600MW锅炉制粉系统设计.doc
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600MW锅炉制粉系统设计
目录
摘要 1
Abstract 2
第一章概述 4
1.1制粉系统的适用范围 4
1.2制粉系统的任务 4
1.3本次设计的主要任务 4
第二章煤和煤粉的特性 5
2.1煤特性的常规分析 5
2.2煤的可磨性 7
2.3煤的磨损性 7
2.4煤的燃烧特性 7
2.5煤的爆炸特性 8
2.6煤和煤粉的水分 8
2.7煤粉细度 8
2.8煤和煤粉的密度 9
2.9煤和煤粉的比热容 10
第三章制粉系统及磨煤机的选择 11
3.1制粉系统类型的选择 11
3.2中速磨直吹式制粉系统的计算分析 11
3.3钢球磨中储式制粉系统的计算分析 14
第四章热力计算 17
4.1制粉系统热力计算的概述 17
4.2中速磨煤机直吹式制粉系统的热力计算 17
4.3钢球磨煤机中储式制粉系统的热力计算 23
第五章空气动力计算 31
5.1空气动力计算的目的 31
5.2中速磨直吹式制粉系统的空气动力计算 31
5.3钢球磨中储式制粉系统的空气动力计算 44
第六章附属设备和部件的选择 57
6.1原煤仓 57
6.2煤粉仓 58
6.3给煤机 59
6.4粗粉分离器 60
6.5细粉分离器 60
6.6输粉机 61
6.7锁气器 62
6.8煤粉混合器 63
6.9木块分离器和木屑分离器 63
6.10制粉系统的风机 64
6.11节流元件 68
第七章制粉系统管道布置及其他 69
7.1制粉系统管道布置的要求 69
7.2原煤管道布置 69
7.3制粉管道布置 70
7.4送粉管道布置 71
7.6管道及部件强度要求 72
第八章两种制粉系统的分析比较 74
8.1从制粉系统的运行工况分析比较 74
8.2从寿命与金属耗量分析比较 74
8.3从经济性方面分析比较 74
参考文献 76
摘要
随着我国国民经济的迅速发展，对电力的需求也越来越大。
目前增大锅炉容量和提高蒸汽参数是电厂锅炉的主要发展方向。
为了适应和满足火力发电厂大容量高参数发展的要求，优化制粉系统，科学的选型并相应地选择合理的运行方式已成为各生产企业的共识。
制粉系统是火力发电厂的主要系统之一，制粉系统的任务是：
制备并连续、均匀供给满足锅炉燃烧所要求的煤粉。
它的性能优劣、合理优化及科学性将直接关系到火电厂的经济性和安全性。
在现代煤粉锅炉中，它已成为与锅炉燃烧设备共同组成的不可分割的燃烧系统整体的重要组成部分。
锅炉的安全经济运行与制粉系统的良好设计、布置及其运行情况密切相关。
合理选择制粉系统型式及其各种辅助设备和部件，进行管道的合理布置设计以及运行整个系统和设备的参数计算，以使制粉系统能适应煤的特性，具有良好的运行性能和技术经济指标。
本次制粉系统设计的主要任务是：
设计与600MW锅炉相配套的制粉系统；针对劣质烟煤的特性进行磨煤机的优化选型；分别设计直吹式制粉系统和中储式制粉系统；合理选择制粉系统的辅助设备和部件；进行管道的合理布置设计以及整个系统和设备的参数计算；对两种制粉系统的经济性和对煤种的适应性进行比较，选择出最优的制粉系统。
关键词：
制粉系统，劣质烟煤，煤粉，磨煤机。
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChinesenationaleconomy,thedemandforelectricityisgrowing.Increasingthecapacityoftheboilerandsteamparametersofpowerplantboileristhemaindevelopmentdirectionnow.Inordertoadapttoandmeettherequriermentsoflargecapacityandhighparametersdevelopmentofthermalpowerplant,optimizingthecoalpulverizingsystem,thescientificselectionandaccordinglyselectoperationmodehasbecometheconsensusofeachproductionenterprises.
