第四章煤粉制备系统及设备

电厂锅炉原理及设备4/30/2023第一页，共八十七页。第四章 煤粉制备系统及设备第一节 煤粉的性质第二节 磨煤设备及其特性第三节 煤粉制备系统第四节 煤粉制备系统的主要辅助设备第五节 煤粉制备系统的选型 4/30/2023第二页，共八十七页。第一节 煤粉的性质一、煤粉的一般性质1.组成：dp<500μm的微小颗粒组成，以20μm<dp<50μm居多2.堆积密度——把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。

疏松煤粉：0.4~0.5t/m3自然压紧：≈0.7t/m34/30/2023第三页，共八十七页。第一节 煤粉的性质一、煤粉的一般性质3.流动性（1）气力输送：颗粒小→比表面积大→吸附大量空气→堆积角小→流动性好（2）泄露（3）自流现象4/30/2023第四页，共八十七页。煤粉仓顶部泄漏现场4/30/2023第五页，共八十七页。第一节 煤粉的性质一、煤粉的一般性质4.自燃煤粉吸附大量空气→缓慢氧化，温度升高→达到着火温度5.爆炸：煤粉和空气混合物在适当浓度、温度下发生（1）煤粉细度↓（2）V、Q、含O浓度↑（3）危险浓度：1.2~2.0kg/m34/30/2023第六页，共八十七页。粉尘爆炸（一）相传，早在风车水磨时代，就曾发生过一系列磨坊粮食粉尘爆炸事故。到了20世纪，随着工业的发展，粉尘爆炸事故更是屡见不鲜，爆炸粉尘的种类也越来越多。据统计，1913～1973年间美国仅工农业方面就发生过72次比较严重的粉尘爆炸事故。1919年俄亥俄州一家淀粉厂发生粉尘爆炸，厂房几乎全部被毁，有43人丧生。日本1952～1975年共发生重大粉尘爆炸事故177次，累计死亡75人，受伤410人。

1977年美国路易斯安那州一座现代化粮库发生爆炸，造成一半以上粮食简仓被毁，连办公大楼也未幸免，36人死亡，直接经济损失达3000万美元。英国和加拿大在化工和造纸等行业中也发生过多起粉尘爆炸事故，仅英国就243次，死伤204人。

1987年3月15日，哈尔滨亚麻纺织厂发生的爆炸事故，死亡56人，伤179人，厂房设备严遭破坏。4/30/2023第七页，共八十七页。粉尘爆炸（二）粉尘和其他物质一样具有一定能量。由于粉尘的粒径小，表面积大，从而其表面能也增大。一块1g重的煤其表面积只有5～6c㎡，而1g的煤粉飘尘，其表面积可达2㎡。粉尘与空气混合，能形成可燃的混合气体，若遇明火或高温物体，极易着火，倾刻间完成燃烧过程，释放大量热能，使燃烧气体骤然升高，体积猛烈膨胀，形成很高的膨胀压力。燃烧后的粉尘，氧化反应十分迅速，它产生的热量能很快传递给相邻粉尘，从而引起一系列连锁反应。粉尘发生爆炸必须具备一定的条件，归纳如下：

（1）粒径大小——这是影响其反应速度和灵敏度的重要因素。颗粒越小越易燃烧，爆炸也越强烈。粒径在200μm以下，且分散度较大时，易于在空中飘浮，吸热快，容易着火。粒径超过500μm，其中并含有一定数量的大颗粒则不易起爆。

（2）化学成分——有机物粉尘中若含有COOH，OH，NH2，NO，C=N，C=N和N=N的基团时，发生爆炸的危险性较大；含卤素和钾，钠的粉尘，爆炸趋势减弱。4/30/2023第八页，共八十七页。粉尘爆炸（三）（3）爆炸浓度——在一个给定容积中，能够传播火焰的悬浮粉尘的最小重量称为爆炸浓度。通常，达到粉尘爆炸浓度的粉尘才会发生爆炸。面粉的爆炸浓度约为15～20g/m3;，散粮爆炸浓度大约是30～40g/m3;。

（4）空气湿度——当空气湿度较大时，亲水性粉尘会吸附水份，从而使粉尘难以弥散和着火，传播火焰的速度也会减小。湿度大的粉尘即使着火，其热量首先消耗在蒸发粉尘中的水份，然后才用于燃烧过程。粉尘湿度超过30%便不易起爆。

（5）有足够的点火温度——粉尘爆炸大都起源于外部明火，如机械撞击，电焊和切割，静电火花或电火花，摩擦火花，火柴和高温体传热等。这类火源最低点火温度为300～500℃。

