第四章 煤粉制備系統(tǒng)及設(shè)備

電廠鍋爐原理及設(shè)備2/1/2023第四章 煤粉制備系統(tǒng)及設(shè)備第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)第二節(jié) 磨煤設(shè)備及其特性第三節(jié) 煤粉制備系統(tǒng)第四節(jié) 煤粉制備系統(tǒng)的主要輔助設(shè)備第五節(jié) 煤粉制備系統(tǒng)的選型 2/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)一、煤粉的一般性質(zhì)1.組成：dp<500μm的微小顆粒組成，以20μm<dp<50μm居多2.堆積密度

——把粉塵或者粉料自由填充于某一容器中，在剛填充完成后所測得的單位體積質(zhì)量。

疏松煤粉：0.4~0.5t/m3

自然壓緊：≈0.7t/m32/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)一、煤粉的一般性質(zhì)3.流動性（1）氣力輸送：顆粒小→比表面積大→吸附大量空氣→堆積角小→流動性好（2）泄露（3）自流現(xiàn)象2/1/2023煤粉倉頂部泄漏現(xiàn)場2/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)一、煤粉的一般性質(zhì)4.自燃煤粉吸附大量空氣→緩慢氧化，溫度升高→達到著火溫度

5.爆炸：煤粉和空氣混合物在適當(dāng)濃度、溫度下發(fā)生（1）煤粉細(xì)度↓（2）V、Q、含O濃度↑（3）危險濃度：1.2~2.0kg/m32/1/2023粉塵爆炸（一）相傳，早在風(fēng)車水磨時代，就曾發(fā)生過一系列磨坊糧食粉塵爆炸事故。到了20世紀(jì)，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉塵爆炸事故更是屢見不鮮，爆炸粉塵的種類也越來越多。據(jù)統(tǒng)計，1913～1973年間美國僅工農(nóng)業(yè)方面就發(fā)生過72次比較嚴(yán)重的粉塵爆炸事故。1919年俄亥俄州一家淀粉廠發(fā)生粉塵爆炸，廠房幾乎全部被毀，有43人喪生。日本1952～1975年共發(fā)生重大粉塵爆炸事故177次，累計死亡75人，受傷410人。

1977年美國路易斯安那州一座現(xiàn)代化糧庫發(fā)生爆炸，造成一半以上糧食簡倉被毀，連辦公大樓也未幸免，36人死亡，直接經(jīng)濟損失達3000萬美元。英國和加拿大在化工和造紙等行業(yè)中也發(fā)生過多起粉塵爆炸事故，僅英國就243次，死傷204人。

1987年3月15日，哈爾濱亞麻紡織廠發(fā)生的爆炸事故，死亡56人，傷179人，廠房設(shè)備嚴(yán)遭破壞。2/1/2023粉塵爆炸（二）粉塵和其他物質(zhì)一樣具有一定能量。由于粉塵的粒徑小，表面積大，從而其表面能也增大。一塊1g重的煤其表面積只有5～6c㎡，而1g的煤粉飄塵，其表面積可達2㎡。粉塵與空氣混合，能形成可燃的混合氣體，若遇明火或高溫物體，極易著火，傾刻間完成燃燒過程，釋放大量熱能，使燃燒氣體驟然升高，體積猛烈膨脹，形成很高的膨脹壓力。燃燒后的粉塵，氧化反應(yīng)十分迅速，它產(chǎn)生的熱量能很快傳遞給相鄰粉塵，從而引起一系列連鎖反應(yīng)。粉塵發(fā)生爆炸必須具備一定的條件，歸納如下：

（1）粒徑大小——這是影響其反應(yīng)速度和靈敏度的重要因素。顆粒越小越易燃燒，爆炸也越強烈。粒徑在200μm以下，且分散度較大時，易于在空中飄浮，吸熱快，容易著火。粒徑超過500μm，其中并含有一定數(shù)量的大顆粒則不易起爆。