Thecoalpulverizingsystemisoneofthemainsystemofcoal-firedpowerplants.Thetaskofthecoalpulverizingsystemispreparationandcontinuous,uniformsupplytomeettherequirementsofthepulverizedcoalcombustionboiler.Themeritsofitsperformance,optimizationandscientificwillbedirectlyrelatedtotheeconomyandsafetyofThermalPowerPlant.Inthemodernpulverizedcoalboiler,ithasbecomeanintegralandimportantpartoftheoverallcombustionsystemandboilercombustionequipmentcomposedof.Safeandeconomicoperationandwelldesignedboilerpulverizingsystemiscloselyrelatedtolayoutandoperation.Reasonablechoiceofpulverizingsystemtypeandvariousauxiliaryequipmentandcomponents,performpipelinedesignparametersandreasonablearrangementandoperationoftheentiresystemofcomputingequipmenttoenablethepulverizingsystemcanadapttothecharacteristicsofthecoal,hasagoodoperatingperformanceandthetechnicalandeconomicindicators.
Themaintaskofthispulverizingsystemdesignare:
designandmatchingof600MWboilerpulverizingsystem;accordingtothecharacteristicsoflow-bituminouscoalmilloptimizationselection;designdirectblowingpulverizingsystemrespectivelyandthestoretypepulverizingsystem;therationalselectionofauxiliaryequipmentandpulverizingsystem;parametersofreasonablelayoutdesignofpipingsystemsandequipmentaswellastheentirecomputing;economyandadaptabilitycomparisonofthetwocoalpulverizingsystemandchoosethebestpulverizingsystem.
Key:
PulverizingSystem,Low-gradebituminouscoal,Pulverized,Mill.
第一章概述
1.1制粉系统的适用范围
本设计方案适用于火电机组容量为1900t/h锅炉制粉系统的设计和计算。
1.2制粉系统的任务
制粉系统的任务是制备并连续、均匀供给满足锅炉燃烧所要求的煤粉。
它的性能优劣、合理优化及科学性将直接关系到火电厂的经济性和安全性。
1.3本次设计的主要任务
本次制粉系统设计的任务是：
根据锅炉燃用的煤的特性来选择制粉系统和磨煤机的型式和参数，并对制粉系统范围内的其他设备、部件、管道及元件进行合理的选型、布置和计算，以保证制粉系统具有良好的运行性能和技术经济指标。
具体的内容为：
（1）确认设计和校核煤种及其有关特性，作为制粉系统设计的基础；
（2）选择适用的制粉系统；
（3）进行磨煤机选型，确定磨煤机台数、出力和其他性能参数；
（4）进行制粉系统热力计算；
（5）选择制粉系统空气动力计算，确定制粉系统总的压降，选择一次风机或排粉风机；
（6）合理选择制粉系统的辅助设备和部件；
（7）进行管道布置和设计；
（8）对所选择的制粉系统进行分析比较，择出最优的制粉系统。
第二章煤和煤粉的特性
2.1煤特性的常规分析
2.1.1设计的煤种和锅炉参数
（1）设计选择的煤种是；劣质烟煤，原始数据如下：
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
Mar
Vdaf
Mad
%
%
%
%
%
%
%
%
%
50.52
2.19
9.03
1.07
1.26
32.61
8.6
32.85
0.98
Qar,net,p
DT
ST
FT
HGI
P
