劣质煤对钢球磨煤机煤位的影响及调节

薛玉峰

（漳泽电力河津发电分公司山西河津043300）

摘要：针对河津发电厂磨煤机碾磨劣质煤时易引起煤位异常的问题，通过分析差压法煤位测量原理及方法，讨论了掺杂劣质煤时对磨煤机内煤位的影响，为避免因煤位测量偏差可能进而引发磨煤机缺煤、满煤等生产事故，提出了可行的调节煤位测量和处理煤位异常的方法。

关键词：双进双出钢球磨煤机；煤位；劣质煤；差压法煤位测量

0引言

双进双出钢球磨煤机长期运行后普遍存在碾磨出力下降、煤位测量压力管不畅通等问题，在使用劣质煤时这些问题尤其突出，常常造成煤位测量困难及判断困难，进而引发磨煤机缺煤、满煤等事故。本文通过分析差压法煤位测量原理、磨煤机结构及工作原理，提出采用劣质煤时避免煤位异常的方法，确保磨煤机安全运行。

1现状及问题

漳泽电力河津发电厂二期2×300MW机组采用哈尔滨锅炉厂生产的HG-1056/17.5-YM21型负压平衡锅炉，燃烧器采用四角切圆燃烧方式。其制粉系统采用冷一次风正压直吹式。河津发电厂二期每台锅炉配有三台磨煤机，每台磨煤机带两层燃烧器，由两台电子称重式皮带给煤机给煤。河津发电厂煤源为附近的洗中煤及火车运来的煤矿筛分煤。

河津发电厂二期2×300MW机组采用福斯特惠勒公司生产的FW-D11D型双进双出钢球磨。自2005年投产以来，随着生产年限的增长，由于磨筒体内部护瓦的磨损，磨煤机碾磨出力逐渐下降，当碾磨含石子较多的煤时，会造成磨内积存大量的难磨物料，对煤位的测量产生影响，在处理不当时曾发生磨煤机入口一次风弯头内部频繁着火的事故。

磨煤机主要参数如下表：

2煤位测量的一般方法

双进双出钢球磨煤机一般采用差压法煤位测量装置来测量和控制煤位，有的电厂煤位测量辅助以电耳和功率测量装置，通过耳轴管处噪音和磨煤机电流来辅助判断磨内存煤的多少。平时差压煤位测量装置异常时，运行人员也会通过磨筒体声音及磨电流并结合给煤量、磨出口温度、负荷变化、一次风开度等信息综合判断磨内存煤情况。

磨煤机正常运行中，由差压煤位测量装置测量磨内煤位，并将信号传递给DCS，通过DCS的控制逻辑来调节给煤机转速，使得磨煤机内煤位保持在一定的范围内。差压煤位测量系统包括特殊的测量探头和吹扫系统；高煤位压力测量探头和低煤位压力测量探头分别安装于耳轴管下沿下方500㎜、750㎜处，参考压力测量探头安装于接近磨煤机中心线上[1]；通过各个调压阀向耳轴管下方高煤位压力测量探头、低煤位压力测量探头以及接近磨煤机中心线的参考压力测量探头通入一定流量的压缩空气，由差压变送器实测调压阀后的高煤位压力与参考压力的差压作为磨煤机高煤位信号值，低煤位压力与参考压力的差压作为磨煤机低煤位信号值；这些信号值传给DCS，作为控制磨煤机煤位的依据。其原理是：当磨内存煤量增大，煤位压力测量探头被高浓度煤粉淹没，探头处气压增高，使得差压变送器实测差压变大；反之，当磨内存煤量减少，煤位压力测量探头上方高浓度煤粉高度降低，探头处气压降低，使得差压变送器实测差压变小，由此可通过差压变送器实测差压的大小来反应磨内煤位的高低。

通过高、低煤位探头的布置位置和浓粉高度与差压对应关系，可以知道一定煤位差压下对应的磨内实际煤位高度。煤位差压值对应的煤位高度如下图（预期煤位高低与煤位差压值关系图）[1]：

在预期煤位高低与煤位差压值关系图中，以低煤位探头口处作为坐标原点，即当煤位高度在此点处时，压差值为0。当高、低探头的差压值为50㎜水柱即0.5kpa时，分别对应300㎜、270㎜的煤位；当高、低探头的差压值为0.6kpa时，分别对应400㎜、320㎜的煤位；从图中可以看出，在磨煤机正常稳定运行的煤位条件下，差压越高，煤位高度曲线的切线斜率越大。磨煤机煤位可显示的差压值范围为0—0.77kpa。

除了磨煤机内实际煤位的高低影响差压变送器实测差压的大小外，测量探头的取压管畅通与否也影响差压变送器实测差压的大小。当通往测量探头的取压管不畅通时，会使得通入的压缩空气流量变小，差压变送器测得的压力升高，造成差压变化。如果是煤位信号管不畅通则差压变大；如果是参考压力管不畅通则差压变小。如果经过吹扫，管路仍不能保持完全畅通，则应适当调节调压阀，改变通向探头的流量大小，使得该探头测得的煤位信号值与其他探头测得的煤位信号值基本一致。