（2）化學(xué)成分——有機物粉塵中若含有COOH，OH，NH2，NO，C=N，C=N和N=N的基團時，發(fā)生爆炸的危險性較大；含鹵素和鉀，鈉的粉塵，爆炸趨勢減弱。2/1/2023粉塵爆炸（三）（3）爆炸濃度——在一個給定容積中，能夠傳播火焰的懸浮粉塵的最小重量稱為爆炸濃度。通常，達到粉塵爆炸濃度的粉塵才會發(fā)生爆炸。面粉的爆炸濃度約為15～20g/m3;，散糧爆炸濃度大約是30～40g/m3;。

（4）空氣濕度——當(dāng)空氣濕度較大時，親水性粉塵會吸附水份，從而使粉塵難以彌散和著火，傳播火焰的速度也會減小。濕度大的粉塵即使著火，其熱量首先消耗在蒸發(fā)粉塵中的水份，然后才用于燃燒過程。粉塵濕度超過30%便不易起爆。

（5）有足夠的點火溫度——粉塵爆炸大都起源于外部明火，如機械撞擊，電焊和切割，靜電火花或電火花，摩擦火花，火柴和高溫體傳熱等。這類火源最低點火溫度為300～500℃。

（6）足夠的氧氣——粉塵懸浮環(huán)境中需含有足夠維持燃燒的氧氣。

（7）粉塵紊動程度——懸浮在空氣中的粉塵，紊動強度越大，越易吸收空氣中的氧氣而加快其反應(yīng)速率，從而容易爆炸。2/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)一、煤粉的一般性質(zhì)6.煤粉水分的影響（1）M↑流動性↓→輸送困難→粉倉“搭橋”著火、燃燒困難干燥能耗↑（2）M↓→自燃、爆炸2/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)二、煤粉細(xì)度1.定義a—篩余量，留在篩子上的煤粉質(zhì)量b—邊篩量，通過篩子的煤粉質(zhì)量2.表示方法

70號篩子，每厘米長度上有70個篩孔，邊長為90μm，故用R90表示細(xì)度。如R90=20%，表示煤粉經(jīng)70號篩子篩分后，還有20%的煤粉沒有通過篩子。

2/1/2023ASM200三維振動篩分儀

德國西伯（SiebtechnikGmbH）公司

技術(shù)參數(shù):

應(yīng)用領(lǐng)域：料徑分析、物料分離和分級；

篩分材料：粉末、顆粒物、塊狀物、懸浮物；測量范圍：20um到25mm；篩分級數(shù)：9級；振動頻率：3000min-1；振幅范圍：0-2.5mm可調(diào)時間設(shè)置：1-99分鐘可設(shè)定；篩網(wǎng)直徑:

100mm、150mm、200mm、203mm(8")；篩分原理：高效率三維拋擲運動；安裝方式：快速舒適型篩網(wǎng)夾具；篩子標(biāo)準(zhǔn)：符合ISO3310-1、DINEN10204.21和ASTME11標(biāo)準(zhǔn)。2/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)三、煤粉的顆粒組成特性1.破碎公式—煤粉顆粒組成曲線（粒度分布特性）2.均勻性指數(shù)n（1）n↑→煤粉粒度分布較均勻（2）n取決于磨煤機和粗粉分離器的型式（3）n=0.8~1.23.細(xì)度系數(shù)bn一定，煤粉粗→R90↑→b↓2/1/2023第一節(jié) 煤粉的性質(zhì)四、煤粉經(jīng)濟細(xì)度1.煤粉細(xì)度的影響（1）煤粉氣流著火、焦炭燃盡（2）磨煤運行費用：電耗、設(shè)備金屬磨耗2.經(jīng)濟細(xì)度——（q4+qm）min對應(yīng)的R90（1）煤粉越細(xì)→著火燃燒越迅速→q4↓（2）煤粉越細(xì)→磨煤運行費用qm↑3.影響因素（1）Vdaf↑→易于著火燃盡→煤粉可磨粗→R90↑（2）磨煤機、粗粉分離器的性能（n↑）→煤粉粗細(xì)均勻→煤粉粗也可燃燒完全→R90↑（3）燃燒設(shè)備的型式（4）鍋爐運行工況

