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百万千瓦级火电机组磨煤机选型分析

发布日期:2019-06-12 08:42:42

摘要:本文详细介绍了中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统和双进双出钢球磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统各自的性能特点和各项经济指标,依据邹县电厂2×1000MW火电工程的实际情况,并结合燃煤日益市场化的趋势提出了科学合理的选择,对其它火电工程制粉系统的选择将起到参照作用。 

关键词:磨粉机;正压直吹式制粉系系统;中间储仓乏气送粉系统;中磨速 

0概述 

华电国际邹县发电厂是一座现代化特大型坑口电站,始建于1983年,现有装机总量4540MW(4×335MW+2×600MW+2×1000MW),其中2×1000MW超超临界火电机组的锅炉为高效超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏型锅炉。磨煤机作为机组的重要辅助设备,其配置的优劣将直接影响机组的安全性和经济性。 

1机组燃用煤种与磨煤机类型 

邹县发电厂2×1000MW超超临界火电机组设计选用本地产烟煤(即兖矿集团和济北矿业的混煤),挥发份较高且易于研磨(见表1)。设计煤种的干燥无灰基挥发分Vdaf=39%,属烟煤,挥发份较高,容易着火燃烧,对于锅炉点火燃烧十分有利,但也易自燃、放炮。对制粉系统的选择将提出很严格的要求。按国标GB/T7562—1998对煤的可磨性分级可知当煤的HGI=40~60时,为难磨煤,本工程煤质HGI=64,不属于难以研磨的煤种。 

对于燃用烟煤的制粉系统来讲,在国内一般有4种选择,分别是钢球磨煤机中间储仓乏气送粉系统、单进单出钢球磨煤机直吹式制粉系统、中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统和双进双出钢球磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统。钢球磨煤机中间储仓乏气送粉系统不宜用于Vdaf=(27~40)%的烟煤,因为此种烟煤的挥发份较高,中储系统各环节积粉处存在自燃爆炸的隐患,威胁机组安全,且系统复杂、电耗高、占地面积大,故本工程设计不予采用;单进单出钢球磨煤机直吹式制粉系统在大型机组上缺乏成功的应用经验,为规避风险,本工程设计亦不予采用;对于中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统和双进双出钢球磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统来讲,应根据机组设计煤种和制粉系统的自身特点进行比较分析,进行最经济合理的选择。 

2中速磨和双进双出钢球磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统配置特点比较 

2.1中速磨煤机的国内制造状况和特点 

目前,世界上用于大型燃煤电站的中速磨煤机大致可分为三类:HP(RP磨的替代产品)型碗式中速磨、MPS型辊式中速磨和MBF型辊式中速磨。 

HP型碗式中速磨煤机是ABB-CE公司于80年代中期开发出来的产品,是RP型中速磨的取代产品。上海重型机器厂继1981年从ABB-CE公司引进RP系列中速磨技术后,又于1989年从ABB-CE公司引进HP系列中速磨技术,并已有了许多HP型磨煤机的业绩,在制造方面已积累了比较丰富的经验。HP1103型中速磨煤机已被托克托电厂及宝钢订货,正处在生产阶段。 

MPS型辊式中速磨煤机最早是由德国DBW公司于50年代研制开发的。沈阳重型机器厂于1985年从德国DBW公司引进MPS系列190、225、255三种磨煤机的制造技术,目前由其制造的MPS型磨煤机已在国内多个电厂应用。沈重已制造了国内最大的中速磨MPS450(磨石灰石),同时也制造了70多台MPS265,MPS315,MPS360,MPS375中速磨(大多用于水泥厂),故设计制造MPS280中速磨煤机技术上是可靠的。 

另外,北京电力设备总厂也于1985年从德国DBW公司引进MPS225型制造技术和MPS磨系列化设计核心技术,并通过开发形成了自己的产品ZGM系列磨煤机,且在国内电厂也得到应用。 