（6）足够的氧气——粉尘悬浮环境中需含有足够维持燃烧的氧气。

（7）粉尘紊动程度——悬浮在空气中的粉尘，紊动强度越大，越易吸收空气中的氧气而加快其反应速率，从而容易爆炸。4/30/2023第九页，共八十七页。第一节 煤粉的性质一、煤粉的一般性质6.煤粉水分的影响（1）M↑流动性↓→输送困难→粉仓“搭桥”着火、燃烧困难干燥能耗↑（2）M↓→自燃、爆炸4/30/2023第十页，共八十七页。第一节 煤粉的性质二、煤粉细度1.定义a—筛余量，留在筛子上的煤粉质量b—边筛量，通过筛子的煤粉质量2.表示方法

70号筛子，每厘米长度上有70个筛孔，边长为90μm，故用R90表示细度。如R90=20%，表示煤粉经70号筛子筛分后，还有20%的煤粉没有通过筛子。

4/30/2023第十一页，共八十七页。ASM200三维振动筛分仪

德国西伯（SiebtechnikGmbH）公司

技术参数:

应用领域：料径分析、物料分离和分级；

筛分材料：粉末、颗粒物、块状物、悬浮物；测量范围：20um到25mm；筛分级数：9级；振动频率：3000min-1；振幅范围：0-2.5mm可调时间设置：1-99分钟可设定；筛网直径:

100mm、150mm、200mm、203mm(8")；筛分原理：高效率三维抛掷运动；安装方式：快速舒适型筛网夹具；筛子标准：符合ISO3310-1、DINEN10204.21和ASTME11标准。4/30/2023第十二页，共八十七页。第一节 煤粉的性质三、煤粉的颗粒组成特性1.破碎公式—煤粉颗粒组成曲线（粒度分布特性）2.均匀性指数n（1）n↑→煤粉粒度分布较均匀（2）n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式（3）n=0.8~1.23.细度系数bn一定，煤粉粗→R90↑→b↓4/30/2023第十三页，共八十七页。第一节 煤粉的性质四、煤粉经济细度1.煤粉细度的影响（1）煤粉气流着火、焦炭燃尽（2）磨煤运行费用：电耗、设备金属磨耗2.经济细度——（q4+qm）min对应的R90（1）煤粉越细→着火燃烧越迅速→q4↓（2）煤粉越细→磨煤运行费用qm↑3.影响因素（1）Vdaf↑→易于着火燃尽→煤粉可磨粗→R90↑（2）磨煤机、粗粉分离器的性能（n↑）→煤粉粗细均匀→煤粉粗也可燃烧完全→R90↑（3）燃烧设备的型式（4）锅炉运行工况

