数是采用粒度为1.243.2mm的风干煤样。而在工业球磨机中，原煤粒度要远大于1.243.2mm，而这必将增加从初始粒度破碎到1.243.2mm的能量消耗，故使实际磨煤出力下降。所以需要进行修正，Sps按筛孔为55mm筛子上的剩余量R5.0来确定。,Ktf滚筒内实际通风量对磨煤机出力的影响系数，按磨煤机实际通风量与最佳通风量之比Vtf/Vtfzj来确定;,钢球磨煤机电功率计算：,式中:NM钢球磨煤机功率，kW；cd磨煤机传动装置的效率；对一级减速箱的齿轮传动，cd=0.865；对两级减速箱的摩擦传动，cd=0.885；对低速电机无减速箱的齿轮传动，cd=0.92；对低速电机无减速箱的摩擦传动，cd=0.955。Nfj附加功率消耗，仅对370/850或更大型球磨机才予考虑；kr考虑燃料种类以及钢球装载系数的修正系数;s筒体与护板的总壁厚；,磨煤机电机功率还应考虑一定的裕量。通常为Ndj=1.10Nm单位磨煤电耗量Em为：dj电动机效率，dj=0.920.94；钢球磨煤机的适用场所：球煤机是所有高、中、低速磨煤机中运行可靠性最高的。用球磨机磨制的煤粉细度R90可以小于10%，是各种球煤机中唯一适宜磨制如此细煤粉的设备。其对那些极难磨碎，且Vr极低，要求R90很小的煤种，几乎只能唯一地选用钢球磨煤机。缺点：设备庞大、噪声大、金属耗量高、钢球及护板磨损量很大、运行电耗高。球磨机所磨制煤粉的均匀性指数n较低，由于空载功率占总功率的90%以上，所以球磨机特别不适宜低负荷下运行。,kWh/t,磨煤机性能参数计算流程图,.制粉系统计算,中间储仓式制粉系统制粉系统直吹式中间储仓式制粉系统是把磨制好的合格煤粉先储藏在煤粉仓内，然后根据锅炉负荷对燃煤量的需要，经过给粉机送入炉内燃烧。其特别适用于磨煤机的功率与出力特性不相一致的钢球磨煤机。气体携带煤粉进入煤粉分离器，分离下来的煤粉存入煤粉仓内，其余的气体即为制粉系统乏气。乏气排入大气称为开式系统，乏气最终送入锅炉内的称为闭式系统。,.制粉系统计算,在闭式系统内，乏气作为一次风直接输送煤粉进锅炉燃烧的叫做乏气送粉；乏气不作为一次风，而直接送入锅炉炉膛内的称为三次风，用另外的热空气作为一次风把煤粉送入炉内燃烧叫做热风送粉。乏气送粉往往适用于原煤水分较低，挥发分较高，易燃烧的烟煤。难着火和燃尽的无烟煤、贫煤及劣质烟煤，由于着火吸热量较大，为稳定着火和燃烧，均采用热风送粉，乏气作三次风。,.制粉系统计算,直吹式制粉系统是由磨煤机磨制的煤粉全部直接经燃烧器送入锅炉内。锅炉负荷的变化应该与磨煤机的磨煤出力完全一致，在任何工况下，都保持着磨煤量与锅炉燃料消耗量相等。因而采用中、高速磨煤机的制粉系统一般均为直吹式。,.制粉系统计算,粗粉分离器主要是靠重力分离、惯性分离和离心分离三种。离心式粗粉分离器是我国电厂应用最普遍的分离设备。细粉分离器是离心式分离器的一种，从粗粉分离器出来的合格煤粉气流沿圆周切线反向进入分离器圆柱体上部，自上而下沿螺旋线轨迹运动，在惯性离心力作用下，煤粉脱离气流，被抛向四周铜壁，并在重力作用下沿壁落到分离器下部圆锥部分，最后落入煤粉仓中。主气流经分离器的中心管排出，此即为制粉系统乏气。又名：旋风分离器。,.制粉系统计算,选定磨煤机和制粉系统；确定磨煤机的台数，磨煤出力及型号；制粉系统的热力计算；进行风量协调，确定一、二、三次风率；气固两相流动的阻力计算；,制粉系统的热力计算是以1公斤原煤为基础进行的热力平衡计算。