MBF型辊式中速磨煤机是由美国FOSTERWHEELER公司于1975年开发出来的产品。MBF磨煤机基本保留了MPS磨煤机的优点:磨辊直径较大,磨辊研磨寿命较长。目前国内尚无制造厂家生产此型式的磨煤机。鉴于本工程拟采用国产化设备的实际情况,在此不赘述。 

2003年2月长春发电设备总厂引进了德国BABCOCK公司MPS-HP-Ⅱ型磨煤机专有技术,该技术是德国MPS磨轧机第三代产品,是德国的最新技术。 

HP型中速磨和MPS型中速磨的研煤机理大致相同,即主要靠磨辊和磨碗衬板之间的挤压来破碎原煤。HP型磨和MPS型磨在中速磨煤机领域中代表着二种不同的流派和风格,在市场竞争环境中,二者相互取长补短,不断地进行改进和完善,其结构和工作原理有许多相似之处,也各有自己的特点。 

其相似之处: 

1)磨煤机采用变加载。磨煤机的出力大小可自动、随时随地进行调整。机组调峰时,避免磨煤机的频繁启动,运行操作方便。利于延长耐磨件寿命,可节能20; 

2)运行可靠性相对于钢球磨煤机较差,运行维护工作量较多,需设备用磨煤机; 

3)传动装置采用行星齿轮减速机。此减速机具有体积小、重量轻、承载能力大、效率高、工作平稳等特点;磨辊与磨碗衬板无直接金属接触,可空载启停,启动力矩小,停机时磨碗中的存煤便于清除干净; 

5)磨煤机的出力由给煤机和一次风量控制,对锅炉负荷响应速度较慢; 

6)风煤比较高,低负荷时煤粉细度不宜控制,对锅炉稳燃不利。满负荷时风煤比在2左右,低负荷时,风煤比更高。另外风煤比高,使一次风系统阻力加大,增加了一次风机的能耗; 

7)对煤种的适用性,二种磨煤机基本相同。适用低磨蚀性(冲刷磨损指数Ke<5),低灰份,中高挥发份,水分<25,HGI>40的烟煤、次烟煤和贫煤;对煤中三块(木块、石块和铁块)比较敏感,容易磨损。不适合磨制高硬度,高水分和低挥发分煤种。 

其不同之处: 

1)磨辊和磨盘形状不同。HP型磨的磨辊为滚锥型,结构体积小,耐磨材料体积也小,磨辊使用寿命较短。而MPS磨的磨辊为滚轮型,磨辊直径大,结构体积大,耐磨材料体积也大,磨辊可以翻辊使用,寿命较长; 

2)HP型磨煤机结构相对简单,机器的体积较小,机体振动较大,本体的阻力小,石子煤排量较小。MPS型磨煤机结构相对复杂,机器的体积较大,机体振动较小,本体阻力大,石子煤排量较大; 

3)自动变加载装置不同。HP型磨煤机采用外置式弹簧加载装置,结构简单,维修方便,成本低。MPS型磨煤机采用液压蓄能器变加载技术; 

4)HP型磨煤机磨辊可翻出检修,使磨辊更换可以直接在机器上进行,减少停机时间。MPS型磨煤机磨辊也可吊出检修,但检修时间相对长一些。 

综观以上二种中速磨煤机在国内的制造和使用情况,MPS型中速磨和HP型中速磨均可适用本工程设计煤种的煤质资料,故在本工程的技术经济比较中,中速磨制粉系统基于HP型中速磨煤机。 

2.2双进双出钢球磨的国内制造状况和特点 

世界上制造双进双出钢球磨煤机的厂家很多,其中有代表性的三家为:法国ALSTOM、美国FOSTERWHEELER和瑞士SVEDALA。三家生产的磨煤机各有特点,但磨煤原理是一致的,即通过钢球和煤之间的互撞、互锉进行研磨。 