2/1/2023第二節(jié) 磨煤設(shè)備及其特性磨煤機作用——將一定尺寸的煤塊干燥、破碎并磨制成煤粉工作原理——煤塊受到撞擊、擠壓和研磨三種力的作用型式（按部件轉(zhuǎn)速分類）低速磨煤機：n=16~20r/min中速磨煤機：n=50~300r/min高速磨煤機：n=500~1500r/min2/1/2023第二節(jié) 磨煤設(shè)備及其特性一、筒式鋼球磨煤機（一）單進單出鋼球磨煤機（二）雙進雙出鋼球磨煤機2/1/2023（一）單進單出鋼球磨煤機2/1/2023單進單出鋼球磨煤機結(jié)構(gòu)圖2/1/2023鋼球磨煤機內(nèi)部2/1/2023（一）單進單出鋼球磨煤機1.影響鋼球磨煤機工作的主要因素（1）臨界轉(zhuǎn)速nc與工作轉(zhuǎn)速n（2）鋼球充滿系數(shù)ψ（3）鋼球直徑（4）護甲（5）通風(fēng)量Vtf（6）筒內(nèi)載煤量2.磨煤出力和消耗的電功率計算3.主要特點2/1/2023（1）臨界轉(zhuǎn)速nc與工作轉(zhuǎn)速na.n<<nc→鋼球沿斜面滑落→撞擊作用↓→煤粉難以被氣流帶走→磨煤機出力↓b.n≥nc→鋼球貼壁旋轉(zhuǎn)→撞擊作用完全消失2/1/2023（1）臨界轉(zhuǎn)速nc與工作轉(zhuǎn)速n筒體臨界轉(zhuǎn)速D—筒體內(nèi)徑，m國產(chǎn)球磨機最佳轉(zhuǎn)速nzj2/1/2023（2）鋼球充滿系數(shù)ψa.鋼球充滿系數(shù)G—鋼球裝載量，t； V—球磨機筒體體積，m3ρgq—鋼球堆積密度，一般取4.9t/m3b.筒體通風(fēng)量、煤粉細(xì)度不變，ψ=10~35%，磨煤機出力和消耗功率與ψ的關(guān)系c.磨煤單位電耗d.裝有波浪形護甲球磨機，ψ=10~30%內(nèi)2/1/2023（3）鋼球直徑Ψ一定的條件下，Φ↓→撞擊次數(shù)↑，作用面積↑→Bm↑，磨損↑→撞擊力↓→不易磨制硬煤及大塊煤確定原則：[磨煤（電耗+金屬磨耗）總費用]minΦ選取 一般： 30~40mm