,1制粉系统热力计算的任务是：1)确定磨煤机所需的干燥剂量、干燥剂初温和组成；2)确定制粉系统终端干燥剂总量、温度、水蒸汽含量和露点；3)对于按惰化气氛设计的制粉系统，尚应计算终端干燥剂中氧的容积额，并使之符合惰化气氛的规定；4)验算送粉管道中风粉混合物温度是否与所采用煤种相适应。2计算的起点和终点按下述规定：1)起点：燃料原煤落入口；干燥剂引干燥剂入磨煤机的导管断面。2)终点：在负压下运行的设备排粉机入口处；在正压下运行的设备粗粉分离器出口断面。,制粉系统热力计算,3热力计算中参数的选择，应首先满足使燃料达到所需的干燥程度的条件，并应同时符合下列要求：1)制粉系统的终端温度应不高于设备(磨煤机和排粉风机)轴承允许的温度和防爆要求的温度，但应高于干燥剂中水蒸汽的露点。2)对于以惰化气氛设计的制粉系统，终端干燥剂中氧的容积份额应符合惰化气氛的规定。3)对于直吹式和贮仓式干燥剂输粉系统，干燥剂中的空气量应在推荐的锅炉一次风量的允许范围内。4)系统的通风量应使设备各部件中的流速在推荐值范围内。4制粉系统热力计算应遵循系统带入热量与带出热量相等的热平衡原则。,制粉系统热平衡：Qin(qgz+qjx+qlf+qr)=Qout(qzf+q2+qjr+q5)即:输入系统的热量有：qgz具有一定温度的干燥剂带入系统的热量qjx磨煤过程中有机械能转变成的热能qlf制粉系统漏风所带入的热量qr燃料的物理热输出系统的热量有：qzf原煤水分Wy蒸发至Wmf所消耗的热量q2从制粉系统排出的干燥剂（即乏气）所带走的热量qjr加热燃料消耗的热量q5制粉系统的散热量,钢球磨煤机贮仓式制粉系统热力计算,宜采用热风作干燥剂，辅以温风或冷风调节，并采用干燥剂再循环来协调磨煤机的通风量。按磨煤机最佳通风量下的干燥剂量进行热力计算，求出干燥剂的初温度t1及干燥剂的各成分份额，并应进行湿度及露点的计算。钢球磨煤机贮仓式及负压直吹式制粉系统，应考虑向系统内漏风的影响。,qgz具有一定温度的干燥剂带入系统的热量qgz=cgzg1t1式中：t1各成分干燥剂混合后的初温度，；cgz在t1温度下各成分干燥剂加权平均质量比热容。(先假定t1,rzx,后校核）g1进入磨煤机的干燥剂量，kg/kg,式中：g1进入磨煤机的干燥剂量，kg/kg；Vtfzj制粉系统最佳通风量，m3/h；t2终端温度，；BM磨煤机出力，t/h；W每千克原煤被干燥所蒸发的水量，kg/kg；Kle制粉系统漏风率，为制粉系统漏风占入口干燥介质的份额，对钢球磨煤机的贮仓式制粉系统，可按磨煤机直径D级别取值；D2m取0.4；D3m取0.3；D4m取0.2。,图气体平均定压比热容,.制粉系统计算,qjx磨煤过程中由机械能转变成的热能qjx=kjxEm式中：Em单位磨煤电耗，kJ/kg。qlf制粉系统漏风所带入的热量qlf=klfg1cktlf式中：tlf漏入冷风的温度，。为环境温度，一般可取为2030；ck相应于tlf下湿空气比热容，kJ/(kg)。,qr燃料的物理热qr=crtr,其中crg为干煤比热容，kJ/kg,煤的干燥基比热容crg，kJ/(kg),qzf原煤水分Wy蒸发至Wmf所消耗的热量qzf=W（2500+1.9t2-4.19tr）式中：W1kg原煤水分蒸发量,kg/kg;