沈阳重型机器厂1988年从法国ALSTOM引进BBD3448、BBD3854、BBD4060、BBD4366、BBD4760、BBD4772六种规格双进双出钢球磨煤机的全部设计、制造、检验和试验技术。目前,由其生产的BBD4060、BBD4062、BBD4760等产品已应用于国内外的多个电厂中,在制造方面积累了丰富的经验。 

上海重型机器厂1995年也从法国ALSTOM引进BBD系列双进双出钢球磨煤机全套技术,并与ALSTOM合作制造了BBD4360型磨煤机出口国外,目前已与常熟电厂签订合同12台,在今年年底为其提供4台,在生产制造方面积累了一定的经验。 

双进双出钢球磨煤机的特点十分显著: 

1)连续作业率高,运行维护工作很少,不需设备用磨煤机; 

2)此型式的磨煤机,其易损件钢球能实现不停机加球; 

3)其螺旋推进器叶片一般寿命为2~3年,筒体衬板寿命

6~8年,螺旋叶片和筒体衬板的更换可跟随锅炉检修时进行,磨煤机检修维护费很低;

4)在宽负荷范围内,响应速度快。磨机储存煤量大,磨煤机出力靠一次风量调整,使磨机响应锅炉负荷速度快; 

5)风煤比低。风煤比低是磨机本身结构所决定的。风煤比低使煤粉在一次风中浓度提高,加上低负荷时细度增加,有利于锅炉低负荷时稳燃,降低燃油耗量; 

6)出力和细度稳定。出力的调节是由一次风量决定的。一次风量不变,出力就稳定。出力的控制与磨煤机内的煤位控制是相互独立的,不会因出力的增加影响磨机内的煤量。煤粉细度通常是由磨机的钢球量决定的,只要钢球量不变,细度是稳定的; 

7)煤种适用范围广,不易受异物影响。适用各种煤质,对坚硬和高磨蚀性燃料,可通过改善受损件(衬板、钢球)材料来满足使用寿命要求; 

8)灵活性大。双进双出钢球磨煤机可根据锅炉负荷要求,实现双进双出、单进双出或半磨运行三种工况,在实际应用中给用户带来很大的方便; 

9)可用率高。在出现单侧堵煤或一台给煤机故障停机时,双进双出钢球磨煤机可单侧进煤而出力下降较小,且筒体内煤粉存量很大,可维持15分钟锅炉煤粉需求。因此双进双出磨煤机的可用率很高,FW公司提供的资料称可高达99.28; 

10)磨煤机的电耗比中速磨电耗高,故运行费用较高。 

2.3HP型中速磨制粉系统与BBD型双进双出钢球磨制粉系统技术性能比较 

HP型中速磨制粉系统与BBD型双进双出钢球磨制粉系统在技术性能上各有优缺点: 

1)在设计上HP型中速磨制粉系统与BBD型双进双出钢球磨制粉系统一般都设置6台磨煤机(其中HP型中速磨制粉系统的6台磨煤机5台运行,1台备用)。 

2)在工作原理上,HP1103中速磨是通过旋转的、带有凹槽形滚道的碗式磨盘和三个固定的轮胎型磨辊碾压物料进行研磨;而BBD4360双进双出钢球磨则是通过钢球和煤之间的互撞、互锉进行研磨。 

3)HP1103中速磨结构复杂。磨辊置于磨煤机内部,运行要求较高;需设备用磨,立式布置。磨煤机本体阻力较高,运行维护点较多,有润滑站、液压站、磨辊润滑等,运行可靠性稍差。对“三块”(木块、石块和铁块)敏感,大块对运行有影响。适用于粉磨中等硬度和中等磨蚀性的贫煤及烟煤,无储备能力,断煤后需立即停机,对锅炉负荷变化响应较慢,通过改变给煤机出力进行调整,迟缓10分钟以上。低负荷时煤粉细度差,对锅炉稳燃不利。磨煤机出力通过给煤机和一次风量控制。每台设备自成体系,附机设备出现故障,需启用备用磨煤机。耐磨件磨损后期细度降低。电耗较低,一般为8—9kWh/吨煤,但因磨煤机阻力较高,一次风机电机功率高。运行维护点较多,运行可靠性稍差。磨辊、磨盘瓦寿命一般为8000小时。噪音较小,距设备1m处的噪音<85dB(A)。煤粉均匀性好。设备重量及占地面积较双进双出钢球磨制粉系统小。磨煤机启动、停机性能好。风煤比较高,满负荷时为2左右,低负荷时更高。一、二次风系统运行能耗之和高。磨煤后期出力≤95。每年需更换耐磨件,连续作业率受一定影响。检修工作量大,技术要求高。对运行检修人员素质要求较高。 

