第四章煤粉制备系统及设备

2019年8月15日电厂锅炉原理及设备2019年8月15日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2019年8月15日第一节煤粉的性质一、煤粉的一般性质1.组成：dp500μm的微小颗粒组成，以20μmdp50μm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/m32019年8月15日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2019年8月15日煤粉仓顶部泄漏现场2019年8月15日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/m32019年8月15日粉尘爆炸（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。2019年8月15日粉尘爆炸（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。2019年8月15日粉尘爆炸（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。2019年8月15日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2019年8月15日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。%100baaRx2019年8月15日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。2019年8月15日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↓)(100nbxxeR%10090200lg100lnlg100lnlg90200RRn90100ln901Rbn2019年8月15日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%8.0490dafjjnVR2019年8月15日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/min2019年8月15日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2019年8月15日（一）单进单出钢球磨煤机2019年8月15日单进单出钢球磨煤机结构图2019年8月15日钢球磨煤机内部2019年8月15日（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2019年8月15日（1）临界转速nc与工作转速na.nnc→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2019年8月15日（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nzjDnc3.428.0~74.0cnn2019年8月15日（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6.016.01cGaBm%100VGgq75.112.0ljzjnn9.029.02cGaPm3.0/mmmBPE2019年8月15日（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：50~60mm2019年8月15日（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2019年8月15日（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)361000(383903kmkmnzjtfKRKDVV2019年8月15日（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Bmmax2019年8月15日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mdwmmBPEmdwtftfBPE2019年8月15日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2019年8月15日（二）双进双出钢球磨煤机2019年8月15日BBD双进双出钢球磨煤机——风和煤流程图2019年8月15日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2019年8月15日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2019年8月15日2.工作原理2019年8月15日2019年8月15日2019年8月15日2019年8月15日2019年8月15日2019年8月15日HP碗式中速磨煤机2019年8月15日HP磨煤机2019年8月15日二、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2019年8月15日二、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Aar40%HGI不低于50Ke3.52019年8月15日二、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2019年8月15日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