600MW电厂制粉系统毕业论文

毕业设计（论文）

清河发电厂扩建600MW 火电机组制粉系统初步设计

The Pulverizing System Preliminary Design Of The Extend Of 600MW Thermal Electric Generation Unit In Qinghe Power

Generation Corporation

学生姓名 ： 学历层次 ： 本 科 所在系部 ： 能源动力工程学院 所学专业 ： 热能与动力工程 所在班级 ： 动力0743 指导教师 ： 张志正 教师职称 ： 教 授 完成时间 ： 2011.6.20 长 春 工 程 学 院

摘 要

电厂锅炉燃烧系统设计是火电厂生产系统初步设计的一个重要内容，对于大型锅炉，制粉系统已成为与锅炉燃烧设备共同组成不可分割的燃烧系统整体的一部分，因而其设计要与锅炉燃烧设备综合考虑，以满足锅炉正常运行对燃烧的要求。目前，我国电厂锅炉所用燃料主要是煤，因此电厂的制粉系统的设计是火电厂生产系统初步设计的一个重要内容，对于大型锅炉，制粉系统已成为与锅炉燃烧设备共同组成不可分割的燃烧系统整体的一部分，因而其设计要与锅炉燃烧设备综合考虑，以满足锅炉正常运行对燃烧的要求。锅炉煤粉制备系统是将煤磨制成一定粒度的煤粉并输送至锅炉进行燃烧的所有设备组成的系统。本次设计就是根据清河发电厂扩建600MW机组工程锅炉容量和燃用煤种，通过计算来选择和设计制粉设备和制粉系统，以及校核所选择的设备和系统是否满足机组的正常工作，同时在机组检修以及出现故障时能否保证制粉系统的正常运行。

关键词

磨煤机 制粉系统 设备选型 设计

Abstract

The design on power plant boiler combustion system is an important content of the preliminary design on thermal power plant production system. For the large-scale boiler, the pulverizing system has already composed of an important part of the whole inalienable combustion system with the boiler combustion equipment together. At present, the main fuel used in power plant boiler is coal, For the large-scale boiler, the pulverizing system has already composed of an important part of the whole inalienable combustion system with the boiler combustion equipment together. Thus its design needs to be considered comprehensively connecting with combustion equipment of the boiler, in order to satisfy the combustion requirements to normal operation of the boiler. Preparation of pulverized coal boiler system is made of a certain size coal mill and delivered to the pulverized coal boiler to burn all the components of the system. This design is based Qinghe Power Station Extension Project 600MW unit capacity and burning coal boiler, To select and design by calculating the milling equipment and pulverizing system, And the choice of equipment and checking systems are working to meet the unit, while in the unit maintenance and failure can guarantee the normal operation of coal pulverizing system.

Keywords

Pulverizer, Pulverizing system, Devices selection, Design

目 录

前 言 .......................................................... 1 第一章 概述 ....................................................... 2 1.1 设计任务概述 ................................................. 2 1.2 原始资料 ..................................................... 2 1.3 设计思想和思路 ............................................... 5 1.4 设计方法概述 ................................................. 5 第二章 锅炉燃煤量的确定 .......................................... 7 2.1 煤种的燃烧计算 ............................................... 7 2.2 锅炉的燃料量的确定........................................... 9 第三章 磨煤机选型及制粉系统形式的确定 ........................... 11 3.1 根据燃料量确定出力 .......................................... 11 3.2 根据出力选择磨煤机 .......................................... 11 3.3 校核出力 .................................................... 12 3.4 根据制粉系统选定原则选择制粉系统形式 ........................ 13 第四章 制粉系统热力计算 .......................................... 15 4.1 确定初始干燥剂量 ............................................ 15 初始干燥剂量的确定 ............................................... 15 4.3 干燥剂组成成分 .............................................. 20 4.4 干燥剂核算出力及风机容量确定 ................................ 22 第五章 制粉系统空气动力计算及相关风机选型 ....................... 24 5.1 制粉系统各管道的计算和选择 .................................. 24 5.2 各段摩擦阻力以及各部件及设备的局部阻力计算 .................. 28 5.3 送风机管道及局部阻力计算 .................................... 40 5.4 风机选型 .................................................... 46 第六章 制粉系统其他辅助设备的选择 ............................... 48 6.1 煤斗的选择与计算............................................ 48 6.2 给煤机的选型 ................................................ 49 6.3 粗粉分离器的选型 ............................................ 49 6.4 木块分离器与木削分离器的选择 ................................ 50 6.5 煤粉分配器的选择 ............................................ 50 6.6 补偿器选择 .................................................. 50 第七章 制粉系统总体论述 .......................................... 51 设计总结 ......................................................... 53 致 谢 ......................................................... 55 附录： ........................................................... 56

长春工程学院毕业设计（论文）

前 言

本次设计的来源由指导教师张志正提供，电厂锅炉制粉系统设计是火电厂生产系统初步设计的一个重要内容,本次设计的目的是根据清河发电厂扩建600MW机组工程锅炉容量和燃用煤种，选择制粉系统，设计制粉系统并通过燃烧计算、制粉系统热力计算、选型校核计算、空气动力计算确定相应的设备。并根据选择结果画出燃烧系统图和设备布置图。从中了解燃烧系统整体设计过程，设备选型过程，并锻炼手工和计算机绘图能力。给电力设计院提供初步的设计样品，方便进一步的设计，电建公司可以根据数据、图纸进行安装。

设计拟解决工程的实际问题有：磨煤机的选择和应用、相关设备的排列布置、风机的选择和排列。用直吹式或中间储仓式制粉系统，给煤机、分离器、给粉机等辅机的选择。制粉系统的平衡计算。磨煤机的数量问题。

煤粉制备系统系统（也就是制粉系统）是将煤磨制成一定粒度的煤粉并输送至锅炉进行燃烧的所有设备组成的系统。煤粉制备系统可分为直吹式制粉系统和中间储仓式制粉系统两种。前者是指煤粉经磨煤机磨成煤粉后直接吹入炉膛，后者是将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后再根据锅炉的运行负荷的需要，从煤粉仓经给煤机送入炉膛燃烧。在现代燃煤锅炉中，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。

