磨煤机

1 引言

磨煤机是火力发电站煤粉制备系统的主体设备，它的工作可靠性直接影响到整个制粉系统，乃至整个锅炉机组工作的可靠性。其作用是将一定尺寸的煤块磨制到规定的细度煤粉以供给锅炉燃烧，并在磨制过程中将煤干燥到规定的水平，以利用煤在锅炉中充分燃烧。磨煤机的形式主要有三大类：低速磨煤机（钢球磨煤机），中速磨煤机（E型磨煤机、碗式磨煤机、平盘磨煤机及MPS磨煤机等）及高速磨煤机（风扇磨煤机、锤击式磨煤机等）。其中，钢球磨煤机被我国大多数火电厂采用，据资料统计，在国内发电厂中钢球磨煤机占各类磨煤机总量的60%以上。然而钢球磨煤机的缺点也是显而易见的，如运行复杂、电耗高、噪音大、耗钢多、磨损多等，特别是自动控制难以实现这个问题至今仍未得到有效地解决，绝大多数电厂现在仍以手动为主。

长期手动控制球磨机的运行，不仅容易造成球磨机满煤、断煤、跑粉、超温事件的发生，而且也不能使系统长期保持在最佳工况下运行。钢球磨煤机作为电厂的重要设备其安全、经济运行与整个电厂的安全、经济运行有着紧密的联系，同时热工过程的自动控制是保证热力设备安全和经济运行的必要技术措施，所以有必要对钢球磨煤机的特性以及国内现有的控制方案进行深入的分析，寻找到最优控制方案，以找出磨煤机自动投入率低的根本原因。

2 锅炉燃烧系统及其设备

2.1制粉系统介绍

制粉系统是指将原煤磨制成煤粉，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的组合。它可以分为中间仓储式制粉系统和直吹式制粉系统。中间仓储式制粉系统将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后再根据锅炉运行负荷的需要，从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧；而直吹式制粉系统将原煤经磨煤机制成煤粉后直接吹入炉膛进行燃烧。主要制粉系统设备如下：

（一）磨煤机

磨煤机是制粉系统的主要设备，它的作用是将具有一定尺寸的煤块进行干燥、破碎并磨制成煤粉。磨煤机通常是按照转速进行分类的。

1．低速球磨机

其工作原理是电动机经减速装置带动圆筒转动，在离心力和摩擦力作用力下，护甲将钢球提升到一定高度，然后借重力自由落下。煤主要被落下的钢球击碎，同时还受到钢球之间的挤压、碾磨作用。原煤和热空气从一端进入磨煤机，磨好的煤粉被气流从另一端带出。热空气不仅起干燥原煤作用，而且又是输送煤粉的介质。干燥剂气流速度越大，带出的煤粉量越多，磨煤机出力越大，煤粉越粗。

低速磨煤机的优点是对煤种的适应性强，有较强的磨煤能力，工作可靠，能连续可靠地运行；缺点是设备笨重，金属耗量多，占地面积大，耗电量较大，特别是低负荷运行时，单位电耗很高。

2.中速磨煤机

工作转速为50~300r/min，目前电厂采用的中速磨煤机型式主要有：平盘磨；碗式磨；中速钢球磨或E型磨；MPS磨。工作原理都是以碾压破碎为主，其优点是结构紧凑，占地面积小，金属耗量小，磨煤电耗低，煤粉均匀性好；缺点是磨煤部件易磨损，不宜磨硬煤和水分多、灰分大的煤。

3.高速磨煤机

目前国内常用的高速磨煤机是风扇式磨煤机（简称风扇磨），其工作转速为500~1500r/min。风扇磨的优点是结构简单，制造方便，尺寸小，占地少，初投资低，磨煤机均匀地送入磨煤机，适应负荷变化快；缺点是磨损严重，不宜磨硬煤和水分大的煤，煤粉均匀性差等。

（二）给煤机

给煤机的作用是根据磨煤机或锅炉负荷的需要调节给煤量，并把原煤均匀地送入磨煤机。给煤机的型式很多，国内应用较多的给煤机有圆盘式给煤机、电磁振动式给煤机、刮板式给煤机和电动式皮带给煤机。

2.2燃烧系统简介

燃烧过程的实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。燃烧过程控制的根本任务是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。燃烧的经济性主要是保证有合适的风/煤比，而安全性是保证锅炉处于过氧燃烧的状况及维持炉膛负压力为设定值。由于炉内煤的燃烧是否良好，对发电成本影响很大，因此，要求锅炉运行人员合理组织煤的燃烧过程，保证良好的燃烧条件，使煤粉迅速而完全地燃烧。

2.2.1炉跟机控制方式

如图2.1所示，炉跟机控制方式的特点是：汽轮机调负荷，锅炉调汽压。调节过程中，锅炉跟随汽轮机而动作，其控制优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利；缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。

图2.1 炉跟机控制方式示意图

2.2.2机跟炉控制方式

如图2.2所示，机跟炉控制方式特点是：锅炉调负荷，汽轮机调汽压。调节过程中汽轮机跟随锅炉而动作，其控制优点是运行中主蒸汽压力相当稳定，有利于机组的安全经济运行；缺点是不能有效利于锅炉蓄热，适应负荷变化能力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频。

图2.2 机跟炉控制方式示意图

2.3风机

为了使燃料在炉内的燃烧正常运行，必须不断地向炉膛内送入燃料燃烧所需要的空气，并随时排出燃烧后所生成的烟气。火电厂所使用的风机有：送风机，其作用是提供燃料在锅炉炉膛内燃烧时所需要的空气；引风机，其作用是及时排出燃料在锅炉炉膛内燃烧时所生成的烟气；一次风机，其作用是将磨制好的煤粉排送至炉膛；二次风机，其作用是为锅炉内煤粉的燃烧提供氧气；密封风机，其作用是防止磨煤机正压运行时的煤粉外漏。

3 600MW单元机组燃烧控制系统实例

3.1 单元机组简介

该600MW单元机组采用6台给煤机、6台磨煤机，形成6个同样地制粉系统单元。6台给煤机中只要有5台正常运行，就能保证机组满负荷运行，1台作为备用。此汽包炉机组采用的是直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要包括6个子控制系统，即燃料控制系统、磨煤机一次风量、磨煤机出口温度、一次风压力、二次风量、炉膛压力控制系统。

3.2 控制过程分析

3.2.1 燃烧控制系统

燃料控制系统如图3.1所示，接受的是锅炉指令，反馈信号是热量信号，控制的是给煤机转速，以给煤机转速代表煤量信号。通过小值选择器作为燃料量指令的定值信号的作用是为了保证锅炉在燃料过程中，风量始终大于燃煤量，保证燃煤在炉膛中能完全燃烧，提高燃烧的经济性；大值选择器的作用是使每台给煤机的最小给煤量为25%，大值选择器的输出除了去改变给煤量外，还送至BCS。ST为给煤机A转速信号，它也送至BCS。当给煤机A转速信号大于50%时，将发出信号给BCS。

当某台给煤机的输出（给煤机A）与平均值不等，则通过减法器（2）、转换器T20、加法器（2）、转换器T1、T2去修正给煤机A的给煤量。这样设计的目的是使每台给煤机的负荷能接近平均负荷；转换器T19是用来实现燃料控制器PI1的手动/自动转换；转换器T1的作用是实现给煤机的手动/自动转换。

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