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高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

文檔作者：魏翠萍王艷民唐文權(quán) 文檔來(lái)源： 1．中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 2．中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月17日
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第35卷第4期
2 0 1 5年8月
黑龍江冶金
Heilongjiang Metallurgy
Vo1．35 No．4
August 2015
高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)
魏翠萍 ，王艷民 ，唐文權(quán)
(1．中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100080；2．中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司)
摘要：火力發(fā)電廠磨機(jī)與高爐噴煤磨機(jī)工況不同。高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按原煤條件和煤粉粒度核算磨機(jī)
實(shí)際出力，修正磨煤機(jī)一次風(fēng)量、阻損、電機(jī)功率。根據(jù)修正后數(shù)據(jù)配置主排煙風(fēng)機(jī)、布袋收粉器和管道系統(tǒng)
等。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可達(dá)到節(jié)省投資、降低生產(chǎn)能耗、節(jié)約成本目的。
關(guān)鍵詞：高爐噴煤；磨機(jī)；一次風(fēng)量；阻損；煤粉粒度；節(jié)能；系統(tǒng)優(yōu)化
Energy——saving Optimization Design of M ill System of BF pulverized coal
Wei Cu~ing ，Wang Yanmin ， Wenquan
(1．Sinosteel Engineering Design&amp;amp;Research Institute Co．，Ltd．Beijing 100080 China；
2．Capital Engineering&amp;amp; Research Incorporation Limited
Abstract：The mill working conditions of the thermal power plant are different from the ones of the
blast furnace pulverized coal mil1．Design of coal mill system of blast furnace is adjusted by coal con—
ditions and particle size of pulverized coal，and modified by mill primary air flow amount，resistance
loss and motor power．According to revised data main exhaust fan，a bag filter，and pipe system are
selected．Th rough optimizing design，saving investment，reducing energy consumption，and saving
the cost objectives are achieved．
KeyWords：blast furnace coal injection；mill；primary air flow；resistance loss；pulverized coal size；
reducing energy；system optimization
我國(guó)高爐從六十年代開(kāi)始噴吹煤粉，至今已
有5O多年的歷史。2013年全國(guó)高爐年噴煤總量
約在1億t左右。高爐噴煤制粉用的磨機(jī)型式和
規(guī)格與國(guó)內(nèi)的火力發(fā)電廠相同。早期磨機(jī)采用臥
式圓筒鋼球磨。七十年代末，上海重型機(jī)械廠引
進(jìn)美國(guó)技術(shù)生產(chǎn)HP系列碗式中速磨。八十年代
中期，北京電力設(shè)備總廠和沈陽(yáng)重型機(jī)械廠一起
引進(jìn)德國(guó)技術(shù)生產(chǎn)輪式中速磨。北京電力設(shè)備總
廠生產(chǎn)ZGM系列中速輥式磨，沈陽(yáng)重型機(jī)械廠生
產(chǎn)MPS系列中速磨，由于兩家同時(shí)一起引進(jìn)，兩種
系列磨機(jī)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)基本相同。九十年代
末，南京冶金設(shè)備公司引進(jìn)德國(guó)CP公司技術(shù)并合