国内相关设计有：广西电力工业勘察设计研究院：国电永福发电有限公司2×300MW机组扩建 、员村热电厂扩建工程。东北电力设计院：华润电力拉萨燃机电厂新建工程、鲁能宝清电厂新建工程(2?600MW)。青岛捷能电力设计公司广东俊富集团热电厂制粉系统

制粉系统设计的主要任务是进行磨煤机的优化选型，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进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。

1

长春工程学院毕业设计（论文）

第一章 概述

1.1 设计任务概述

电厂锅炉制粉系统设计是火电厂生产系统初步设计的一个重要内容，本次设计就是根据清河电厂600MW机组工程锅炉容量和燃用煤种，选择适合的制粉设备，拟定制粉系统，并通过燃料计算、制粉系统的热力计算、设备选型校核计算、空气动力计算确定相应的设备。并根据选择结果画出相应的燃烧系统图和设备布置图。使学生了解燃烧系统整体设计过程，设备选型过程，并锻炼手工和计算机绘图能力。 1.2 原始资料

1.21 煤种和锅炉的已知资料：

表1.1 煤种资料

项 目 收到基低位发热值Qnet.ar 工 业 收到基灰份 Aar 分 析 干燥无灰基挥发份Vdaf 空气干燥基水份Mad 收到基碳Car 元 素 收到基氧Oar 分 析 收到基氮Nar 收到基全硫St.ar 可磨性系数HGI 冲刷磨损指数Kc 游离SiO2 灰变形温度 DT（T1） 灰软化温度 ST（T2） 灰半球温度HT 灰熔化温度 FT（T3） % % - ℃ ℃ ℃ ℃ 0.68 0.43 53 1.32 55.29 1260 1290 1310 1370 0.67 0.50 61 2.27 59.02 1220 1250 1280 1310 % 10.74 10.49 收到基氢Har % % % % 49.67 19.07 35.75 2.33 49.72 16.82 33.53 2.32 收到基全水份Mt 单 位 kJ/kg % % 设计煤种 12950 29.9 20.17 校核煤种 11980 31.0 21.49 2

长春工程学院毕业设计（论文）

锅炉资料：

辽宁清河发电有限责任公司现装机1200MW，由4台100MW及4台200MW机组组成。本期工程安装1×600MW超临界燃煤汽轮发电机组。

锅炉：超临界、变压运行直流炉、带启动循环泵、单炉膛、一次再热、平衡通风、对冲燃烧、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型。 锅炉型号：HG-1900/25.4-YM3 锅炉主要热力参数如下表：

表1.2锅炉主要热力参数

名 称 过热蒸汽流量 过热器出口蒸汽压力 过热器出口蒸汽温度 再热蒸汽流量 再热器进口蒸汽压力 再热器出口蒸汽压力 再热器进口蒸汽温度 再热器出口蒸汽温度 省煤器进口给水温度 预热器出口一次风 预热器出口二次风 空气预热器出口（未修正） 空气预热器出口（修正后） 单位 t/h MPa(g) oBMCR 1900 25.50 571 1614 4.77 4.58 320.3 569 284 390 365 154.45 148.3 BRL/TRL 1798 25.37 571 1524 4.49 4.31 313.8 569 280.1 379.4 357.2 150.02 143.9 THA 1664 25.2 571 1423 4.21 4.04 306.4 569 275.4 365.6 345.6 144 138.1 C t/h MPa(g) MPa(g) oC C C oo℃ ℃ ℃ ℃ 3

长春工程学院毕业设计（论文）

名 称 燃料消耗量 计算热效率（按低位发热量） 保证热效率（按低位发热量） 截面热负荷 容积热负荷 燃烧器区域热负荷 一次风率 炉膛出口过剩空气系数 单位 t/h % % MW/m2 kW/m3 kW/m2 % -- BMCR 423.6 92.13 —— 4.05 71.06 1.405 36.7 1.19 BRL/TRL 404.3 92.36 91.8 —— —— —— 1.19 THA 378.6 92.66

1.22 当地自然条件：

辽宁清河发电有限责任公司位于辽宁省铁岭市清河区清河镇内，属辽宁省铁岭市管辖，为独立的铁岭市清河区长大铁路的东侧，西距开原市约9km，离清河水库3.5km，并有铁路与国铁相连，厂区北侧为住宅区，与清河镇连为一体。厂区西侧是储煤区，卸、运煤设施均布置在这里。

辽宁清河发电有限责任公司位于东北电网的中心，向沈阳、抚顺、鞍山、辽阳、四平等工业地区供电，是东北电网的主力电厂之一。从开原市有公路直通清河镇，公司内部铁路与中长线国家铁路相连，交通非常便利。

辽宁清河发电有限责任公司厂区属丘陵沟谷地带，自然地形较为复杂。厂区南北两侧均为山坡，中部较为平坦，但自西向东倾斜，向沟外呈簸箕形分布。主厂房位于冲沟北侧坡度为60‰-72‰的坡地上，建设时为适宜地形变化，减少开挖土方量，厂房内4×100MW机组的零米与4×200MW机组的零米按地面标高不同而相差2.5m，主厂房零米比两侧铁路站场高7～9m。主厂房及厂区不受水库溃坝的影响。

辽宁清河发电有限责任公司处在平原与丘陵交汇地区，该地区属寒温带季风型大陆性气候，全年主导风向为南及西南风。最大冻土深度-1.43m。

年平均气温 6.5 ℃

4

长春工程学院毕业设计（论文）

最高气温 37.9 ℃ 最低气温 -36.6 ℃ 年平均相对湿度 66 % 年平均降水量 671 mm 年平均蒸发量 1764.0 mm 年平均风速 3.6 m/s 最大冻土深度 -1.43 m

