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锅炉燃料及燃料制备知识

锅炉燃料及燃料制备知识

一、燃料 1、燃料分类及固体燃料(煤) 类别 天然燃料 人工燃料

固体燃料 木柴、泥煤、烟煤、 木碳、焦碳、泥煤砖、煤矸石、甘蔗渣、可燃垃圾 石煤、油页岩 液体燃料 石油 气体燃料 天然气 ▲ 煤是锅炉的主要燃料 ▲ 煤、石油、天然气统称为化石燃料(矿物燃料) 年轻褐煤 ▲ 泥煤 老年褐煤 ▲ 发电厂煤粉锅炉用煤国家分类标准 VAWST(表) ─→烟煤─→石煤 无烟煤 贫煤 等 汽油、煤油、柴油、沥青、焦油 高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气、液化石油气

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▲ 一般我国电厂用煤通常习惯是分成五大类(锅炉行业) 无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、低质煤 ▲ 通常仍把干燥无灰基挥发份作为锅炉用煤分类的基本依据 清华“锅炉原理”锅炉用煤分类方法 煤种 无烟煤 贫煤 低挥发份烟煤 高挥发份烟煤 褐煤 干燥无灰基挥发份含量 Vdaf% ≤8 >8~19 20~30 30~40 40~50
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燃烧特性 难着火及燃烧完全 较难着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全

▲ 国家煤技术分类法(GB5751-86)将煤分三大类:无烟煤、烟煤、褐煤。

指标 Vdaf。 ▲ 无烟煤(Vdaf≤10%) 碳化程度最深,Car>50%,最高可达 95%。 挥发份含量少,Vdaf≤10% 热值高,Qar.net=25000~32500KJ/Kg(5970~7760Kcal/Kg) 灰分不高,Aar=6~25% 水分少,Mar=1~5% (一般用钢球磨制粉) (分为 1 号、2 号 3 号无烟煤) ▲ 烟煤(Vdaf>10%) 碳化程度低于无烟煤,Car=40~60% 挥发份含量较高,且变化范围大 热值较高,Qar.net=20000~30000KJ/Kg(4800~7160Kcal/Kg) 灰分不多,Aar=7~30% 水分较少,Mar=3~18% 洗中煤属于劣质燃料,常用作锅炉燃料,烟煤又分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、 焦煤、肥煤、气肥煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤等 12 种,此分类法将贫煤 归类于烟煤。 (一般多用中速磨煤机制粉) ▲ 褐煤(Vdaf>37%) 碳化程度浅,Car=40~50% 挥发份含量高,Vdaf=40~50% 发热值低,Qar.net=10000~21000KJ/Kg(2390~5000Kcal/Kg) 灰分高(变化大) ,Aar=6~50% 水分高,Mar=20~50% (分为 1 号、2 号、3 号褐煤) (一般用风扇磨煤机制粉) ▲ 煤的组成及特性

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● 煤是一种植物化石,地壳运动(石碳纪) ● 组成植物的有机元素:碳(C) 、氢(H) 、氧(O) 、氮(N) 、硫(S)也 便是煤的主要元素。 ● 在成煤,开采,运输过程中加入水分及矿物质(燃烧后成为灰分)也成 为煤的组成部份。 ● 煤的化学组成和结构十分复杂,但作为锅炉燃料使用,我们只需了解煤 与燃烧有关的组成。 ● 碳(C) 是煤中主要的可燃元素(1Kg 碳完全燃烧生成 CO2 时可放出 32783KJ 的 热量, )含量占 50~90%。成煤年代越久,碳化程度越深,含碳量越高, 含碳量高的煤难着火,难燃尽,如无烟煤 ● 氢(H) 是煤中的优质可燃成分且发热值高, 1Kg 氢完全燃烧时可放出 120370KJ 的热量,约是纯碳放出热量的 3.67 倍,煤中氢含量较少,约为 2~4% ● 氧(O) 是煤中内在的氧化剂,是煤中的不可燃物质,燃烧时与氢化合成水。煤 中含量变化很大,如无烟煤占 1~4%,而泥煤中可达 40%。 ● 氮(N) 是煤中不可燃烧物质,是有害元素,燃烧过程中转化为氧化氮[(燃料 型 NOx(NO 及 NO2) ],造成环境污染。 ● 硫(S) 硫酸盐中硫不能燃烧,是灰分 △煤中硫 有机硫;与 C、H 等结合成复杂化合物 黄铁矿硫: (FeS2)可燃烧放热 △1Kg 硫燃烧后放出 9040KJ 热量(热值低) 对锅炉:高温腐蚀,低温腐蚀 △是煤中的有害成分 ● 灰分(A) △不可燃矿物杂质在燃烧后剩余的固体残余物 对环境污染:酸雨,影响人的健康

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△煤中灰分的组成 成分 SiO2 Al2O3 MgO TiO2 含量 20~60 10~35 0.3~0.4 0.5~2.5 △煤中灰分含量变化大(4~40)% 降低煤品质 燃烧困难 △煤中有害物质 锅炉积灰、结渣、影响传热、安全 受热面磨损 排灰污染,粉尘,土地 △煤灰熔融性是非常重要的特征指标 ○煤灰不是一种纯净物质,没有固定的熔点,煤灰熔融温度的表示; 成分 Fe2O3 CaO Na2O 和 K2O SO3 含量% 5~35 1~20 1~4 0.1~1.2