作制造生產(chǎn)EM系列大球磨。目前，國(guó)內(nèi)高爐噴
煤制粉使用的磨機(jī)大部分為上述四種結(jié)構(gòu)形式。
高爐噴煤和火力發(fā)電的制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)工
收稿日期：2015—06—17
作者簡(jiǎn)介：魏翠萍(1980一)，女，研究方向：煉鐵，工程師。
20
況主要區(qū)別見(jiàn)下表。
綜上所述兩個(gè)系統(tǒng)工況區(qū)別，相同型號(hào)磨煤
機(jī)，在高爐噴煤制粉系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，有四個(gè)基本技術(shù)
數(shù)據(jù)需要修正，不宜直接使用火力發(fā)電廠同規(guī)格
磨煤機(jī)采用的技術(shù)數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化高爐噴煤制粉
第4期 魏翠萍，等：高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高磨煤機(jī)使用的性價(jià)比。磨煤機(jī)的
四個(gè)基本技術(shù)參數(shù)是：基本一次風(fēng)量，通風(fēng)阻力，
電動(dòng)機(jī)功率，煤粉細(xì)度。
1 磨煤機(jī)的最高出力和實(shí)際出力
磨煤機(jī)制造廠在設(shè)備選型手冊(cè)上對(duì)各種規(guī)格
的磨煤機(jī)都提供一個(gè)磨煤機(jī)最高出力的參數(shù)，
ZGM系列稱之為基點(diǎn)出力。磨煤機(jī)的實(shí)際出力是
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的原煤可磨性系數(shù)、煤粉細(xì)度和原
煤水分以及其他因素對(duì)所選磨機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)出力按公
式1進(jìn)行修正以后的產(chǎn)量。磨煤機(jī)實(shí)際出力的修
正系數(shù)項(xiàng)目和數(shù)值可以參照磨煤機(jī)制造廠的選型
手冊(cè)確定。
Q—Q。× ×? xf, (1)
式中：Q一磨煤機(jī)的實(shí)際出力；
Q。一磨煤機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)出力；
一 一哈氏可磨度、煤粉細(xì)度、原煤水分、后
期出力以及其他因素的修正系數(shù)。
火力發(fā)電廠為了滿足煤粉在鍋爐內(nèi)完全燃
燒，要求煤粉細(xì)度達(dá)到R90≤16％。我國(guó)高爐噴
吹煤種大部分為煙煤和無(wú)煙煤組成的混合煤，混
合煤的可磨性指數(shù)不可能達(dá)到HGI=80％。由于
高爐噴吹煤要求灰分低，大部分為噴吹洗精煤，水
分不可能低至4％ ，一般洗精煤水分10％ ～12％ 。
高爐噴煤在上述條件下，既使高爐噴煤要求煤粉
細(xì)度與火力發(fā)電廠相同時(shí)，磨煤機(jī)產(chǎn)量也不可能
達(dá)到磨煤機(jī)設(shè)備選型手冊(cè)上的最高出力。
2 基點(diǎn)一次風(fēng)量和實(shí)際干燥煙氣量
高爐噴煤煤粉制備系統(tǒng)磨煤機(jī)干燥煙氣量不
宜按磨煤機(jī)選型手冊(cè)提供的基點(diǎn)一次風(fēng)量配置系
統(tǒng)設(shè)備，應(yīng)按磨煤機(jī)實(shí)際出力，通過(guò)熱平衡和氣體
平衡原理計(jì)算干燥煙氣量，高爐噴煤制粉用磨機(jī)
的入口煙氣量應(yīng)該可以減少。
2．1 分析磨煤機(jī)一次風(fēng)量在系統(tǒng)中作用
在ZGM系列產(chǎn)品基本數(shù)據(jù)中，當(dāng)磨機(jī)規(guī)格選
定以后，無(wú)論磨機(jī)實(shí)際出力多少，只有一個(gè)“基點(diǎn)
一次風(fēng)量”(即：磨機(jī)最高出力時(shí)的磨機(jī)人口風(fēng)量)
可供采用。磨煤機(jī)一次風(fēng)量參數(shù)顯然是針對(duì)火力
發(fā)電廠磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。高爐噴煤制粉系
統(tǒng)和火力發(fā)電廠磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的工藝流程不
同，操作工況不同，選用磨煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)也應(yīng)該
有所不同。
火力發(fā)電廠用磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)絕大多數(shù)采用
正壓直吹工藝，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的空氣用作一次風(fēng)
(即：磨煤機(jī)人口的一次風(fēng)量)，當(dāng)磨煤機(jī)一次風(fēng)排