3)双进双出钢球磨制粉系统结构简单。磨煤机内部仅需充填钢球,无运转部件。磨煤机本体阻力较低,仅为中速磨煤机的45左右,无需备用磨,卧式布置。运行维护点少,仅有一台润滑站需进行日常维护,运行可靠性高。原煤中的石块、铁块、木块对运行影响较小。对煤种的适应性强,主要用于坚硬及中等硬度的煤种,特别适用于挥发份较高而磨蚀性又较强的煤种,对较高水分的原煤也有较强的适应性(仅次于风扇磨煤机)。储备能力大,断煤后锅炉仍可运行15分钟。磨煤机煤粉储备量大,对锅炉负荷变化响应较快,通过改变一次风量进行调整,适合机组调峰,仅迟缓15秒钟。因原煤在筒体内停留时间长,煤粉细度高,低负荷时,对锅炉稳燃有利。磨煤机出力靠一次风量控制,筒体煤位靠给煤机控制。磨煤机出力控制和磨煤机煤位控制属两套控制系统。因可以双进双出、单进双出、单进单出(半磨)等状态运行,即使个别给煤机等辅机设备出现故障,仍可保证满负荷运行。但设备重量及占地面积较HP1103中速磨大,启动、停机性能差,但煤粉均匀性较HP型中速磨好的多,整个运行期间细度稳定,低负荷时细度显著提高,有助于锅炉低负荷稳燃。风煤比较低,一般在1.4~1.7之间,低负荷时更低,最低可达1.35。磨煤机运行电耗较高,一般为(14—17)kWh/t煤,但因磨煤机阻力较低,一次风机电机功率低。噪音较大,距设备1.5m处的噪音<85dB(A)。衬板寿命能达到35000小时以上,绞笼寿命能达到(9000~18000)小时,运行期间仅需采用自动加球装置补充部分已磨损的钢球。因五年内不需停机更换耐磨件,因此连续作业率高。设备结构简单,无特殊维护部件,日常维修工作量很小,对运行检修人员素质要求不高。 

2.4HP型中速磨制粉系统与BBD型双进双出钢球磨制粉系统经济性能比较 

1、中速磨与双进双出制粉系统在主厂房建筑投入上差异约2000万元(见表2)。 

表2主厂房尺寸及造价比较 

项目 

单位 

HP中速磨 

BBD双进双出磨 

柱距 

m

10

12

煤仓间跨度 

m

13.5

18

煤仓间屋顶标高 

m

56.9

54.4

除氧间跨度 

m

10

10

除氧间屋顶标高 

m

46.25

46.25

汽机房跨度 

m

34

34

汽机房屋顶标高 

m

38.7

38.7

煤仓间总长 

m

211.4

229.4

主厂房容积(煤仓间、除氧间、汽机房)

万m3 

53.83

63.25

单位容积价格 

元/m3 

238

238

总造价 

万元 

12812

15054

2、中速磨与双进双出制粉系统在设备造价上亦有较大差异(见表3)。 

表3制粉系统初投资比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出 

钢球磨 

磨煤机 

万元 

720×6×2

700×6×2

给煤机 

万元 

12×50

24×38

除铁器和除细木器及输煤皮带价差 

万元 

70

0

石子煤处理系统(按水力方案) 