硬煤或大塊煤： 50~60mm2/1/2023（4）護甲a.摩擦系數(shù)↓→筒體和鋼球間速度差↑→相對滑動↑→較多能量消耗于摩擦運動，鋼球提升不明顯b.摩擦系數(shù)↑→可在較小能量消耗下達到鋼球最佳工作狀態(tài)2/1/2023（5）通風(fēng)量a.Vtf↓→僅帶出少量細(xì)粉，部分合格煤粉被反復(fù)磨制→Bm↓b.Vtf↑→改善煤沿筒體長度分布→Bm↑，Em↓ →部分不合格粗粉被帶出→分離后返回磨煤機再磨→Etf、Ezf↑最佳磨煤通風(fēng)量2/1/2023（6）筒內(nèi)載煤量a.存煤量較少→鋼球下落動能=磨煤耗能+空撞磨損耗能b.載煤量↑→磨煤耗能↑→Bm↑c.載煤量過大→鋼球下落高度↓，鋼球間煤層↑→煤層變形耗能↑，磨煤耗能↓→Bm↓，入口堵塞最佳載煤量：試驗確定Bmmax2/1/20232.磨煤出力和消耗的電功率計算（1）鋼球磨煤機出力=磨煤出力+干燥出力Bm：單位時間內(nèi)能夠磨制符合煤粉細(xì)度要求的煤粉量干燥出力：單位時間內(nèi)能將多少煤從原有水分干燥到所要求的煤粉水分調(diào)節(jié)方法：干燥劑流量和溫度（2）煤粉制備系統(tǒng)單位電耗 Ezf=Em+Etf磨煤機單位電耗（kW·h/t）其中，Pmdw與Bm幾乎無關(guān)球磨機滿負(fù)荷運行最為經(jīng)濟通風(fēng)單位電耗（kW·h/t）其中，Ptfdw決定于通風(fēng)量與煤粉制備系統(tǒng)壓降2/1/20233.鋼球磨煤機主要特點優(yōu)點：（1）適應(yīng)煤種廣，對“三塊”不敏感硬度大、磨損性強的煤無煙煤貧煤劣質(zhì)煤（高A、M）（2）可在運行中補充鋼球，延長檢修周期（3）結(jié)構(gòu)簡單，故障少，運行安全可靠缺點：（4）設(shè)備龐大笨重、金屬耗量大（5）初投資及運行電耗、金屬磨損較高（6）運行噪音大（7）磨制煤粉不均勻（8）低負(fù)荷運行不經(jīng)濟2/1/2023（二）雙進雙出鋼球磨煤機2/1/2023BBD雙進雙出鋼球磨煤機

——風(fēng)和煤流程圖2/1/2023雙進雙出球磨機主要優(yōu)點1.可靠性高，可用率高2.維護方便，維護費用低3.能長期保持恒定容量和要求的煤粉細(xì)度4.能磨制哈氏可磨性系數(shù)<50的煤種或高A（>40%）煤種5.儲粉能力強6.較寬負(fù)荷范圍內(nèi)有快速反應(yīng)能力7.低負(fù)荷時利于燃用低V煤的穩(wěn)燃2/1/2023第二節(jié) 磨煤設(shè)備及其特性二、中速磨煤機1.結(jié)構(gòu)特點（1）驅(qū)動裝置（2）研磨部件（3）干燥分離空間（4）煤粗粉分離和分配裝置2/1/20232.工作原理2/1/20232/1/20232/1/20232/1/20232/1/20232/1/2023HP碗式中速磨煤機2/1/2023HP磨煤機2/1/2023二、中速磨煤機3.影響因素（1）轉(zhuǎn)速選取原則

小能耗下達到最佳磨煤效果 延長碾磨部件使用壽命n↑→離心力過大→煤來不及破碎→大量粗粉來回循環(huán)→Etf↑，Ezf↑n↓→煤磨制過細(xì)→Bm↑，Ezf↑，金屬磨耗↑部分中速磨煤機nzj中速磨煤機n發(fā)展趨勢降低2/1/2023二、中速磨煤機3.影響因素（2）通風(fēng)量影響磨煤出力和煤粉細(xì)度維持一定風(fēng)煤比（3）風(fēng)環(huán)氣流速度（4）碾磨壓力（5）燃料性質(zhì)：煙煤、貧煤M適當(dāng)Aar<40%HGI不低于50Ke<3.52/1/2023二、中速磨煤機4.磨煤出力及功率計算（1）平盤磨煤機（2）RP磨煤機（3）E型磨煤機（4）MPS磨煤機5.特點（1）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、重量輕、投資省、運行噪聲小、電耗及金屬磨耗低、煤粉均勻性指數(shù)較高、適宜變負(fù)荷運行（2）缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需嚴(yán)格定期檢修、維護，煤粉浪費2/1/2023第二節(jié) 磨煤設(shè)備及其特性三、風(fēng)扇磨煤機1.結(jié)構(gòu)特點2.磨煤原理3.適宜磨制煤種：褐煤、煙煤4.特點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、金屬耗量少、運行電耗低缺點：磨損嚴(yán)重，維修頻繁2/1/20232/1/2023第三節(jié) 煤粉制備系統(tǒng)煤粉制備系統(tǒng)（制粉系統(tǒng)）——將原煤磨制成粉，然后送入鍋爐爐膛進行懸浮燃燒所需設(shè)備和相關(guān)連接管道的組合分類直吹式：煤粉→直接吹入爐膛燃燒中間儲倉式：煤粉→儲存在煤粉倉中→根據(jù)鍋爐運行負(fù)荷需要→由給粉機送入爐膛燃燒2/1/2023一、直吹式制粉系統(tǒng)特點