煤位辅助测量的原理是利用磨煤机内煤位变化对磨煤机电流和噪音的影响。随着煤位的增高磨煤机电流先升后降，噪音变小。

3煤质变化对煤位的影响

在碾磨单一煤种时，磨煤机的出粉量与给煤量一致就会维持煤位不变。当煤种变为由两种可磨性系数相差较大的煤种组成的混煤时，无论混合后的可磨性系数如何变化，都会发生选择性磨细[2]，难磨的部分会在一定时间后保持较大的颗粒，而易磨的部分在同样时间会达到被一次风带走的细度，从而使得磨煤机内难磨物料的比例增大，相应的磨煤机对难磨物料的总体碾磨出力也会增大。如果保持给煤中两种煤的比例不变，则在磨煤机内最终会达到一个新的存煤比例，这个新的存煤比例使得难磨物料的碾磨出力增大到出粉量中的难磨和易磨物料的比例与给煤中的物料比例一致，从而使得磨煤机内的两种物料比例不再发生变化。

随着煤炭市场的变化或用煤政策、购煤策略的变化，在煤炭资源供应紧张期间或其他因素的制约下，为了降低发电成本和符合用煤政策，许多电厂燃用煤是掺加了低质煤的混煤。对煤炭销售公司来说，为了供应达到电厂某一标准的低限值煤，也会在洗中煤中适当掺混粉碎的矸石等物料。如果输煤系统因故障或检修工作导致配煤不当，大量劣质煤直接进入磨煤机，不仅对锅炉燃烧工况造成巨大影响，而且影响制粉系统的正常工作。多数劣质煤中的难磨物料量大，可磨性系数大大低于正常煤种，使得磨煤机内难磨物料的积存比例大大增加，磨内块状、大颗粒的物料比例增多，使得在钢球正常大小配比下的制粉出力受到影响，增强了对细粉的碾磨而减少了对大体积物料的碾磨。这使得在煤位定值不变的情况下，大颗粒物料的比例进一步增多，磨煤机内存煤的实际质量增加，磨煤机电流增大。部分大颗粒物料运动到煤位测量探头附近会使得探头出口气压突变，当这些物料越来越多时，DCS上显示的煤位信号表现为针状的周期为秒级别的大幅波动，幅值甚至可以到满量程，完全不能作为给煤机自动调节的反馈信号，只能根据波动的范围大致判断煤位；严重时会使探头出口堵死，无法监视煤位。另外，由于这些大颗粒物料的增多，部分块状物料及部分小钢球会运动到双进双出磨煤机两侧耳轴中心风筒内，与钢筒撞击发生明显的噪音，这种噪音表征了磨内块状难磨物料大量积存，往往伴随有磨煤机电流变大，煤位波动大等现象，同时影响了通过噪音判断磨内存煤的准确性。

在上述情况下，磨的出粉量明显减少，为了维持煤位在正常范围，给煤量不得不相应降低；给煤量的降低表明在这种异常工况下磨煤机的碾磨出力已经不能满足之前给煤量的碾磨要求；而磨煤机在这种情况下电流的增大使得电流针对磨煤位的变化不再敏感，从而使得运行人员通过磨筒体声音及磨电流并结合给煤量、磨出口温度、负荷变化、一次风开度等信息来判断磨内的存煤量变得十分困难甚至成为不可能。

在这种情况下，不论采用差压法测量煤位还是采用电耳和功率测量煤位，准确判断磨煤机内的煤位都存在着很大的困难。

4煤位异常工况可引发的事故

在上述情况下，由于煤位判断困难，操作不当时，容易发生磨煤机空煤事件和满煤事件。

当发生给煤机断煤事件时，煤位受到较大的扰动，再调节回复到正常煤位比较困难，容易发生磨煤机严重空煤事故。当磨煤机内煤位偏低时，磨内积存的粉量减少，一次风携带的粉量也减少，且粉量中的矿物质成分增大，使得其对应的燃烧弱化，主汽压力下降，如果未意识到这是磨煤机煤位下降引起，盲目开大磨入口一次风，会形成恶性循环，使得一次风粉比严重失调，风速过快，风粉浓度过低，会导致喷燃器处火检信号消失，引发锅炉灭火的生产事故。

如果磨内煤位偏高，浓粉可能会从正常的煤位——略低于分离器耳轴管刚伸入筒体的外侧下沿[1]——升高到一次风进风筒的高度，导致大量粗粉及大物料被一次风卷起，带入分离器，使得分离器回粉量增大，并且使出粉中的粗粉含量也增大，而磨筒中部的煤粉却不能及时被带走。如果煤位继续升高，超过了进风筒的高度，则会使得从通过耳轴风筒外侧吹向分离器的风粉通道截面积明显减少，使得出粉量大幅减少，并且使磨煤机筒体压力明显升高，筒压甚至可以升高至一次风调节挡板前母管压力值；此时如果盲目减少一次风量，不调节给煤量，就可能发生磨煤机满煤的生产事故。此外，煤位过高还可能造成磨煤机密封处煤粉外泄，造成设备的损坏和环境污染。