kJ/kg
℃
℃
℃
kPa
18322.24
1470
1520
1600
72.7
101.325
（2）锅炉参数
锅炉型式：
HG-1900/25.4-M，强制循环直流炉
过热蒸汽参数：
过热蒸汽压力=25.4MPa，过热蒸汽温度=571℃
给水泵出口压力：
=29.5MPa，给水泵出口温度：
=286℃
额定蒸发量：
=1900t/h
再热器进口参数：
压力=4.77MPa，温度=323℃
再热器出口参数：
压力=4.57MPa，温度=569℃
锅炉效率：
=92.5％
锅炉及烟道漏风系数
炉膛出口最佳过量空气系数：
炉膛漏风系数（膜式水冷壁）：
过热器（屏过，高过，低过）：
再热器（一级）：
过渡区：
省煤器（一级）：
空预器（回转式）：
=0.12
制粉系统漏风系数（中速直吹式）：
=0.04
2.1.2煤的成分换算
收到基转换为空气干燥基：
Kar-ad==（100-0.98）/（100-8.6）=1.08337
Cad=Car×Kar-ad=50.52%×1.08337=54.73185%
Had=Har×Kar-ad=2.19%×1.08337=2.37258%
Oad=Oar×Kar-ad=9.03%×1.08337=9.78283%
Sad=Sar×Kar-ad=1.26%×1.08337=1.36505%
Aad=Aar×Kar-ad=32.61%×1.08337=35.328%
收到基转换为干燥无灰基：
Kar-daf=100/（100-Mar-Aar）=100/（100-8.6-32.61）=1.70097
Cdaf=Car×Kar-daf=50.52%×1.70097=85.933%
Hdaf=Har×Kar-daf=2.19%×1.70097=3.72512%
收到基转换为干燥基：
Kar-ad=100/（100-Mar）=100/（100-8.6）=1.09409
Ad=Aar×Kar-d=32.61%×1.09409=35.68%
2.1.3煤的发热量的计算
根据锅炉参数计算锅炉最大连续蒸发量下所需的热量：
Q=
Dgr=Db=1900t/h
Dzr=0.85×Dgr=1615t/h
查水蒸气表可知：
hgr″=3413.45kJ/kghgs=1330kJ/kg
hzr″=3600.455kJ/kghzr′=3000kJ/kg
代入数据得：
Q=1900×10³×（3413.45－1330）＋1615×10³×（3600－3000）
=4927555×10kJ/h
2.1.4锅炉的燃煤量计算
煤的低位发热：
Q.p=18322.24kJ/kg
锅炉的燃煤量：
B=Q/（Q.p×ηgl）=（4927555×10）/（18322.24×0.925）=291t/h
式中ηgl——锅炉效率ηgl=0.925
计算燃料量Bj=B（1－/100）=285t/h
2.2煤的可磨性
煤的可磨性标志煤磨碎的难易程度，一般用可磨性指数来衡量。
哈氏指数HGI和BTи可磨性指数都可以用来衡量，一般情况下，钢球磨煤机设计计算用BTи可磨性指数，双进双出钢球磨煤机和其他磨煤机设计计算用哈氏可磨性指数。
两者可近似用下式进行换算：
KVTI=0.0149HGI+0.32
已知HGI=72.7
代入数据：
KVTI=0.0149×72.7+0.32=1.40323
2.3煤的磨损性
煤的磨损性表示煤在碾磨过程中对碾磨设备碾磨件的磨损强烈程度。
用公式表示为：
Ke=m/10τ
查《火电厂煤粉制备系统设计和计算方法》表2-3-1取Ke=2.0，则煤种的磨损性为较强。
2.4煤的燃烧特性
煤的燃烧特性是选择煤粉细度的依据，也影响磨煤机和制粉系统以及其他一些设备部件类型的选择，是制粉系统设计必须的重要的煤质特性之一。
煤的燃烧特性可以按照发电用煤分类标准中挥发分（结合发热量）、灰分和水分等分类指标的等级大致判定（挥发分等级高的煤燃烧性能好，灰分和水分等级高的煤燃烧特性差）也可以按照煤的粗略分类（无烟煤、贫瘦煤、劣烟煤、烟煤和褐煤）来粗略分类。
本次设计用煤为劣质烟煤，可粗略判定此煤种的着火指数RW>4.65~5.7,查《火电厂煤粉制备系统设计和计算方法》表2-4-1可知该煤种的着火等级为二级，着火特性为易着火。
2.5煤的爆炸特性
煤粉的爆炸特性指煤粉爆炸的难易程度和爆炸能产生的压力程度。
制粉系统中充满煤粉空气混合物，存在引起爆炸的危险性。
制粉系统中煤粉起火爆炸的主要原因是由于系统内沉积煤粉自燃引起的。
主要因素有：
煤粉的挥发分，水分和灰分含量，煤粉细度，气粉混合物温度，含份浓度以及气流中的含氧量。
爆炸指数=35.89%
查《火电厂煤粉制备系统设计和计算方法》表2-5-2知RW>4.65~5.7,爆炸指数BC=35.89，煤种的爆炸性为中等易爆炸。
2.6煤和煤粉的水分
原煤的全水分由外在水分和内在水分组成。
原煤的水分将影响原煤仓和给煤机的工作性能和干燥过程。
制粉系统的型式和干燥介质的选择也和原煤的水分有关。
