煤粉锅炉经济煤粉细度

张帅

摘要：煤粉磨制得越细，着火越容易，利于燃烧完全，飞灰含碳量降低，减少二次燃烧的可能性；同时炉膛火焰中心相对降低、锅炉效率相对提高。但是提高煤粉细度，制粉系统的电耗增加，磨煤机内磨煤部件磨损增大，增加维护量，制粉系统经济性随之降低。合理的煤粉细度选取，使机械不完全燃烧损失和制粉耗电之和最小，有利于锅炉的安全经济运行。

关键词：煤粉细度；挥发份；煤粉均匀性；经济性；制粉耗电；细度选择；R90

0前言

现代大中型锅炉一般均采用煤粉燃烧，经破碎后的原煤输进磨煤机磨制煤粉，成品煤粉应保证稳定着火并燃尽，煤粉有效燃烧起决定作用的首先是煤粉的细度，即表面积乃是衡量煤粉品质的重要指标；在煤粉细度相同的情况下，均匀性忧的煤粉不仅对煤粉在炉内的燃烧（着火和燃尽）影响极大，也有利于降低飞灰可燃物，同时对抑制NOx生作用也明显。作为能源消耗大户，节能减排一直是锅炉工作人员追求的目标，提高锅炉燃烧效率，降低飞灰含碳量是其重要的途径之一。选择合理的煤粉细度能够改善锅炉燃烧，提高燃烧效率，实现节能减排。

实践经验表明，煤粉磨制得越细，着火越容易，利于燃烧完全，飞灰含碳量降低，减少二次燃烧的可能性；同时炉膛火焰中心相对降低、炉效相对升高。但是提高煤粉细度，制粉系统的电耗增加，磨煤机内磨煤部件磨损增大（特别是钢球磨），增加维护量，制粉系统经济性随之降低。因此，在实际运行中，选择使机械不完全燃烧损失和制粉系统能耗之和最小的煤粉细度，这样的煤粉细度称为经济煤粉细度。所以对电厂而言，调试单位会根据设计煤种的可磨系数给出磨煤机正常运行中煤量和电流的参考值。通过正确合理的手段确定经济煤粉细度对于设备的安全经济运行是非常有意义的。

1煤粉细度

煤粉细度是煤粉的重要指标之一，它反映了煤粉颗粒群的粗细程度。

煤粉细度是指把一定量的煤粉在筛孔尺寸为x微米的标准筛上进行筛分、称重，煤粉在筛子上的剩余量占总量的质量百分数定义为煤粉的细度Rx，即

式中a－筛孔尺寸为x的筛上剩余量；

b－通过筛孔尺寸为x的煤粉量。

例如：煤粉细度10~12%（R90），意思是煤粉通过孔径为90微米的筛子的概率为88~90%，不通过率为10~12%。

也就是说，筛子孔径不变的话，留在上面的越多，细度越大，煤粉越粗。我国通常用Rx表征煤粉细度，其中：R90是电站锅炉运行中最常用的指标。

2煤粉的经济细度

煤粉细度R90不仅对煤粉气流的着火，而且对焦炭的燃尽都有直接的影响，即在相同的条件下，改变煤粉细度，q4的变化很明显，随着R90的增加，q4显著增大。鸡西电厂试验表明，当R90从12%增加到20%，q4从2%增加到8%，对尾部飞灰取样化验表明粗颗粒的飞灰含碳量要比细颗粒高得多；南宁第二发电厂实测R90从14%增加到28%，飞灰含碳量从4.2%增加到8.1%。

从燃烧角度来看，煤粉磨得愈细愈好，但另一方面，磨制煤粉的运行费用将会增加，因此锅炉实际采用的煤粉细度应根据不同煤种的燃烧特性对煤粉细度的要求与磨煤运行费用两个方面进行综合的技术经济比较后确定。我们把q4损失与磨煤运行费用之总和为最小值时所对应的R90称为经济细度（或最佳细度），图1表示煤粉的经济细度。