出磨機(jī)時(shí)帶著煤粉直接吹人鍋爐爐膛進(jìn)行燃燒。
磨煤機(jī)一次風(fēng)同時(shí)用作助燃空氣的小部分，鍋爐
用的大部分助燃風(fēng)(即：二次風(fēng)量)不通過(guò)磨煤機(jī)
同一次風(fēng)同時(shí)吹入鍋爐爐膛。煤粉燃燒的助燃空
氣需要量是相對(duì)定值，經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)的一次風(fēng)量減
少了，直接吹入鍋爐的二次風(fēng)要增加，對(duì)節(jié)省制粉
系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用沒(méi)有什么影響。因此，火力
發(fā)電廠磨煤機(jī)對(duì)一次風(fēng)只有個(gè)最大值的限制。
中速磨用于電廠不能限制其所用原煤的品
種，當(dāng)磨制褐煤時(shí)，為了確保系統(tǒng)安全生產(chǎn)，磨煤
機(jī)出口溫度限制在65—70cc范圍內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)最
高磨煤機(jī)出口溫度不能超過(guò)75℃。限制了磨機(jī)出
口溫度等于限制了磨機(jī)人口溫度，當(dāng)磨機(jī)達(dá)到最
高出力及其相應(yīng)條件時(shí)，按基點(diǎn)一次風(fēng)量配置干
燥煙氣，通過(guò)熱平衡計(jì)算，磨煤機(jī)入口溫度在170
～ 180℃ ，磨機(jī)進(jìn)出口溫差110℃ ，顯然，磨煤機(jī)人
口一次風(fēng)溫度與設(shè)備允許能力有近220~C差距。
高爐噴煤磨煤機(jī)實(shí)際出力低于磨機(jī)最高出力，顯
然，綜合提高一次風(fēng)溫和降低磨煤機(jī)產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)因
素，制粉系統(tǒng)的一次風(fēng)量可大大降低。
高爐噴煤制粉用磨機(jī)的入口煙氣由高爐熱風(fēng)
爐廢煙氣(溫度130—150℃)和煙氣升溫爐燃燒
煤氣產(chǎn)生的高溫?zé)煔?溫度I>900 )混合而成，或
者由磨煤機(jī)自循環(huán)煙氣(溫度90～100℃)加上升
溫爐高溫?zé)煔饨M成。因?yàn)檫M(jìn)入磨煤機(jī)的干燥煙氣
是惰性煙氣，系統(tǒng)煙氣含氧率低于安全規(guī)程規(guī)定
的系統(tǒng)含氧率控制在12％ 以下要求，該系統(tǒng)磨制
高揮發(fā)份煙煤，磨機(jī)出口溫度允許達(dá)到9O～
100℃ ，布袋收粉器人口允許溫度為12O℃。磨機(jī)
一次風(fēng)入口溫度采用300qC，磨機(jī)入口煙氣量可以
比基點(diǎn)風(fēng)量減少。
2．2 降低一次風(fēng)量意義
高爐噴煤制粉系統(tǒng)采用負(fù)壓貯倉(cāng)式工藝，磨
煤機(jī)出口煙氣中所帶的煤粉經(jīng)布袋收粉器收集后
落入煤粉倉(cāng)。布袋收粉器后面設(shè)有主排風(fēng)機(jī)，抽
取布袋收粉器中分離出的煙氣，通過(guò)主排風(fēng)機(jī)全
部或部分排人大氣。減少磨煤機(jī)一次風(fēng)人口煙氣
量可以減少布袋收粉器過(guò)濾面積，同時(shí)也降低主
排風(fēng)機(jī)人口煙氣量和系統(tǒng)阻力損失，進(jìn)而節(jié)省主
排風(fēng)機(jī)的投資和能耗。減少磨煤機(jī)一次風(fēng)人口煙
氣量還可以減少排放煙氣總量及PM10對(duì)大氣的
環(huán)境污染。
21
黑龍江冶金 第35卷
由于磨煤機(jī)實(shí)際出力的減少，磨煤機(jī)的裝機(jī)
容量應(yīng)該相應(yīng)減少。
由于磨煤機(jī)一次風(fēng)人口煙氣量的減少，磨煤
機(jī)和粗粉分離器的阻損也隨之減少，系統(tǒng)主排風(fēng)
機(jī)的全壓、流量和功率可以減少。
3 高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一次風(fēng)量
與負(fù)荷關(guān)系
高爐噴煤制粉車(chē)間磨煤機(jī)選型確定后，需要
根據(jù)煤種重新校核磨煤機(jī)實(shí)際最大出力，設(shè)計(jì)根
據(jù)實(shí)際最大出力確定一次風(fēng)量。圖1為磨煤機(jī)制
造廠提供火力發(fā)電廠磨機(jī)負(fù)荷率與一次風(fēng)關(guān)系曲
線。高爐噴煤磨煤機(jī)設(shè)計(jì)可以借鑒圖1曲線? ，
確定高爐噴煤磨煤機(jī)系統(tǒng)一次風(fēng)流量。
100
90
80
噻70
嶧6o
50
InP^
／
／
／
40 50 6O 70 80 90 l0o
磨機(jī)負(fù)荷％
圖1
磨機(jī)負(fù)荷率％ ：設(shè)計(jì)磨機(jī)最大出力／磨機(jī)基
點(diǎn)出力％
4 高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)磨機(jī)阻損與負(fù)
荷關(guān)系
高爐噴煤磨機(jī)實(shí)際最大出力確定后，由于一