1.3 设计思想和思路

制粉系统设计的任务总的来说是根据锅炉燃用的煤的特性和锅炉采用的燃烧设备来选择制粉系统和磨煤机的形式和参数，并对制粉系统范围内的其它设备，部件，管道及元件进行合理选型，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。

制粉系统必须按照电厂锅炉实际燃用的煤种进行设计。应当预先取得有代表性煤种进行必要的分析核定煤样的煤种归属。除此之外还必须校核煤种。校核煤种的特性不应与设计煤种相差过大。对于校核煤种的分析化验要求与设计煤种相同。 1.4 设计方法概述

制粉系统的设计主要是从锅炉的燃煤量以及煤种的性质开始的。通过锅炉的有关数据以及煤种的特性来求出锅炉每小时所消耗的燃煤量，然后通过锅炉每小时消耗的燃煤量除以磨煤机的台数以确定每台磨煤机的出力来选取磨煤机。选取完磨煤机后要对其进行磨煤机的校核来确定磨煤机的计算出力等，然后对制粉系统进行干燥剂的热力计算以确定初始干燥剂量、初温、终温等。在制粉系统热力计算完成后要对管道进行布置和设计，然后对其进行空气动力计算来确定制粉系统总的压降，确定一次风机。最后在选取制粉系统的一些辅助设备。

以下是设计路线：

（1） 首先熟悉任务，阅读资料，完成开题报告。

（2） 开始进行设计，现根据煤种成分进行燃烧计算，主要为了求的燃烧所需空

5

长春工程学院毕业设计（论文）

气量和燃煤量，用于确定一次风机、送风机等的容量和磨煤所需出力，根据煤种选择磨煤机，并确定制粉系统形式，根据不同的煤种应选用适合的磨煤机类型。 （3） 制粉系统拟定之后，根据锅炉燃烧起类型和技术规定确定磨煤机台数，然后根据锅炉每小时耗煤量和台数，综合考虑处理赋予系数来确定磨煤机的磨煤出力，按此处理预选磨煤机型号，按型号小河磨煤机处理是否满足锅炉耗煤量的要求。 （4） 磨煤机和制粉系统确定下来之后，应确定制粉系统所需干燥计量，初温和组成成分，这需要进行之分系统热平衡计算，还要综合考虑煤粉的爆炸特性，制粉系统出口是否结露等问题，不同的制粉系统形式有不同的计算方法。

（5） 以上参数计算完之后，需根据同类型势的制粉系统的典性的设计来布置管道，确定管道长度和初步拟定制粉系统草图，并根据各段不同管道的推荐流速来计算管径。

（6） 需要进行制粉系统空气动力计算来确定制粉系统管道的全压降，根据计算结果选择一次风机和排粉风机，空气动力计算比较复杂，需对此类制粉系统管道布置，管道弯头，辅助设备位置，此间需要到设计院熟悉系统布置；

（7） 制粉系统还有许多其他辅助设备和部件需要选择和校核。

（8） 绘制制粉系统图，烟风系统图和制粉系统设备布置断面图，至少需手工绘制一张。

6

长春工程学院毕业设计（论文）

第二章 锅炉燃煤量的确定

2.1 煤种的燃烧计算

在对锅炉的燃料量进行确定前要先对所选用的煤种的成分及其主要特性进行分析。燃料特性是锅炉设计、运行的基础。对于不同的燃料，要相应采取不同的燃料设备和运行方式。

由已知的煤种的成分可以清清楚楚的指导清河发电厂扩建600MW机组工程所燃烧的煤种属于易燃的煤种。

由于燃料计算是锅炉机组计算的重要基础，是锅炉机组设计计算的重要组成部分，因此在进行锅炉燃煤量的确定之前要对煤种进行计算，以确定1kg的煤种燃烧时所消耗的空气量以及产生的烟气量。

煤种的成分(收到基)： 碳 Car 35.75% 氢 Har 2.33% 硫 Sar 0.43% 氧 Oar 10.74% 氮 Nar 0.68% 灰 Aar 20.17% 水 Mar 29.9%

2.1.1 1kg煤种燃烧时消耗的空气量计算

1kg收到基燃料完全燃烧时需要从空气中取得的理论空气量为

V0?CarSarHarOar?1?1.866?0.7?5.56?0.7?? 0.21?100100100100??0.0889(Car?0.375Sar)?0.265Har?0.0333Oar =3.449Nm3/kg

1kg收到基燃料完全燃烧时需要从空气中取得的实际空气量为

7

长春工程学院毕业设计（论文）

V??V0=4.622Nm3/kg

式中：

?—锅炉路口的过量空气系数，?=1.34

2.1.2 1kg煤种燃烧时产生的烟气量计算

1kg收到基燃料完全燃烧产生的理论三原子气体容积

VRO2?VCO2?VSO2

?1.886?Car?0.375Sar?/100

=0.67Nm3/kg 1kg收到基燃料完全燃烧产生理论氮气容积

00VN?0.79V?0.8Nar/100 2=2.717Nm3/kg

1kg收到基燃料完全燃烧产生的理论水蒸汽容积

VH2O?0.111Har?0.0124Mar?0.0161V0

=4.022Nm3/kg

1kg收到基燃料完全燃烧产生的理论干烟气容积

00 Vgy?VRO2?VN2=3.387Nm3/kg

1kg收到基燃料完全燃烧产生的理论烟气容积

00 Vy0?Vgy?VH2O=7.409Nm3/kg

1kg收到基燃料完全燃烧产生的实际烟气容积（?=1.34）

???1?V0 Vy?Vy0????1?V0?0.0161???1?V0 ?Vy0?1.0161 8

长春工程学院毕业设计（论文）

=8.0715Nm3/kg

2.2 锅炉的燃料量的确定

锅炉的燃料量分为两种，一种是实际燃料消耗量即单位时间内耗用的燃料量，用符号B表示；另一种是计算燃料消耗量即燃料消耗量扣除了机械不完全燃烧损失

q4后，在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量，用符号Bj表示。两种燃料消耗量各有不同的用途。在进行燃料输送系统和制粉系统计算时要用到燃料消耗量B；但在确定空气量及烟气容积等时则要按计算燃料消耗量Bj?B(1?2.2.1实际燃料消耗量计算

B?Q?100 Qr??100'''''? D(h?h)?D(h?h)?Dpw(hpw?hgs)?grgrgszrzrzr??Qr??q4)。 100?=423.6t

h式中：

B—实际燃料消耗量，t/h?kg/s?