图1煤粉的经济细度

∑q－费用总和；qm－制粉费用；

q4－机械不完全燃烧引起的费用

影响煤粉经济细度的因素有很多，最主要是：

2.1燃料的燃烧特性：一般来说Vr高，发热量高，活性强，活化能低的燃料容易燃烧，R90可以大一些，即煤粉可以粗一些，否则应磨细一些。一般煤粉锅炉系统设计计算时，经济细度可以按表1经验数据选取。

表1经济煤粉细度的经验推荐值

2.2磨煤机和分离器的性能：不同型式的磨煤机磨制煤粉的均匀性不同，一般情况下，煤粉颗粒度均匀的，即使煤粉粗一些也可能燃烧比较完全，所以煤粉细度R90可以大一些，因些应考虑煤粉颗粒均匀度（用系数n表示）对经济细度的影响。

3煤粉颗粒分布与均匀性系数

煤粉的稳定着火，在很大程度上决定于R90，而燃烧的充分程度取决于R200，R200值愈大，含粗粒煤愈多，愈难燃烧，不完全燃烧热损失q4愈大。

煤粉是由各种尺寸煤粉粒子组成的混合物，不同种类磨煤机磨制同种煤，制成的煤粉不但大小不一，而且它的分布也不相同。大量试验证实，煤粉的颗粒特性可用如下著名的“破碎”公式表示：

式中Rx－在孔眼尺寸为x微米筛子上的筛分余留量

e－自然对数底

b－表征煤粉细度的系数

n－煤粉均匀性系数

分析可得：当n>1时，煤粉中不存在大量的较细颗粒，即粒度分布较均匀；而当n<1时情况则相反。当数种煤粉R90值相同时，n值小的所含过细及过粗颗粒的份额都较大，即均匀性差，煤粉中含有大量细粉无助于煤粉的燃尽，徒然增加磨煤电耗，而存有大量粗粉却引起q4增大，损及锅炉运行经济性，故n值也是煤粉细度特性的重要判据，它取决于磨煤机型式，粗粉分离器结构和被磨燃料种类。不同型式磨煤机的n值如表2：

表2煤粉均匀性系数n推荐值

根据“破碎”公式，利用R90和R200可推导出以下简单关系：

从以上式子可以看出，煤粉不均匀性仅与n值有关，利用R90和R200可间接表示颗粒分布是否均匀。

4煤粉细度的选择

4.1经验公式法

该方法从燃烧的可靠性和经济性角度出发，根据大量的运行经验综合归纳而成，有不同的经验公式：

或

式中：Ay为折算灰分，Vr为挥发分，n为煤粉分布均匀性的系数。如果煤粉比较均匀，则煤粉可以粗些。上述两公式都考虑到挥发分越多，煤越容易燃烧这一规律，因而煤粉可以粗些。

4.2最低热耗成本法

该方法把机械不完全燃烧热损失q4和制粉电耗之和的最低值所对应的煤粉细度定义为经济细度，如图1所示。

4.3最低成本法

该方法是把机械不完全燃烧损失的煤，制粉电耗成本及金属消耗，设备成本之和的最低值所对应的煤粉细度定义为经济细度。

经济细度随煤电价格不同而有所不同，煤粉细度的最经济值与煤价、电价的浮动有直接关系，不是一个一成不变的数值。

5结论

采用最低成本法计算的经济煤粉细度可以获得最佳的经济实效，故此认为较为确切的决定经济细度的方法，当燃料成本升高时，煤粉偏细为好。

总之，煤粉细度与锅炉的经济性、结渣、磨损等重大问题均有关系，应该结合锅炉设备的状态及其运行的实际情况进行安全性、经济性、可靠性等方面的综合技术经济比较和分析，选取适当的数值。

参考文献：

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[2]赵渝渝，陈冬林.燃煤锅炉煤粉细度的选择与分析，2001

[3]徐通模，金定安.锅炉燃烧设备，2006