4/30/2023第十四页，共八十七页。第二节 磨煤设备及其特性磨煤机作用——将一定尺寸的煤块干燥、破碎并磨制成煤粉工作原理——煤块受到撞击、挤压和研磨三种力的作用型式（按部件转速分类）低速磨煤机：n=16~20r/min中速磨煤机：n=50~300r/min高速磨煤机：n=500~1500r/min4/30/2023第十五页，共八十七页。第二节 磨煤设备及其特性一、筒式钢球磨煤机（一）单进单出钢球磨煤机（二）双进双出钢球磨煤机4/30/2023第十六页，共八十七页。（一）单进单出钢球磨煤机4/30/2023第十七页，共八十七页。单进单出钢球磨煤机结构图4/30/2023第十八页，共八十七页。钢球磨煤机内部4/30/2023第十九页，共八十七页。（一）单进单出钢球磨煤机1.影响钢球磨煤机工作的主要因素（1）临界转速nc与工作转速n（2）钢球充满系数ψ（3）钢球直径（4）护甲（5）通风量Vtf（6）筒内载煤量2.磨煤出力和消耗的电功率计算3.主要特点4/30/2023第二十页，共八十七页。（1）临界转速nc与工作转速na.n<<nc→钢球沿斜面滑落→撞击作用↓→煤粉难以被气流带走→磨煤机出力↓b.n≥nc→钢球贴壁旋转→撞击作用完全消失4/30/2023第二十一页，共八十七页。（1）临界转速nc与工作转速n筒体临界转速D—筒体内径，m国产球磨机最佳转速nzj4/30/2023第二十二页，共八十七页。（2）钢球充满系数ψa.钢球充满系数G—钢球装载量，t； V—球磨机筒体体积，m3ρgq—钢球堆积密度，一般取4.9t/m3b.筒体通风量、煤粉细度不变，ψ=10~35%，磨煤机出力和消耗功率与ψ的关系c.磨煤单位电耗d.装有波浪形护甲球磨机，ψ=10~30%内4/30/2023第二十三页，共八十七页。（3）钢球直径Ψ一定的条件下，Φ↓→撞击次数↑，作用面积↑→Bm↑，磨损↑→撞击力↓→不易磨制硬煤及大块煤确定原则：[磨煤（电耗+金属磨耗）总费用]minΦ选取 一般： 30~40mm 硬煤或大块煤： 50~60mm4/30/2023第二十四页，共八十七页。（4）护甲a.摩擦系数↓→筒体和钢球间速度差↑→相对滑动↑→较多能量消耗于摩擦运动，钢球提升不明显b.摩擦系数↑→可在较小能量消耗下达到钢球最佳工作状态4/30/2023第二十五页，共八十七页。（5）通风量a.Vtf↓→仅带出少量细粉，部分合格煤粉被反复磨制→Bm↓b.Vtf↑→改善煤沿筒体长度分布→Bm↑，Em↓ →部分不合格粗粉被带出→分离后返回磨煤机再磨→Etf、Ezf↑最佳磨煤通风量4/30/2023第二十六页，共八十七页。（6）筒内载煤量a.存煤量较少→钢球下落动能=磨煤耗能+空撞磨损耗能b.载煤量↑→磨煤耗能↑→Bm↑c.载煤量过大→钢球下落高度↓，钢球间煤层↑→煤层变形耗能↑，磨煤耗能↓→Bm↓，入口堵塞最佳载煤量：试验确定Bmmax4/30/2023第二十七页，共八十七页。2.磨煤出力和消耗的电功率计算（1）钢球磨煤机出力=磨煤出力+干燥出力Bm：单位时间内能够磨制符合煤粉细度要求的煤粉量干燥出力：单位时间内能将多少煤从原有水分干燥到所要求的煤粉水分调节方法：干燥剂流量和温度（2）煤粉制备系统单位电耗 Ezf=Em+Etf磨煤机单位电耗（kW·h/t）其中，Pmdw与Bm几乎无关球磨机满负荷运行最为经济通风单位电耗（kW·h/t）其中，Ptfdw决定于通风量与煤粉制备系统压降4/30/2023第二十八页，共八十七页。3.钢球磨煤机主要特点优点：（1）适应煤种广，对“三块”不敏感硬度大、磨损性强的煤无烟煤贫煤劣质煤（高A、M）（2）可在运行中补充钢球，延长检修周期（3）结构简单，故障少，运行安全可靠缺点：（4）设备庞大笨重、金属耗量大（5）初投资及运行电耗、金属磨损较高（6）运行噪音大（7）磨制煤粉不均匀（8）低负荷运行不经济4/30/2023第二十九页，共八十七页。（二）双进双出钢球磨煤机4/30/2023第三十页，共八十七页。BBD双进双出钢球磨煤机

——风和煤流程图4/30/2023第三十一页，共八十七页。双进双出球磨机主要优点1.可靠性高，可用率高2.维护方便，维护费用低3.能长期保持恒定容量和要求的煤粉细度4.能磨制哈氏可磨性系数<50的煤种或高A（>40%）煤种5.储粉能力强6.较宽负荷范围内有快速反应能力7.低负荷时利于燃用低V煤的稳燃4/30/2023第三十二页，共八十七页。第二节 磨煤设备及其特性二、中速磨煤机1.结构特点（1）驱动装置（2）研磨部件（3）干燥分离空间（4）煤粗粉分离和分配装置4/30/2023第三十三页，共八十七页。2.工作原理4/30/2023第三十四页，共八十七页。4/30/2023第三十五页，共八十七页。4/30/2023第三十六页，共八十七页。4/30/2023第三十七页，共八十七页。4/30/2023第三十八页，共八十七页。4/30/2023第三十九页，共八十七页。HP碗式中速磨煤机4/30/2023第四十页，共八十七页。HP磨煤机4/30/2023第四十一页，共八十七页。二、中速磨煤机3.影响因素（1）转速选取原则