设计煤种是劣质烟煤：
0.5Mad∵Mad=0.98%∴煤粉水分Mpc=0.5%
2.7煤粉细度
煤粉的细度可用煤粉在筛孔尺寸为x微米筛子上的剩余量的百分比（Rx%）来表示。
Rx愈大，煤粉愈粗。
对于固态排渣炉煤粉燃用劣质烟煤时，煤粉细度按下式选取：
R90=5+0.35×Vdaf，%
式中，Vdaf——煤粉的干燥无灰基挥发分
则：
R90=（5+0.35×38.25）%=18.384%
2.8煤和煤粉的密度
煤的视在密度是包括煤的内孔隙在内的单位容积的煤的质量。
煤的堆积密度是包含煤内孔隙和颗粒间空隙的单位容积的煤的质量。
煤的视在密度：
，t/m3
煤的真密度：
对于劣质烟煤，“纯煤”的真密度：
=100/（0.334Cdaf+2.25Hdaf+23）
=100/（0.334×85.933+2.25×3.72512+23）=1.66436t/m3
煤的真密度：
=100×1.66436/[100﹣35.68×（1-1.66436/2.9）]=1.96275t/m³
煤的视在密度：
=[100×1.96275×﹙100-1.88﹚]/[﹙100+0.96275×1.88﹚×﹙100-0.9﹚]
=1.90879t/m³
煤粉的视在密度：
=1.90879×（100-8.6）/（100-0.5）
=1.7534t/m3
煤的堆积密度：
=0.63×=0.63×1.90879=1.10464t/m3
煤粉的自由堆积密度：
ρpc,b=0.35×ρpc,ap+0.004R90
=0.35×1.7534+0.004×18.384
＝0.7605t/m3
2.9煤和煤粉的比热容
煤粉的比热容：
Cpc=0.01[Cdc（100-Mpc）+4.187Mpc]
CA=0.754+2.93t10-4
C0=0.74+4.1t10-3+（0.66+2t10-3）×Vdaf/100
Cdc=0.01[C0（100-Ad）+CA×Ad]
当t=60℃时
C0=1.28427kJ/（kg℃）
CA=0.77158kJ/（kg℃）
Cdc=1.10134kJ/（kg℃）
Cpc=1.11677kJ/（kg℃）
当t=68℃时
C0=1.32319kJ/（kg℃）
CA=0.77392kJ/（kg℃）
Cdc=1.12721kJ/（kg℃）
Cpc=1.14251kJ/（kg℃）
第三章制粉系统及磨煤机的选择
3.1制粉系统类型的选择
在选择磨煤机形式和制粉系统时，应根据煤的燃烧、磨损、可磨与爆炸特性以及磨煤机的制粉特性和煤粉细度的要求，结合锅炉炉膛和燃烧器结构统一考虑，并考虑投资、电厂检修运行水平及设备的配套、备品备件供应以及煤的来源和煤中杂物情况诸因素，以达到磨煤机、制粉系统和燃烧装置匹配合理，保证机组的安全经济运行。
根据煤种的不同，燃烧稳定性指数的不同，所选择的制粉系统也相应的不同。
本设计采用的是劣质烟煤，RW>4.65~5.7，查书《火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法》中表3-3-1，Rw<5.0~5.7适合选用钢球磨储仓式热风送粉系统或者中速磨直吹式制粉系统。
直吹式制粉系统有正压系统和负压负压系统之分。
负压系统中排粉机装在磨煤机之后，燃烧所需要的煤粉都经排粉机过排粉机，因而风机叶片容易磨损，降低了风机效率，增加了通风电耗，使系统可靠性降低，维修工作量增加；正压系统中排粉机装在磨煤机前，通过排粉机的是清洁的空气，不存在风机叶片的磨损问题，冷空气也不会漏入系统，因而运行可靠性与经济性都比负压系统高，但是正压系统需要采取密封措施防止煤粉外漏，并引起煤粉自然爆炸的危险。
所以本次设计将选用中速磨煤机正压直吹式和钢球磨煤机中储式两种制粉系统，进行计算、分析、比较，最后确定合适的制粉系统。
3.2中速磨直吹式制粉系统的计算分析
3.2.1中速磨的台数的确定
在直吹式系统中，当机组的容量为600MW时，每台锅炉装设的中速磨不多于8台，其中1台为备用。
本设计锅炉燃烧采用四角切圆直流燃烧器，每台磨煤机对应着相应的燃烧器布置，根据相关经验中速磨煤机选6台，其中1台备用。
3.2.2中速磨的选型
中速磨煤机的型号有多种，可以根据不同的参数需要来选择，主要根据磨煤机的碾磨件寿命来决定，这和Ke有很大的关系，当煤的磨损指数Ke≤5.0时，应优先选用MPS磨。
（设计煤种Ke=2.0）
图1.中速正压直吹式制粉系统
1.原煤仓2.给煤机3.粗粉分离器4.磨煤机5.密封风机6.煤粉分配器7.隔绝门
8.风量测量装置9.燃烧器10.二次风箱11.锅炉12.空气预热器13一次风机14.送风机
单台磨煤机的计算处理由锅炉燃料消耗量Bg及磨煤机配置台数z来确定。
所以，单台磨煤的计算出力为：
Bmyy=K=1.15×291/5=66.93t/h
式中：
Bmyy—
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