Dgr—过热蒸汽的流量，Dgr=1900kg/s

h''gr—过热器出口蒸汽的焓，h''gr=3397.518kJ/kg ；hgs=1249.955kJ/kg hgs—锅炉给水的焓，

h''zr—再热器出口蒸汽的焓，h''zr=3596.6279；kJ/kg h'zr—再热器入口蒸汽的焓，h'zr=2995.2266；kJ/kg

Dpw—排污水的流量，Dpw在本次计算中不作考虑所以取0；

Qr—锅炉输入热量，为对应于1kg 固体或液体燃料输入锅炉的热量，kJ/kg。其计算式在下面

9

长春工程学院毕业设计（论文）

Qr?Qar,net,p?ir?Qwh?Qwr

其中：

Qr—燃料收到基低位发热量Qr=12990.8kJ/kg

ir—燃料的物理显热，kJ/kg

Qwh—雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg Qwr—外来热源加热空气时带入的热量，kJ/kg。

对于燃煤锅炉来说，如果燃煤和空气都未利用外部热源进行预热，且燃煤水分Mar<

Qar,net,p630,则锅炉输入热量就等于燃煤收到基低位发热量，即

Qr?Qar,net,p?12990.821200kJkJ/kg

kg2.2.2计算燃料消耗量计算

Bj?B(1?q4/100)

=419.304t

h式中：

，t/h?kg/s?； Bj—计算燃烧量（计算燃料消耗量） q4—机械未完全燃烧损失，q4=1%

10

长春工程学院毕业设计（论文）

第三章 磨煤机选型及制粉系统形式的确定

3.1 根据燃料量确定出力

通过上一章的计算得出锅炉每小时实际燃煤量是B?423.6t，当单机容量为

h600MW的锅炉机组时，本工程每台锅炉装设7台磨煤机。6台磨煤机在磨制设计煤种时，磨煤机总出力（考虑10%出力降低系数）为锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的110%。7台磨煤机在磨制校核煤种时，磨煤机总出力（不考虑出力降低）为锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的109%。其选择符合《火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000的要求。

因此每台磨煤机每小时磨制的煤量为

Bz?

423.625=70.6?51.5tt

hh65

3.2 根据出力选择磨煤机

磨煤机按其转速可分为三种类型：高速磨煤机，有竖井式（锤击式）和风扇式；中速磨煤机，有辊盘式（平盘式）、辊碗式（RP型）、球环式（E型）和辊环式（MPS型）；低速磨煤机，有滚球滚筒式和钢球锥筒式

选用磨煤机形式是根据煤的性质、研磨细度要求、运行可靠性、设备的金属消耗量、初建投资、运行费用和锅炉容量等。

由于当煤种灰的收到基低于40%，HGI不低于50，磨损指数Ke<3.5时适合采用中速磨煤机。

通过上一节的计算得出每台磨煤机每小时磨制的煤量70.6th。

从清河电厂提供的煤质资料看，采用HP磨是比较合适的。因HP型中速磨煤机正压直吹式制粉系统结构紧凑，性能可靠，并且有较宽的煤粉细度可调范围。同时，HP型中速磨煤机正压直吹式制粉系统同其他型中速磨煤机正压直吹式制粉系统及双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统相比，其厂用电耗电少。

11

长春工程学院毕业设计（论文）

由以上原因选取型号HP1103中速磨煤机，其基本出力为82t。其参数详见下

h表：

表3.1 HP1103型中速磨煤机

型号 基本出力th 每台磨煤机最大空气流量t/h 电动机功率KW 磨碗转速 r/min 30 HP1103 91.7 149.7 685 3.3 校核出力

磨煤机性能参数计算的一般原则

(1) 磨煤机性能参数计算的目的是根据要求的磨煤机出力、通风量、煤粉细度等选择适合的磨煤机型号。

(2) 磨煤机出力包括碾磨力、通风出力和干燥出力三种，最终出力取决于三者中最小者。

(3) 磨煤机设计最大出力是指磨煤机在锅炉设计煤质条件和锅炉设计煤粉细度下的最大出力能力。该出力是通过给定的公式、图表计算或试磨试验得到的。设计最小出力是指考虑磨煤机的振动、允许的最小通风量下的风煤比计算给定的 3.3.1 碗式磨煤机（HP）碾磨出力校核

碗式磨煤机（HP）碾磨出力计算公式如下

碾磨出力Bm?Bm0?fH?fR?fM?fA?fg

=80.016t

h式中：

BM0—碗式磨煤机的基本出力，BM0=91.7th；

fH—可磨性指数修正系数，fH=0.969 ； fM—原煤水分修正系数，fM=0.77625；

fg—原煤粒度修正系数，fg=0.9； fA—原煤灰分，fA=0.9992。

12

长春工程学院毕业设计（论文）

3.3.2 磨煤机的通风量计算

根据《火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法》中图4-4-2 轮式磨煤机通风量机阻力随出力的变化，可知：当BM=80.016t/h时，磨煤机通风量为

Q=149.7x0.87=130.23t/h

3.3.3 确定磨煤机型号

火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000中规定：中速磨煤机的出力应有备用裕量，在磨制设计煤种时，除备用外的磨煤机总出力（考虑10%出力降低系数）不小于锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的110%。在磨制校核煤种时，全部磨煤机在检修前的总出力不应小于锅炉最大连续蒸发量时的消耗量，此时每台磨煤机计算出力为77tt，其6台磨煤机总出力为462t。 Bm?65.hhh本工程每台锅炉装设7台中速磨煤机。6台磨煤机在磨制设计煤种时，磨煤机总出力（考虑10%出力降低系数）为锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的110%。7台磨煤机在磨制校核煤种时，磨煤机总出力（不考虑出力降低）为锅炉最大连续蒸发量时燃煤消耗量的109%。其选择符合《火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000的要求，故HP1103型磨煤机符合要求。