万元 

70

0

汽机房及除氧煤仓间土建造价 

万元 

12812

15054

总计 

万元 

22192

24366

注:1.以上设备及系统未含安装费。2.两种方案的比较均忽略设备基础、送粉管道、四大管道、控制系统、征地费用所引起的差价。3.磨煤机价格按上海重型机器厂报价,中速磨按一类进口配置价格,给煤机价格按沈阳施道克电力设备有限公司报价。 

3、中速磨与双进双出制粉系统在运行费用上无论是负荷模式一(年利用小时数6500h,年运行小时7800h。其中100负荷按4350h计,75负荷按1700h计,50负荷按1750h计。)还是负荷模式二(年利用小时数5500h,年运行小时7800h。其中100负荷按2200h计,75负荷按2200h计,50负荷按2900h计,40负荷按500h计。)都有较大差别(见表4—表7) 

表41台炉在负荷模式一工况下磨煤机年耗电量比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出钢球磨 

100TMCR

(4350h)

kWh

700×5×4350

1327.5×5×4350

75TMCR

(1700h)

kWh

670×4×1700

1327.5×4×1700

50TMCR

(1750h)

kWh

620×3×1750

1171×3×1750

每炉年耗电量 

万kWh

2304

4405

表52台炉在负荷模式一工况下制粉系统年耗电量比较

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出 

钢球磨 

磨煤机 

万kWh

4608

8810

一次风机引起的耗电差 

万kWh

684

0

给煤机 

万kWh

16

20

石子煤处理系统 

万kWh

75

0

除铁、除细木器电差 

万kWh

31

0

合计 

万kWh

5414

8830

表61台炉在负荷模式二工况下磨煤机年耗电量比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出钢球磨 

100TMCR

(2200h)

kWh

700×5×2200

1327.5×5×2200

75TMCR

(2200h)

kWh

670×4×2200

1327.5×4×2200

50TMCR

(2900h)

kWh

620×3×2900

1171×3×2900

40TMCR

(500h)

kWh

550×3×500

1327.5×2×500

每炉年耗电量 

万kWh

1981.5

3780

表72台炉在负荷模式二工况下制粉系统年耗电量比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出 

钢球磨 

磨煤机 

万kWh

3963

7560

一次风机引起的耗电差 

万kWh

684

0

给煤机 

万kWh

16

20

石子煤处理系统 

万kWh

75

0

除铁、除细木器电差 

万kWh

31

0

合计 

万kWh

4769

7580

4、二种制粉系统检修费用比较 

中速磨与双进双出制粉系统由于所采用磨煤机的构造与工作原理不同在检修费用和劳动强度上有很大差别(见表8)。 

表8制粉系统检修费用比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出钢球磨 

碾磨件费用 


400万元/1台炉。 

(电话咨询铁岭电厂300MW机组费用为250万元/1台炉) 

钢球:1吨煤耗钢球量按100克计,413t/h燃煤量年耗钢球为 

413×6500×0.1/1000=268(t),钢球价格为5000元/t,钢球费用为: 

268×0.5=134(万元/1台炉)。 

衬板:6台磨衬板~240吨,单价5500元/吨,5年更换一次,6台磨年费用为: 

240×0.55/5=26.4(万元/1台炉)。 

绞笼:3年更换一次,6台磨费用:(14×6/3=28(万元)。 

1台炉年检修费为 

134 26.4 28=188(万元)。 

人工费 


每年需检修一次磨煤机,每台磨煤机需6人15天,1台炉需人工:90×6=540(天)。 

人工费按200元/天计,则1台炉年人工费为 

540×200=10.8(万元)。 

一台磨衬板更换一次: 

10人需15天, 

6台磨衬板更换需900天 

衬板5年更换一次,年需人工为 

900/5=180(天)。 

一台磨绞笼更换一次: 