漳泽电力河津发电厂二期多台磨煤机曾出现过耳轴及分离器处有明显石子或钢球的撞击音的现象，持续一天到几天不等，后发现一次风通入磨的弯头保温材料处温度明显升高，从正常的100℃左右升到250℃以上，可见其内部的温度已经远远高过了磨的进风温度。当时通过降低风温、降低煤位等手段都不能有效降低温度，后停磨检查，发现部分磨煤机耳轴内一次风筒的进风侧的锥形铁网已经破损，并积有焦化的块状矸石等物料。由此可见，当磨煤机内煤位异常升高时，部分块状物料及部分小钢球容易运动到双进双出磨煤机两侧耳轴中心风筒内，与进风口端的铁网磕碰造成了铁网的损坏，并在此处堆积并发生了自燃，如不及时发现并纠正，可引发设备事故。

5调节煤位测量和处理煤位异常的方法

根据以上分析和实践验证，当煤位压力管调压阀调节过量或管路堵塞时，煤位高度与煤位差压值的对应关系曲线会发生较大变化，差压变送器实测差压常常不能真实反应磨内煤位的高低，需重新标定实测差压与煤位的对应关系。重新标定和调节煤位测量的方法和步骤是：首先吹扫管道，一般情况下有堵塞的管道吹扫后沿程阻力变化较大，然后应将煤位信号和参考压力信号流量先调至正常值附近，再对二者流量微调，使得在磨煤机空煤（实际煤位低于测量探头出口）的情况下，差压刚好为0，随着磨内煤位增加到煤位探头附近时，差压开始增加，煤位稳定后，最后将参考压力信号管流量略微往大调一些，使得0煤位留有一定的裕量即可。

在通过磨煤机筒体声音及磨煤机电流来判断磨内存煤情况时，应考虑是否因劣质煤等因素引起磨煤机筒体声音及磨煤机电流的异常变化，不可一概而论。

处理磨煤机煤位异常的一般方法是：当劣质煤或其他因素引起某台磨煤机内难磨物料大量积存、磨煤机电流增大、进而引发磨煤机煤位自动调节困难或出现煤位异常现象时，应结合各种信息综合判断磨内存煤情况，及时减小该磨煤机的给煤量，根据磨煤机出力情况可以将原有的给煤量减小四分之一至二分之一，并适量减小一次风量，使得该磨煤机内积存的物料不断减少；在减小该磨煤机出力的同时增加其他磨煤机的出力或投油，继续维持锅炉的稳定燃烧。采取上述措施后，该台磨煤机中的难磨物料的积存比例会升高，随着磨煤机碾磨出力对单位存煤量碾磨出力的增大，难磨物料的比例又会逐渐减小，且物料的总量逐渐下降至一新的平衡值，该磨煤机的电流会随着难磨物料积存量的减少而逐渐下降，其煤位的测量及判断的影响因素中会逐渐减少受到难磨物料的影响作用，然后就可以给该磨煤机增加给煤量，调整煤位，恢复该台磨煤机的出力。

当煤位异常且无法确定磨煤机内煤位偏高或偏低时，一般将给煤量降低到维持磨稳定运行的最低给煤量，适当减小一次风量，仍用上述方法减少磨煤机内存煤量，消除难磨物料的积存，直到可以判断出实际煤位比差压法测量范围偏低时，再调整煤位。

从漳泽电力河津发电厂二期磨煤机一次风弯头处异常自燃事件分析，如果双进双出钢球磨煤机主要采用可磨性系数低、难磨物料夹杂量大的煤种时，可以考虑在磨煤机一次风筒入口端改造装设筛网及回收石子和小钢球装置[3]，并适当通入冷却风，可在运行中定时排除磨煤机内积攒的难磨物料及微小钢球，从而降低这种工况下的磨煤机电耗。

6结束语

电厂用煤中随机地掺杂或多或少的劣质煤是可能发生的，当掺混的劣质煤的数量和难磨物料超过一定的允许值时，磨煤机内煤位常常出现异常，并且同时出现煤位测量值偏差过大或失效，如果不能及时调节煤位测量和处理煤位异常，就可能引发生产事故。为确保磨煤机安全运行，调节操作人员不仅要熟悉一般情况下的煤位判断知识，还应具有劣质煤对煤位的影响及调节的知识。

参考文献：

[1]FosterWheelerInternationalEngineering&ConsultingCo.LTD.《河津二期FW磨煤机说明书》。

[2]张妮妮，煤的可磨性指数变化及破碎机理研究，2006，浙江大学硕士学位论文。

[3]袁兴华，钢球磨煤机磨煤新方法研究，2007，华北电力大学硕士学位论文。

作者简介：

薛玉峰，男，1980年08月05日。2004年毕业于太原理工大学，现工作于漳泽电力河津发电分公司发电运行部，工程师，集控运行主值。