小能耗下达到最佳磨煤效果 延长碾磨部件使用寿命n↑→离心力过大→煤来不及破碎→大量粗粉来回循环→Etf↑，Ezf↑n↓→煤磨制过细→Bm↑，Ezf↑，金属磨耗↑部分中速磨煤机nzj中速磨煤机n发展趋势降低4/30/2023第四十二页，共八十七页。二、中速磨煤机3.影响因素（2）通风量影响磨煤出力和煤粉细度维持一定风煤比（3）风环气流速度（4）碾磨压力（5）燃料性质：烟煤、贫煤M适当Aar<40%HGI不低于50Ke<3.54/30/2023第四十三页，共八十七页。二、中速磨煤机4.磨煤出力及功率计算（1）平盘磨煤机（2）RP磨煤机（3）E型磨煤机（4）MPS磨煤机5.特点（1）优点：结构紧凑、占地面积小、重量轻、投资省、运行噪声小、电耗及金属磨耗低、煤粉均匀性指数较高、适宜变负荷运行（2）缺点：结构复杂，需严格定期检修、维护，煤粉浪费4/30/2023第四十四页，共八十七页。第二节 磨煤设备及其特性三、风扇磨煤机1.结构特点2.磨煤原理3.适宜磨制煤种：褐煤、烟煤4.特点优点：结构简单、尺寸小、金属耗量少、运行电耗低缺点：磨损严重，维修频繁4/30/2023第四十五页，共八十七页。4/30/2023第四十六页，共八十七页。第三节 煤粉制备系统煤粉制备系统（制粉系统）——将原煤磨制成粉，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分类直吹式：煤粉→直接吹入炉膛燃烧中间储仓式：煤粉→储存在煤粉仓中→根据锅炉运行负荷需要→由给粉机送入炉膛燃烧4/30/2023第四十七页，共八十七页。一、直吹式制粉系统特点 Σ运行磨煤机制粉量=锅炉煤耗量分类（按配备磨煤机的种类）低速磨煤机 普通筒式钢球磨煤机：仅在锅炉带基本负荷时选用

双进双出磨煤机：正压直吹中速磨煤机

负压直吹 正压直吹：热（冷）一次风机系统高速磨煤机 热风干燥 热风和炉烟干燥4/30/2023第四十八页，共八十七页。负压直吹式制粉系统

（配中速磨煤机）1.优点无煤粉泄露，工作环境干净2.缺点煤粉均通过排粉风机→风机磨损严重→风机效率↓，电耗↑，维护费用↑→可靠性↓4/30/2023第四十九页，共八十七页。正压（热一次风）直吹式制粉系统

（配中速磨煤机）1.优点无磨损、无冷空气漏入系统→运行可靠性、经济性高2.缺点向外冒粉→污染环境、自燃爆炸→需密封热一次风机结构特殊→运行可靠性、效率↓4/30/2023第五十页，共八十七页。正压（冷一次风）直吹式制粉系统

（配中速磨煤机）1.优点冷一次风机工作条件改善→电耗↓2.缺点分别加热工作压力不同的一、二次风→空预器结构复杂4/30/2023第五十一页，共八十七页。直吹式制粉系统（配高速磨煤机）1.热风干燥（烟煤）2.热风和炉烟干燥（高M褐煤）制粉系统干燥能力↑混入烟气中惰性气体→含O浓度↓，燃烧区T↓→自燃爆炸、燃烧器喷嘴烧坏、NOx生成↓，防止炉内结渣4/30/2023第五十二页，共八十七页。直吹式制粉系统

（配双进双出磨煤机）优点煤种适应性广

高A、磨损性强 V低、要求煤粉细的无烟煤响应负荷变化性能好煤粉细度稳定，负荷调节范围大4/30/2023第五十三页，共八十七页。二、中间储仓式制粉系统特点Σ运行磨煤机制粉量与锅炉煤耗量不必一致磨煤机运行具有独立性→可保持经济运行→采用普通筒式钢球磨煤机负压系统（200Pa）辅助设备增多：细粉分离器、煤粉仓（储存）、螺旋输送机（转运）、给粉机（调节）分类（按乏气送入炉内的方式）干燥剂送粉（烟煤：Mar较低、Vdaf较高、易着火燃烧）热风送粉（无烟煤、贫煤、劣质烟煤）4/30/2023第五十四页，共八十七页。中间储仓式制粉系统4/30/2023第五十五页，共八十七页。三、两种制粉系统的比较直吹式优点：

系统简单、设备少、布置紧凑、钢材耗量少、投资省、运行电耗较低缺点：1）运行可靠性低，需设置备用磨煤机2）工作安全性低（负压系统风机磨损）3）响应负荷变化能力较差4）调节分配困难，风粉不均中间储仓式优点：1）可靠性较高2）运行经济性好3）负荷变化响应迅速4）热风送粉改善着火条件5）排粉风机磨损较轻缺点：