Σ運行磨煤機制粉量=鍋爐煤耗量分類（按配備磨煤機的種類）低速磨煤機 普通筒式鋼球磨煤機：僅在鍋爐帶基本負(fù)荷時選用

雙進雙出磨煤機：正壓直吹中速磨煤機

負(fù)壓直吹 正壓直吹：熱（冷）一次風(fēng)機系統(tǒng)高速磨煤機 熱風(fēng)干燥 熱風(fēng)和爐煙干燥2/1/2023負(fù)壓直吹式制粉系統(tǒng)

（配中速磨煤機）1.優(yōu)點無煤粉泄露，工作環(huán)境干凈2.缺點煤粉均通過排粉風(fēng)機→風(fēng)機磨損嚴(yán)重→風(fēng)機效率↓，電耗↑，維護費用↑→可靠性↓2/1/2023正壓（熱一次風(fēng)）直吹式制粉系統(tǒng)

（配中速磨煤機）1.優(yōu)點無磨損、無冷空氣漏入系統(tǒng)→運行可靠性、經(jīng)濟性高2.缺點向外冒粉→污染環(huán)境、自燃爆炸→需密封熱一次風(fēng)機結(jié)構(gòu)特殊→運行可靠性、效率↓2/1/2023正壓（冷一次風(fēng)）直吹式制粉系統(tǒng)

（配中速磨煤機）1.優(yōu)點冷一次風(fēng)機工作條件改善→電耗↓2.缺點分別加熱工作壓力不同的一、二次風(fēng)→空預(yù)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜2/1/2023直吹式制粉系統(tǒng)（配高速磨煤機）1.熱風(fēng)干燥（煙煤）2.熱風(fēng)和爐煙干燥（高M褐煤）制粉系統(tǒng)干燥能力↑混入煙氣中惰性氣體→含O濃度↓，燃燒區(qū)T↓→自燃爆炸、燃燒器噴嘴燒壞、NOx生成↓，防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣2/1/2023直吹式制粉系統(tǒng)

（配雙進雙出磨煤機）優(yōu)點煤種適應(yīng)性廣

高A、磨損性強

V低、要求煤粉細(xì)的無煙煤響應(yīng)負(fù)荷變化性能好煤粉細(xì)度穩(wěn)定，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大2/1/2023二、中間儲倉式制粉系統(tǒng)特點Σ運行磨煤機制粉量與鍋爐煤耗量不必一致磨煤機運行具有獨立性→可保持經(jīng)濟運行→采用普通筒式鋼球磨煤機負(fù)壓系統(tǒng)（200Pa）輔助設(shè)備增多：細(xì)粉分離器、煤粉倉（儲存）、螺旋輸送機（轉(zhuǎn)運）、給粉機（調(diào)節(jié)）分類（按乏氣送入爐內(nèi)的方式）干燥劑送粉（煙煤：Mar較低、Vdaf較高、易著火燃燒）熱風(fēng)送粉（無煙煤、貧煤、劣質(zhì)煙煤）2/1/2023中間儲倉式制粉系統(tǒng)2/1/2023三、兩種制粉系統(tǒng)的比較直吹式優(yōu)點：

系統(tǒng)簡單、設(shè)備少、布置緊湊、鋼材耗量少、投資省、運行電耗較低缺點：1）運行可靠性低，需設(shè)置備用磨煤機2）工作安全性低（負(fù)壓系統(tǒng)風(fēng)機磨損）3）響應(yīng)負(fù)荷變化能力較差4）調(diào)節(jié)分配困難，風(fēng)粉不均中間儲倉式優(yōu)點：1）可靠性較高2）運行經(jīng)濟性好3）負(fù)荷變化響應(yīng)迅速4）熱風(fēng)送粉改善著火條件5）排粉風(fēng)機磨損較輕缺點：