次風(fēng)量修正，磨機(jī)系統(tǒng)阻損需要相應(yīng)修改。圖2
為磨煤機(jī)制造廠提供火力發(fā)電廠磨機(jī)負(fù)荷與磨機(jī)
阻損曲線? 。高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以借鑒圖
2曲線，確定磨機(jī)阻損。
1OO
9O
譽(yù)80
柱7O
6O
50
22
／
／
／
／ ／P
．／
△P
40 5O 6O 70 8O 90 l00
磨機(jī)負(fù)荷％
圖2
磨機(jī)靜壓降％ =設(shè)計(jì)磨機(jī)阻損／磨機(jī)基點(diǎn)壓
降％
5 高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)磨機(jī)驅(qū)動(dòng)功率
與負(fù)荷關(guān)系
高爐噴煤磨機(jī)實(shí)際最大出力確定后，磨機(jī)本
體驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率需要調(diào)整。圖3為磨煤機(jī)制造廠
提供火力發(fā)電廠磨機(jī)負(fù)荷率與驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率曲
線。高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以借鑒圖3曲
線 J，確定磨機(jī)電機(jī)功率。
褂
髁
暴
唧
褂
稃
O0
9O
80
70
6O
50
／
／
／
／ 。 ／ N
／
N2 kW
40 5O 6O 70 80 90 100
磨機(jī)負(fù)荷％
圖3
磨機(jī)功率％ =設(shè)計(jì)最大出力應(yīng)配電 磨機(jī)
基點(diǎn)出力電機(jī)功率％
6 降低磨煤細(xì)度要求
為了保證火力發(fā)電鍋爐內(nèi)煤粉的完全燃燒，
發(fā)電廠要求煤粉的細(xì)度有兩種標(biāo)準(zhǔn)，英制標(biāo)準(zhǔn)：小
于200目(<0．074ram)的煤粉要求大于80％ ，公
制標(biāo)準(zhǔn)：R90=16％ (≥0．09mm的煤粉要求<
16％)。在高爐噴煤初期，高爐噴煤煤粉粒度采用
與發(fā)電廠相同標(biāo)準(zhǔn)。
6．1 高爐噴吹煤粉粒度選擇
隨著高爐噴煤操作條件提高，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，
高爐噴煤細(xì)度已經(jīng)逐步加粗粒度。可以加粗煤粉
粒度原因：
(1)由于煤粉噴人高爐風(fēng)口前回旋區(qū)內(nèi)燃燒
的時(shí)間不足0．05s，不可能達(dá)到完全燃燒，既使噴
吹高揮發(fā)性煙煤，并且達(dá)到發(fā)電廠要求的煤粉細(xì)
度，燃燒率最多也只能達(dá)到75％左右，噴吹混合煤
時(shí)燃燒率更低。
(2)高爐噴吹煤粉也不要求達(dá)到完全燃燒，從
高爐風(fēng)口回旋區(qū)出去的未燃煤粉還可以和焦粒一
樣參加還原反應(yīng)。鑒別煤粉在高爐內(nèi)利用率的高
低不是看回旋區(qū)的燃燒率，而是看高爐煤氣爐塵
吹出量中碳的增量有多少。
通過(guò)國(guó)外高爐粒煤噴吹可以說(shuō)明煤粉粒度不
第4期 魏翠萍，等：高爐噴煤磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)
是提高煤粉利用率的決定因素。
6．2 磨煤機(jī)出力與煤粉粒度關(guān)系
煤粉磨制細(xì)度是關(guān)系到磨機(jī)出力的關(guān)鍵參
數(shù)，粒度從R90=16％(≥0．09ram的煤粉要求<
16％)加粗到了R90=40％ ，磨機(jī)出力可以提高
31％ 。
煤粉粒度加粗后磨煤機(jī)實(shí)際出力提高了，新
設(shè)計(jì)磨機(jī)系統(tǒng)時(shí)可能降低一級(jí)磨機(jī)的規(guī)格，節(jié)約
了投資。對(duì)已經(jīng)在生產(chǎn)的磨機(jī)來(lái)說(shuō)，加粗煤粉粒
度，可以降低磨機(jī)電耗，節(jié)約能源。
7 結(jié)語(yǔ)
由于火力發(fā)電廠磨機(jī)工況與高爐噴煤磨機(jī)工
況不同，既使選擇相同型號(hào)磨煤機(jī)，磨煤機(jī)系統(tǒng)配
置也是有所不同的。高爐噴煤磨煤機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按
磨煤機(jī)實(shí)際出力修正磨煤機(jī)一次風(fēng)量，以此為基
礎(chǔ)噴吹磨煤機(jī)系統(tǒng)配套主排煙風(fēng)機(jī)、布袋收粉器、
管道系統(tǒng)等。通過(guò)上述優(yōu)化設(shè)計(jì)，可達(dá)到節(jié)省投
資、降低生產(chǎn)能耗、節(jié)約成本目的。
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(上接第19頁(yè))
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