系统复杂、钢材耗量大、初投资大、运行费用高、自燃爆炸可能性大4/30/2023第五十六页，共八十七页。第四节 煤粉制备系统的主要辅助设备给煤机粗粉分离器细粉分离器给粉机锁气器排粉风机4/30/2023第五十七页，共八十七页。一、给煤机作用——根据磨煤机或锅炉负荷的需要量调节给煤量，并把原煤均匀连续的送入磨煤机中分类圆盘式振动式刮板式皮带式4/30/2023第五十八页，共八十七页。1.圆盘式给煤机优点结构简单、紧凑设备严密缺点供给湿煤时易堵塞4/30/2023第五十九页，共八十七页。4/30/2023第六十页，共八十七页。2.电磁振动式给煤机优点无转动部件、无机械摩擦结构简单造价低占地面积小运行维护方便安全可靠缺点易发生堵煤或原煤自流→要求电源电压稳定，原煤粒度均匀，水分适中4/30/2023第六十一页，共八十七页。4/30/2023第六十二页，共八十七页。3.刮板式给煤机优点结构合理、系统布置灵活满足较长距离输煤要求可制成全封闭式缺点占地面积较大易卡涩4/30/2023第六十三页，共八十七页。4/30/2023第六十四页，共八十七页。4.电子重力式皮带给煤机优点皮带转速测定装置精确度高的称重机构良好的过载保护完善的检测装置正压运行，全封闭4/30/2023第六十五页，共八十七页。4/30/2023第六十六页，共八十七页。二、粗粉分离器作用对磨煤机带出的煤粉进行分离，将不合格的粗煤粉分离出来返回磨煤机重新磨制，合格的煤粉供给锅炉燃烧使用调节煤粉细度，保证煤种改变或Bm改变时的要求细度分离原理重力分离惯性分离离心分离4/30/2023第六十七页，共八十七页。1.离心式粗粉分离器（1）结构（2）工作原理（3）特点（轴向型）结构复杂，通风阻力大空间大，分离效果好，改善煤粉均匀性调节幅度宽，回粉中细粉含量少，制粉系统出力提高适应煤种较广4/30/2023第六十八页，共八十七页。4/30/2023第六十九页，共八十七页。2.回转式粗粉分离器（1）结构（2）工作原理（3）特点结构紧凑，流动阻力小，磨煤电耗较低调节方便，负荷变化适应性好分离出的煤粉较细且均匀性好结构复杂磨损严重检修工作量大4/30/2023第七十页，共八十七页。4/30/2023第七十一页，共八十七页。4/30/2023第七十二页，共八十七页。三、细粉分离器1.作用：把煤粉从粗粉分离器送出的气粉混合物中分离出来，将煤粉储存在煤粉仓中2.分离原理——惯性离心力3.工作原理4.分离效率：90~95%4/30/2023第七十三页，共八十七页。4/30/2023第七十四页，共八十七页。四、给粉机1.作用 根据锅炉负荷需要，把煤粉仓中的煤粉及时均匀地送入一次风管中 （给粉量、给粉均匀性、调节性能）2.工作原理3.特点给粉均匀，调节方便，不易发生煤粉自流，可防止一次风冲入煤粉仓结构复杂，电耗大，易堵塞4/30/2023第七十五页，共八十七页。4/30/2023第七十六页，共八十七页。五、锁气器1.作用——只允许煤粉通过，不允许气流通过2.结构3.工作原理4.分类（1）翻板式（垂直、倾斜管道）：不易卡主，工作可靠（2）草帽式（垂直管道）：动作灵敏，煤粉均匀，严密性好4/30/2023第七十七页，共八十七页。4/30/2023第七十八页，共八十七页。第五节 煤粉制备系统的选型一、磨煤机和制粉系统的选择——Vdaf、Mar、Kkm、R90二、磨煤机的台数、出力及型号的选定1.中速磨煤机直吹式系统2.风扇磨直吹式系统3.双进双出球磨机直吹式制粉系统4.中间储仓式制粉系统4/30/2023第七十九页，共八十七页。第五节 煤粉制备系统的选型三、制粉系统热平衡计算计算目的：确定干燥剂温度和干燥剂量计算基础：每kg原煤计算系统的进口

燃料——原煤管 干燥剂——磨煤机进口与原煤混合前计算系统的出口

负压系统——排粉机入口 正压系统——粗粉分离器出口制粉系统热平