3.4 根据制粉系统选定原则选择制粉系统形式

制粉系统的选择，主要是根据煤的性质、磨煤机形式、锅炉形式及容量和负荷性质等因素来确定的。磨煤机形式选定后，要结合锅炉的燃烧要求，选择相应的制粉系统。目前普遍采用单元制的制粉系统，即每台锅炉单独地配置一套制粉系统。还有集中制的制粉系统，即把磨煤机集中设置于一个地点，并由此把每份送往各台锅炉，它只有在一些特殊要求下，或者是经过技术比较证明其确实优越时才选用的，一般很少采用。单元制的制粉系统分为两大类：一类是中间储仓式制粉系统，即磨成的煤粉先储存在中间煤粉仓内，随后根据负合要求再由煤粉仓送入炉膛，按送粉介质分为干燥剂（乏气）送粉和热风送粉；另一类是直吹式制粉系统，即磨成的每份直接吹入炉膛，一般配用高速和中速磨煤机，只有对基本负荷比较稳定的锅炉，才可以采用低速磨煤机。

本次设计的制粉系统的形式选择直吹式制粉系统，但是按照按磨煤机内气流所处的通风压力又可分为负压系统和正压系统，而正压系统又分为正压带热一次风机和

13

长春工程学院毕业设计（论文）

正压带冷一次风机。其中负压式制粉系统最大的优点是不会向外漏煤粉，工作环境比较干净而且还节省燃料，但是在这种制粉系统中，燃烧所需的煤粉均通过排粉风机，因此对排粉风机的磨损较大，这不仅降低了风机的效率，还增加了运行电耗，维护费用也增加了，系统的可靠性降低，因此不采用这类系统。正压直吹式系统中，通过排粉风机的是空气，不存在风机磨损的问题，冷空气也不会漏入系统，因此运行的可靠性和经济型都比负压系统要高。但是在正压直吹式系统中热一次风机系统对其结构有特殊的要求，而且其运行可靠性不如冷一次风机系统，通风电耗也比冷一次风机系统大。

89101751126433.1.1 中速磨煤机正压直吹冷一次风机制粉系统图3.1为正压直吹冷一次风机系统

1—锅炉 2—空气预热器 3—送风机 4—一次风机

5—密封风机 6—中速磨煤机 7—粗粉分离器 8—给煤机 9—煤粉分配器 10—燃烧器 11—二次风箱

通过以上种种筛选，本期工程的制粉系统形式决定采用正压带冷一次风机直吹式制粉系统。每台锅炉配7台HP1103型中速碗式磨煤机，一台备用，六台正常工作。

14

长春工程学院毕业设计（论文）

第四章 制粉系统热力计算

制粉系统热力计算的目的是：

(1) 确定磨煤机所需的干燥剂量，干燥剂初温和组成。

(2) 确定制粉系统终端干燥剂总量，温度，水蒸气含量和露点。

(3) 对于按惰化气氛设计的制粉系统，还要计算终端干燥剂中氧的容积份额。并使之符合防爆规定。

(4) 验算送粉管道中风粉混合物温度是否与所用煤种相适应。

中速磨直吹式制粉系统的特点：大多数采用热风做干燥剂，辅以温风或冷风调节，磨煤机对磨制每公斤原煤的干燥剂量已为磨煤机的通风量所限定，根据制造厂提供的通风量数据或特性曲线可以求得额定负荷及各种负荷下的干燥剂量。热力计算主要是求干燥剂的初温度t1。对于正压直吹式系统，热力计算要考虑到密封风的影响 4.1 确定初始干燥剂量

初始干燥剂量的确定

(1) 干燥剂量是以每公斤原煤所需的干燥剂的质量来计算的。

(2) 进入磨煤机的干燥剂量g1的大小，取决于干燥能力的要求，其总量也受到磨煤机通风量和锅炉一次风量的制约。在确定干燥剂量时，须使其量的大小能同时满足干燥，通风和锅炉燃烧的要求。

中速磨直吹式制粉系统初始干燥剂量的确定，按照下面的公式来计算

1..636??13??Qrv1??mv?V0 g1?100Bm?m=1.97kg/kg

式中：

g1－进入磨煤机的干燥剂量，kg/kg；

15

长春工程学院毕业设计（论文）

r1—一次风率；

?1—炉膛出口过量空气系数1.19 4.2 确定干燥剂初温 4.2.1 制粉系统热平衡计算：

制粉系统热平衡计算是认为在制粉系统起始断面输入之总热量与终端断面带出和消耗的总热量相等，即qin?qout，用以求出组成干燥剂的各种气体份额及干燥剂的初温度t1。

热平衡计算涉及干燥剂初温、终温、干燥剂及燃料比热容、干燥剂的组成、磨煤机工作时产生的热量及散热损失、系统的漏风率等的确定。假设本制粉系统干燥剂的组成为热风，所以计算制粉系统起始断面输入之总热量与终断面带出和消耗之总热量如下:

4.2.1.1 制粉系统干燥磨制1kg煤输入总的热量qin

制粉系统干燥剂磨制1kg煤输入的总热量qin为

qin?qag1?qle?qs?qmac

其中：

(1) qag1—干燥剂的物理热，由于假设本制粉系统的干燥剂仅为空气，

qag1?cag1t1g1kJ/kg，

式中：cag1—在t1温度下始端各成分干燥剂加权平均质量比热容，由t1确定。

(2) qmac—磨煤机工作时碾磨机械所产生之热量。

磨煤机工作时，部分机械能转变为热能。研磨机件所产生的机械热按下式计算：

qmac?3.6Kmace

=64.8kJ/kg

其中：

16

长春工程学院毕业设计（论文）

Kmac—机械热转化系热，因其为中速磨，取Kmac?0.6；

e—单位磨煤电耗，取e?30.3kJ/kg。 (3) qs—密封（轴封）风的物理热。

qs?3.6Qscsts Bm?1.21kJ/kg

其中：

Qs—密封风的质量流量，取Qs?1.0005kg/s ts—密封风温度，ts=20oC。

cs—在温度为ts时之湿空气比热容，cs=1.013kJkg.oC。 (4) qle—漏入冷风的物理热

??qle?klecletleg1

=0

其中：

kle—漏风系数，中速磨煤机正压直吹式系统kle=0。 tle—漏入冷空气的温度，为环境温度。 cle—相应于tle下的空气比热容，kJkg.oC。

4.2.1.2 制粉系统干燥剂磨制1kg煤带出和消耗的总热量qout

制粉系统干燥剂磨制1kg煤带出和消耗的总热量qout的计算：

??qout?qev?qag2?qf?q5

其中：

(1) qev—蒸发原煤中水分消耗的热量

qev??M?2500?1.867t2?4.187trc?

17

长春工程学院毕业设计（论文）

?468.95kJ/kg

式中：

t2—设备终端温度，取经验值t2?62℃

trc—原煤温度，trc?0℃

?M—所干燥的水分，通过公式计算得：

?M?Mac?Mpc100?MPC?0.1848kg/kg

(2) qag2—乏气干燥剂带出热量

?3.6Qs?qag2???1?Kle?g1??ca2t2

BM?? ?129.04kJ/kg

式中：

ca2—在t2下湿空气的比热容，查t2得ca2?1.0133kJ/(kg0C) (3) qf—加热燃料消耗的热量

100?Marqf?100?4.187MPc??cdc???t2?trc??qunf

100?M?pc??? ?81.26kJ/kg 式中：

Mpc—煤粉水分，Mpc?14%； trc— 原煤温度，trc?20℃；

cdc—干燥煤的比热容，cdc?1.247kJ/(kg0C)； Mar—收到基水分，Mar?29.9%； t2—设备终端温度，取经验值t2?62℃；

qunf—原煤解冻需要的热量，kJ/kg，对于平均温度在0oC以上或在0oC以下又

18

长春工程学院毕业设计（论文）

解冻库的可取0。

(4) q5—设备散热损失，直吹式制粉系统设备散热损失按下式计算：

q5?0.02qinkJ/kg

4.2.1.3 列平衡方程

列平衡方程确定t1：

qag1?qle?qs?qmac?qev?qag2?qf?q5解方程得一般表达式：

t1?(qev?qag2?qf?qs?qle?qs?qmac)/Cag1g1

解得 ：Cag1t1?362.763

查《火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法》表5-5-1，由十字交叉算法得在

t1为348℃时Cag1为1.035kJ/(kg ℃)。引入冷风来调解温度，防止煤粉爆炸。最终确定

设计系统干燥剂为以热风为主，以冷风调节的二介质系统。 4.2.2确定干燥剂初温

干燥剂初温t1是根据干燥剂的组成和其他已知条件并作出一些假定来解方程得到的；得到的结果还应进行验算，使原来的假定值与计算所得值的误差在允许的范围内。同时，最终确定的t1还应符合系统带入的热量与带出的热量相等的热平衡原则。

由于采用热空气作为干燥剂，因此列出下列辅助方程：

rhachatha?rlaclatlacag1t1?cag1t

rha?rla?1

cag1?charha?clarla

其中：

tha、tla—分别为热风和冷风的温度，tha?379℃，20℃ rha、rla—分别为热风，冷风在干燥剂所含质量份额

19

长春工程学院毕业设计（论文）

cha、cla—分别为热风，冷风在其相对应下的比热容，其中

cha?1.037kJ/(kg.?C)，cla?1.012kJ/(kg.?C)

由下面这些式子解得方程组得：

rha?0.92 rla?0.08

cag1?1.035kJ/(kg.?C) t1?350?C

干燥剂初温t1校核：

?%?348?350%?0.5%?5% 350因此干燥剂初温校核结果在可接受范围内。 4.3 干燥剂组成成分

4.3.1 设备末端干燥剂参数的计算

质量：

g2??1la?kle?g1??M

=2.23kg/kg

体积：

V2???1?Kle??g1?M

1.2850.804? =1.825m3/kg

密度：

??2?g2 V?23=1.22kg/m

实际体积： 对V2?进行温度和压力修正，对于每公斤原煤

20

长春工程学院毕业设计（论文）

V2?V2?101.3273?t2 ?pa2733=2.07m其中:

kg

pa为当地大气压为109.651kPa 4.3.2 含湿量（绝对湿度）计算

由于用空气作干燥剂，因此每公斤干燥剂含湿量为：

d2?g1?(1la?kle)d??1000?M

(r1?kle)d??g1?1?kle?1000???=115.34g/kg

式中：

d－空气的含湿量，取d?10g/kg

因此根据含湿量，查空气含湿量与露点表,查得：tdp?57℃ 因此取t2min=62oC，由于不会结露，因此满足要求。 4.3.3 终端干燥剂的含氧量计算

确定作为干燥剂的空气中氧的容积

?Vda,o2??rha?rla?kle?g10.21 1.3063m =0.317

kg

确定终端干燥剂中氧的容积份额

rag2,O2??Vda,o2?M?rha?rla?kle???g1?1.285?0.804??100%

=17.98%

由于干燥剂含湿量=d115.34g/kg符合防爆要求，则按非惰化气体设计的制粉系统，不必进行终端干燥剂含氧量的计算。

21

长春工程学院毕业设计（论文）

4.4 干燥剂核算出力及风机容量确定 4.4.1 干燥剂出力校核

磨煤机干燥出力BM,d应等于或略大于碾磨出力BM，当BM,d大于BM10%以上时，干燥出力有裕量，可适当降低干燥剂初温；当BM,d小于BM时干燥出力不足，适宜采用提高干燥剂初温t1的方法，并最终达到磨煤机后干燥介质量与磨煤机通风量一致。不应在允许范围外增大干燥剂量的办法来提高干燥出力。