10人需5天, 

6台磨绞笼更换需300天 

绞笼3年更换一次,年需人工为 

300/3=100(天)。 

人工费按200元/天计,则1台炉年人工费为 

280×200=5.6(万元)。 

总计(1台炉)

万元 

400 10.8=410.8

188 5.6=193.6

检修更换耐磨件费用 


每年需更换一次耐磨件。 

五年内主要耐磨件不必更换,可减少检修时间4个月,可节约大量检修时所必需的人力、物力及材料的耗费。 

设备运转率 


设备较复杂,维护管理要求高,特别对运行维护人员素质要求高,管理使用不当会大大影响设备运转率。 

设备简单,维护方便,运行可靠,使其运转率较所有其它形式磨煤机均高,对运行维护人员素质要求不高,可保证机组长期稳发满发,保证良好经济效益。 

如因设备运转率的提高,每台机组多1台磨煤机运行一天即可创产值:100万kW×0.2×24h×0.12元/度电=57(万元)。 

二种制粉系统年费用比较:采用最小年费用比较法,计算公式如下: 

A=P·I(1 I)n/((1 I)n-1) R S=0.08549P R S

A--年费用; 

P--初投资 

R--年运行费(含电费、检修维护费); 

n—经济生产年(20年); 

I--年利率(贷款)取0.0576; 

S--系统费用,此处取0。 

综合以上各部分,费用比较见表9、表10

表9负荷模式一工况下2台机组年费用比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出 

钢球磨 

初投资年费用 

万元 

0.08549×22192

0.08549×24366

年耗电费 

万元 

650

1059

年检修及运行费用 

万元 

410.8×2

193.6×2

年费用总计 

万元 

3369

3529

二方案年费用差 

万元 

0

160

注:1.电费按成本价0.12元/kWh计算; 

表10按负荷模式二(年利用小时数5500h)2台机组年费用比较 

项目 

单位 

HP1103中速磨 

BBD4360双进双出 

钢球磨 

初投资年费用 

万元 

0.08549×22192

0.08549×24366

年耗电费 

万元 

572

909

年检修及运行费用 

万元 

410.8×2

193.6×2

年费用总计 

万元 

3291

3379

二方案年费用差 

万元 

0

88

注:1.电费按成本价0.12元/kWh计算, 

3结论 

从经济比较看,BBD型双进双出钢球磨冷一次风机正压直吹系统年费用高于HP型中速磨冷一次风机正压直吹系统160万元(当年利用小时数6500h时)或88万元(当年利用小时数5500h时)。 

从技术分析看,燃用高挥发分烟煤的锅炉采用双进双出钢球磨正压直吹和中速磨正压直吹系统都是可行的,但双进双出钢球磨的独特性能对锅炉长期安全运行是十分有利的,如:故障检修少,连续运行率高,使锅炉的可用率大大提高;响应锅炉负荷变化迅速,提高了锅炉运行的安全性和经济性;适应锅炉低负荷运行的能力强,磨在低负荷运行煤粉细度更细,对锅炉稳定燃烧节省助燃油很有利,提高了锅炉低负荷运行的经济性;可研磨任何煤种,能适应我国燃料供应渠道多、煤种多变的情况,特别能适应磨损指数高的煤,这是中速磨无法办到的。 

综合以上技术经济比较,经多方论证,本工程拟采用双进双出钢球磨冷一次风机正压直吹系统。但对于我国西北部煤炭储量丰富地区,特别对于燃用固定的煤炭品质属于低硬度的高挥发分的发电机组,推荐采用中速磨正压直吹制粉系统。 

作者简历: 

张代新(1965—)山东省邹城市人,工程师,副总经理,曾从事300MW和600MW火电机组的生产管理工作,现从事600MW超临界火电机组的生产管理工作。 

李祥苓(1972—)山东省邹城市人,汽机专业工程师,曾从事300MW和600MW火电机组的检修与维护工作,现从事600MW超临界火电机组的基建与安装的技术管理工作。


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