系統(tǒng)復(fù)雜、鋼材耗量大、初投資大、運行費用高、自燃爆炸可能性大2/1/2023第四節(jié) 煤粉制備系統(tǒng)的主要輔助設(shè)備給煤機粗粉分離器細(xì)粉分離器給粉機鎖氣器排粉風(fēng)機2/1/2023一、給煤機作用——根據(jù)磨煤機或鍋爐負(fù)荷的需要量調(diào)節(jié)給煤量，并把原煤均勻連續(xù)的送入磨煤機中分類圓盤式振動式刮板式皮帶式2/1/20231.圓盤式給煤機優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、緊湊設(shè)備嚴(yán)密缺點供給濕煤時易堵塞2/1/20232/1/20232.電磁振動式給煤機優(yōu)點無轉(zhuǎn)動部件、無機械摩擦結(jié)構(gòu)簡單造價低占地面積小運行維護方便安全可靠缺點易發(fā)生堵煤或原煤自流→要求電源電壓穩(wěn)定，原煤粒度均勻，水分適中2/1/20232/1/20233.刮板式給煤機優(yōu)點結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)布置靈活滿足較長距離輸煤要求可制成全封閉式缺點占地面積較大易卡澀2/1/20232/1/20234.電子重力式皮帶給煤機優(yōu)點皮帶轉(zhuǎn)速測定裝置精確度高的稱重機構(gòu)良好的過載保護完善的檢測裝置正壓運行，全封閉2/1/20232/1/2023二、粗粉分離器作用對磨煤機帶出的煤粉進行分離，將不合格的粗煤粉分離出來返回磨煤機重新磨制，合格的煤粉供給鍋爐燃燒使用調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度，保證煤種改變或Bm改變時的要求細(xì)度分離原理重力分離慣性分離離心分離2/1/20231.離心式粗粉分離器（1）結(jié)構(gòu)（2）工作原理（3）特點（軸向型）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通風(fēng)阻力大空間大，分離效果好，改善煤粉均勻性調(diào)節(jié)幅度寬，回粉中細(xì)粉含量少，制粉系統(tǒng)出力提高適應(yīng)煤種較廣2/1/20232/1/20232.回轉(zhuǎn)式粗粉分離器（1）結(jié)構(gòu)（2）工作原理（3）特點結(jié)構(gòu)緊湊，流動阻力小，磨煤電耗較低調(diào)節(jié)方便，負(fù)荷變化適應(yīng)性好分離出的煤粉較細(xì)且均勻性好結(jié)構(gòu)復(fù)雜磨損嚴(yán)重檢修工作量大2/1/20232/1/20232/1/2023三、細(xì)粉分離器1.作用：把煤粉從粗粉分離器送出的氣粉混合物中分離出來，將煤粉儲存在煤粉倉中2.分離原理——慣性離心力3.工作原理4.分離效率：90~95%2/1/20232/1/2023四、給粉機1.作用 根據(jù)鍋爐負(fù)荷需要，把煤粉倉中的煤粉及時均勻地送入一次風(fēng)管中

（給粉量、給粉均勻性、調(diào)節(jié)性能）2.工作原理3.特點給粉均勻，調(diào)節(jié)方便，不易發(fā)生煤粉自流，可防止一次風(fēng)沖入煤粉倉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電耗大，易堵塞2/1/20232/1/2023五、鎖氣器1.作用——只允許煤粉通過，不允許氣流通過2.結(jié)構(gòu)3.工作原理4.分類（1）翻板式（垂直、傾斜管道）：不易卡主，工作可靠（2）草帽式（垂直管道）：動作靈敏，煤粉均勻，嚴(yán)密性好2/1/20232/1/2023第五節(jié) 煤粉制備系統(tǒng)的選