磨煤机的干燥剂出力按下式计算：

Bm,d?Qv

1000V2=81.41t/h

式中：

Qv—磨煤机的通风量，t/h

V2—对于每公斤原煤干燥剂的实际体积，m3/kg;

校核磨煤机出力，?%?4.4.2 制粉系统容量的确定

81.41?80%?1.7%?10%，所以符合要求。 80制粉系统一次风机的容量的计算

Qcal?BBZFan?le?g1?rha?rla??0.0075?le.AMMg??103

=413794.16m3/h

式中：

BB—锅炉额定负荷下燃煤量，t/h ZFan—风机台数； ?le—冷空气密度，kg/m3

?le.AM—空气预热器漏风率，%。

22

长春工程学院毕业设计（论文）

Mg—空气预热器进口处每公斤煤产生的烟气质量，其计算式为

Mg?0.0367[(Car?0.375Sc,ar)kq4?8.174(4.336??1)V0?0.272Nar?9Har?Mar] =9kg/kg

所以由上式，根据容量，一次风机选择动叶可调轴流式为最佳。

23

长春工程学院毕业设计（论文）

第五章 制粉系统空气动力计算及相关风机选型

制粉系统空气动力计算的目的是确定制粉系统管道及其元件，设备、部件总的全压降，选择一次风机或排粉机设计，并保证以合适的气流速度输送煤粉。 5.1 制粉系统各管道的计算和选择 5.1.1 一次风冷风道计算： 5.1.1.1 一次风机入口段

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速为10-12m/s,取

v=10m/s

煤种燃烧时所需要的一次风量为

Qm?391154.43m3Qv?1.97x423.6x1000/3600/1.203=192.68m/s ?H 截面积为

A?QV/2/0.8=12.043m2

根据“大型火电厂管道选择规定” 选择矩形管道3000?4000mm 检验：

实际流速w?Qv/A=10.035 m/s。在推荐范围内。 5.1.1.2 一次风机出口段与入口段相同。 5.1.1.3 一次风旁路通调温风管道

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》知推荐流速10-12m/s,取

v=10m/s，则风量为

9.634m3/s Qpw?rla?Qm?1075

截面积

A?Qpw/v=0.96m2

根据“大型火电厂管道选择规定” 选择矩形管道1000?800mm 检验：

24

长春工程学院毕业设计（论文）

实际流速w?Qv/A=12 m/s。在推荐范围内。 5.1.1.4 旁通风支管

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速10-12m/s, 取

v=10m/s，则风量为

Qm?1?Qpw??17922.6962 =3.211m3/s 6截面积为

A?Q/v=0.321m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择圆形管道?630?3 检验：

实际流速w?Qv/A=11 m/s。在推荐范围内。 5.1.2 一次热风道计算 5.1.2.1 热一次风管道

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速15-25m/s,取

v=25m/s，则风量为

Qha?rha?Qm?3=238.015m3/s /?截面积

A?Qha/v=9.52m2

根据“大型火电厂管道选择规定” 选择矩形管道3200?3000m 检验：

实际流速w?Qv/A=24 m/s。在推荐范围内。 5.1.2.2 热一次风支管

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速15-25m/s, 取

v=21m/s，则风量为

Qm?1?Qha?67.39859330.304m3/s 6截面积

25

长春工程学院毕业设计（论文）

A?Qvv=3.52m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择钜形管道2200?1600mm 检验：

实际流速w?Qv/A=19.13 m/s。在推荐范围内。 5.1.2.3 进磨煤机混合风

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速15-25m/s,取

v=20m/s，则其体积量为

V?Vm=68.81m3/s 6截面积为

A?Qvv=3.52m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择钜形管道2200?1600mm 检验：

实际流速w?Qv/A=19.54 m/s。在推荐范围内。 5.1.3 二次风风道计算 5.1.3.1 风机进口段

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速10-15m/s,取v=10m/s，则其体积流量为

Qv? 截面积

Qm?148.01832048711.28m3m/s

?HQv3A?v=13.5m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择钜形管道4500?3000mm 检验：

实际流速w?Qv/A=10.9 m/s。在推荐范围内。 5.1.3.2 风机出口段冷风道与入口冷风道选取同种管道 5.1.3.3 二次热风道

26

长春工程学院毕业设计（论文）

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速15-25m/s,取v=25m/s，则其体积流量为

Qv?截面积

Qm?3m?312.392048711.28m3/s

HA?Qvv=12.5m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择钜形管道4000?3200mm 检验：

实际流速w?QV/A=24.41 m/s。在推荐范围内。 5.1.4 密封风管道计算 5.1.4.1 密封风主管

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速13-25m/s,取

v=14m/s，则密封风体积流量为

3Qv?Qm/??9.6344.29mm/s/s

截面积为

A?Qvv=0.68814m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择园形管道Φ720×3mm 此时截面积为

A??d24?0.384m2

检验：

实际流速w?QV/A=23.6 m/s。在推荐范围内. 5.1.4.2 密封风支管

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速13-25m/s,取 v=19 m/s，则密封风体积流量为

Qv?截面积

Qm6??0.715m33//ss 1.017m 27

长春工程学院毕业设计（论文）

A?Qv/v?0.055m2

根据“大型火电厂管道选择规定”选择园形管道Φ273×6mm 此时截面积

A??d24=0.053m

2检验：

实际流速w?QV/A=19.2 m/s。在推荐范围内。 5.1.5 送粉管道计算

根据《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》其推荐流速22-28m/s,取 v=25 m/s，则送粉的体积流量为

QvQv?(?Qs?M?Bm101.3?(273?t2)3.6 ?)?1.2850.804?3.6273?hap3 =46m/s

截面积

A?Qv2=0.35m 5v根据“大型火电厂管道选择规定”选择园形管道Φ650×10mm 此时截面积

A??d24=0.31m

2检验：

实际流速w?QV/5A=28 m/s，在推荐范围内。 5.2 各段摩擦阻力以及各部件及设备的局部阻力计算

制粉系统各段摩擦阻力计算：

电厂的制粉系统包括一次风道、磨煤机、送粉管道三部分，下面逐一地计算各部分的摩擦阻力和各个部件及设备的局部阻力进行计算。 5.2.1 直吹式制粉系统一次风道阻力计算

