风扇磨煤机的空气动力特性及运行性能的研究

摘 要：风扇磨煤机是直吹式制粉系统的燃煤电站锅炉提供合格煤粉的制粉设备。本文介绍了风扇磨煤机的空气动力特性及运行性能，以便于根据锅炉制粉参数边界条件和燃料条件，确定最合理的风扇磨煤机性能参数，保证锅炉的稳定运行

关键词：风扇磨煤机；空气动力特性；运行性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.062

1 风扇磨煤机的特点

风扇磨煤机能同时完成煤的磨制、干燥和通风三方面的要求，它与中速磨煤机的制粉系统不同之处在于能依靠自身的通风能力进行煤粉的输送而不需要附加的通风风机，同时结构简单，因磨前进行高温干燥，能够磨制水分较大的褐煤。

2 风扇磨煤机的空气动力特性

由于风扇磨的结构组成，使其具有自行吸入干燥剂的能力，因此它起到一个风机的作用。但是它的运行工况又不同于风机，因为它同时进行着燃料的干燥和破碎过程，从而大幅度地改变了磨内的工作条件。

工作条件：

（1）原煤在制粉系统内干燥时干燥剂温度降低，蒸发的水气大量析出，前一现象使工质的体积缩小，后者则使其增大；而温降的幅度和水分的蒸发量又取决于干燥剂的量及初温、煤的应用基水分、粒度以及煤粉的细度等因素。

（2）煤的粒度及比重在破碎和干燥过程中不断变化，其粒度与比重成反比。

（3）由于分离器和磨煤机组合成为一个整体，因此回粉量的多少和分离器挡板的开度都对磨煤机的内在阻力有影响。

由于上述原因，使风扇磨煤机的工作特性与其在冷态下纯空气测定的通风特性有显著的不同。而做为整个制粉系统，则其工作特性又与输粉管道流通阻力有关：系统的通风量是风扇磨煤机△P-Q特性线与管道阻力特性线的相交点，这一交点随着介质比重和煤粉浓度的变化而变化。

归纳起来，运行条件对风扇磨煤机工况的影响表现在：

（1）干燥介质温度降低时，其比重增加，风扇磨压头升高，而管道内的压头损失也增大，系统通风量保持不变，但耗电量增加。

（2）给煤量增加时，煤粉浓度增大，风扇磨内阻增大、压头降低，管道内压头损失增大，系统通风量降低，耗电量增大。

（3）变速调节时，转速降低，风扇磨压头也相应降低，但管道阻力特性不变，系统通风量降低，耗电量减少。

这些影响的综合表现是：磨煤机给煤量越大，系统通风量越低，磨煤机提升压头越小。

3 磨煤机的运行性能

3.1 风扇磨煤机的出力

打击板对煤粒的破碎力与撞击时两者之间的相对速度成正比，因此风扇磨的出力与转速或打击轮直径成正比；另一方面，风扇磨的出力又受到干燥剂输送能力的限制。在通风量一定的条件下，过多地加煤将使磨内发生“堵塞”，造成煤粉输送不出去。因此风扇磨的出力也与通风量成正比；而通风量又与打击轮的直径，宽度及转速成正比。所以，增大打击轮直径及宽度是提高风扇磨出力的主要手段。

煤粒不仅在磨煤机内被破碎，同时也被干燥，此干燥对破碎产生有利的作用，所以这是一个复合过程。褐煤的有效破碎要求每个煤粒都被足够量的高温干燥剂所包围，在第一次被撞击破碎后，干燥介质与煤粒之间产生高速的相对运动，使其新暴露出来的表面很快得到干燥产生龟裂，而导致煤粒变脆从而在受到第二次撞击时就容易被破碎。一般当干燥剂温度降到200℃以下时，其使煤龟裂的作用减弱。

因此，高温即加速了干燥，又加速了破碎。但也不能无限制地提高干燥的温度，否则磨煤机出口温度将会超限。

3.2 煤粉细度

煤的破碎程度与打击轮转速成正比：转速越高，煤粉越细。在同样的线速度下，打击轮直径越大（出力越大），煤粉越粗，这是因为在大出力时煤粒与打击板直接接触的机会相对减少了，即使分离器是按比例放大的，其分离效果也不能消除这一趋向。同理，对同一台风扇磨而言，给煤量越大，煤粉越粗。

大量实验表明：虽然煤粉的平均粒度随着磨煤机尺寸增大而变粗，但煤粉中的大颗粒份额则相对减少。说明风扇磨型号增大后煤粉粒度的均匀性有所改善。

3.3 调节特性

当减少给煤量时，风扇磨压头特性线升高，输粉管道阻力特性线降低，使磨内的通风量增大，这就使得磨煤机出口温度上升。用高温炉烟干燥的制粉系统在抽炉烟管道上没有调节门，磨煤机低出力时只能加大冷空气的掺入量来保持出口温度在极限范围内。用这样的方法可使风扇磨出力的调节范围保持在100%～60%之内。低于此范围，易造成一次风率过高，煤粉浓度降低而导致锅炉燃烧不稳，效率降低。

德国EVT公司和德国巴高克公司在大型风扇磨上采用液力联轴器或变频器来调节转速，当给煤量减少时，同时也降低转速，煤粉细度基本不变（转速降低使煤粉变粗，给煤量减少使煤粉变细，两者大致抵消）。转速的调节范围一般是最高转速降低20%左右。采用这一措施后，风扇磨煤机的出力调节范围可扩大到100%～30%。其优点是在锅炉负荷变动幅度较大时，避免频繁地增减风扇磨的运行台数。此外，由于通风量减少（不低于一次风速及一次风率的下线），保持了较高的煤粉浓度，这对锅炉的稳定燃烧非常有利。

参考文献：

[1]张安国，梁辉，霍沛强 .火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[S].DL/T5145-2012.

[2]张安国.电站磨煤机及制粉系统选型导则[S].DL/T466-2004.

[3]国外风扇磨煤机[J].水电部科技情报所.1979（04）.

作者简介：金英淑（1964-），女，本科，高级工程师，主要从事燃煤火力发电厂制粉系统中速磨煤机、高速磨煤机设备新产品的开发设计与理论研究。