28

长春工程学院毕业设计（论文）

5.2.1.1 一次风机入口段

(1) 吸风口

入口面积 F=12m2 孔口面积 F1=11.61m2 阻力系数查表知??0.5842

流速??VYCC/?2?F1?3600??10.03m/s 动压hA?9.830°

?2278.68Pa ?YCR?170.98Pa阻力?h1???hA?3945.97.29 Pa

(2) 一次风机入口900弯头（垂直平面）

阻力系数查表知??0.651 截面积 F=12m2

流速??VYCC/?2?F1?3600??10.03m/s 动压hA?9.8?2260.15 Pa ?YCR?170.98Pa阻力?h1???hA?3939.15.29 Pa

29

长春工程学院毕业设计（论文）

(3) 变径管(收缩)

阻力系数查表知 ??0.1 截面积F=6m2

流速??VYCC/?2?F1?3600??22.18m/s 动压 hA?9.8?22294.12 Pa ?YCR?170.98Pa阻力?h1???hA?3929.46.29 Pa (4) 沿程阻力a

摩擦阻力系数查表知 ??0.02 长度 L=10m 当量直径de?3.43m 截面积 F1=12m2

流速??VYCC/?2?F1?3600??10.03m/s 动压 hA?9.8?22104 PaPa ?SFR?79.886L?hA?6.78Pa de阻力 ?h4???(5) 一次风机暖风器阻力

?h5?360Pa

(6) 一次风机消音器阻力

?h6?150Pa

本段总阻力:

?H1?631.78Pa

30

长春工程学院毕业设计（论文）

5.2.1.2 一次风机出口至空气预热器入口段

(1) 变径管（扩散）

? 截面积 F1?7.065m2 截面积 F2?12m2

?a?0.17,?p?1.01

阻力系数 ???a?p?0.17

流速??VYCC/?2?F1?3600??19.80m/s 动压 hA?9.8?22?YCC?223.37Pa

阻力 ?h1???hA?37.97Pa

(2) 一次风机出口900弯头（水平转垂直）

阻力系数查表知 ??1.05 截面积 F=12m2

流速??VYCC/?2?F1?3600??10.03m/s 动压 hA?9.8?22?YCC?60.15Pa

阻力 ?h2???hA?63.15Pa (3) 分流三通

31

长春工程学院毕业设计（论文）

阻力系数??0.6 截面积 F=12 m2

流速??VYCC/?2?F1?3600??10.03m/s 动压 hA?9.8?22?YCC?77.42Pa

阻力 ?h2???hA?46.45Pa (4) 变径管（扩散）

截面积 F1?12m2 截面积 F2?18.72m2 阻力系数 ???a?p?0.2

??9.76m/s 流速 ??VKYR/?2?F1?3600动压 hA?9.8?22?KYR?54.335Pa

阻力 ?h3???hA?10.86Pa (5) 沿程阻力a

摩擦阻力系数查表知 ??0.02 长度 L=20m 当量直径de?3.42m

32

长春工程学院毕业设计（论文）

截面积 F1=12m2

流速 ??VYCC/?2?F1?3600??10.03m/s 动压 hA?9.8?22?YCC?77.42Pa

阻力 ?h5???L?hA?9.033Pa de(6) 内撑阻力a

L????h6?25.4?????9.8?53.88Pa

30.48?20.3?(7) 风门

阻力系数查表知 ??0.5 截面积 F=12m2

2??10.03m/s 流速 ??VKYR/?2?F?3600动压 hA?9.8?22?KYR?60.15Pa

阻力 ?h8???hA?30.07Pa 本段总阻力

?H2???hi?247.43Pa

i?775.2.1.3 空气预热器出口至磨煤机入口段

(1) 空气预热器出口900收缩弯头（垂直转水平）

阻力系数查表知 ??0.9975 截面积 F=16.2m2

33

长春工程学院毕业设计（论文）

流速. ??VYCC/2?F?3600? 25 m/s 动压hA?9.8???22?KYR?162Pa

阻力?h1???hA?162Pa (2) 900弯头

阻力系数查表知 ??0.97 截面积 F=16.2m2

流速??VYCC/2?F?3600?25 m/s 动压hA?9.8 ???22?KYR?162Pa

阻力?h2???hA?157.14Pa

(3) 转弯分流三通（水平）

截面积F=16.2m2

进口流速??VYCC/2?F?3600?25m/s 出口流速??VYCC/3?F?3600?14m/s

???? 34

长春工程学院毕业设计（论文）

流速比 ?20.56 0.72?1?三通阻力系数查表知??0.6 动压hA?9.8?22?KYR?165Pa

阻力 ?h3???hA?99Pa (4) 分流三通（垂直平面）

截面积F=18m2

进口流速 ?1?0.4VKYC?15 m/s 14.99m/sF1出口流速??0.2VYCC/?F2??8 m/s 流速比

?20.980.53 ?1?三通阻力系数查表知 ??0.3 动压hA?9.8?22?KYR?63Pa

阻力?h4???hA?18.9Pa (5) 合流三通

截面积F=16.2m2

35

长春工程学院毕业设计（论文）

截面积f=3.52m2

进口流速 ?1?0.2VKYC?8m/s 6.37m/sF1出口流速 ?2?0.2VKYC?25 m/s 14.3m/sF2流速比

?22.2513.125 ?1?三通阻力系数查表知??15 动压hA?9.8?22?KYR?16.64Pa

阻力?h5???hA?249.6Pa (6) 900弯头（2个）

阻力系数查表知 ??0.3366 截面积 F=3.52m2

流速??VYCC/2?F?3600?19.13m/s 动压hA?9.8???22?KYR?95.147Pa

阻力?h???hA?32.024Pa

(7) 磨煤机入口45o弯头2个（垂直平面）

36

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gpbg.html