(原苏联,中国)t1, t2, t3,法 (欧美,中国)DT, ST, HT, FT 法

t1=DT 变形温度;角锥顶部变成圆弧状或发生倾斜 t2=ST 软化温度;角锥锥体至锥顶触及底板,或角锥成球形 t3= 熔化温度(流动温度) ,角锥沿底板流动,呈液态状,或展开成厚度
1.5mm 以下的薄层。 HT;半球温度,角锥呈完整的半球状,底径等于高度,即 d=h ○一般煤的灰熔融特征温度在 1000~1600℃范围 ○短渣,t1?t3≈100~200℃,不易结渣
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○长渣,t1?t3≈200~400℃,易结渣 ○煤灰熔融特性指标(常称灰熔点)不仅是燃煤锅炉设计的重要依据之一, 也是锅炉运行的重要影响因素 锅炉设计:炉型选择(液态,固态排渣) 炉膛设计: (燃烧器布置,炉膛出口温度,形状,燃烧器形式) 锅炉运行:防结渣,配风,吹灰器投运· · · · · · ● 水分 Δ 水分是煤中不可燃的成分(固有水分,表面水分,全水分) Δ 煤中水分含量变化大(无烟煤 5~10%,褐煤 40~60%) Δ 原煤中有害成分, (降低煤品质,水分炉内吸热降低炉膛温度水平,燃 烧困难,排烟损失大,降低锅炉效率,制粉困难· · · · · · ) ▲ 煤(燃料)成分的基准及其换算 ●固体燃料,液态燃料由 C+H+O+N+S+A(灰分)+M(水分)组成。以上 七种成分以质量百分数含量计算,其总和为 100%。 ●为实际应用的需要和理论研究的方便,可按燃料不同的“成分组合”为 基准来计算,不同成分的百分数。按需要而规定的“成分组合”称为基 准,简称“基” ●常用“基” ① 收到基(工作基) (as?received basis)角标“ar” 以实际收到状态的燃料为基准计算燃料中全部成分的组合 Car+H ar+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% ② 空气干燥基(分析基) (air-dried basis)角标“ad”

以空气温度达到平衡状态的燃料为基准,即供分析化验的煤样在实验 室一定温度条件下,自然干燥失去外在水分,其余成分组合便是空气 干燥基。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100% ③ 干燥基(无水基) (dry?basis)角标“d” 以假想无水状态的燃料为基准 (灰分含量百分数相对稳定)
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Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% ④ 干燥无灰基(可燃基) (dry and ash?free basis)角标“daf” 以假想无水,无灰状态的煤为基准 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100% 常以此基准来表示煤的挥发份“含量” ,作为煤分类的依据。 ●不同“基”的换算, 换算原理:物质不更定律 不同“基”的成分的质量百分数可不同,但相应成分的绝对质量不会发 生变化。

X=KX0(水分换算不可用) ▲ 煤的元素分析 ●元素分析;用元素分析的方法得出燃料(煤、油)中主要化学成分 (C· H· O· N· S)其总量加上灰分和水分为 100(全分析) ● 在锅炉设计, 热工试验和燃烧控制等方面均需要掌握煤的元素分析成 分组成。 ▲ 煤的工业分析;工业上常用的简易分析煤质的方法,这种方法只测定煤中 所含水分(M) ,灰分(A) ,挥发分(V)和固定碳(FC)四种成分。另 外还要测定煤的发热值(Q)和全硫。 ● 煤的工业分析成分也可用各种“基”表示 Var+FCar+Aar+Mar=100%
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Vad+FCad+Aad+Mad=100% Vd+FCd+Ad=100% Vdaf+FCdaf=100% ▲ 煤的成分图解

▲ 煤的挥发分 煤样在规定条件下隔绝空气加热,煤中的有机质受热分解出一部分分子 量较小的液态(此时为蒸汽状态)和气态产物,这些产物称为挥发份。 ● 挥发物占煤样重量的百分数称为挥发分产率(简称挥发分) ● 挥发分组成复杂(H2O,H2S,CO2,CH4,CnHm· · · · · · )其主要是有机化合物组 成。 ● 挥发分(产率)及其组成因煤种不同而不同。 ● 对同一种煤由于加热时间长短,温度高低,加热速度快慢不同都会使挥 发分产生率及组成发生变化,因此,测定挥发分产生率的规范性很强。 ● 煤中干燥无灰基挥发分(产率) (Vdaf)是衡量煤质是否容易燃烧的重 要指标。Vdaf 高表示煤容易着火,也容易燃烧稳定和燃尽。 ● Vdaf 在煤分类中通常作为重要依据。
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▲ 煤的固定碳 ● 指从煤中除去水分,灰分和挥发分后的残留物 ● 固定碳不仅含有碳还含有 H,O,N 等元素 ● 固定碳含量≠煤中有机质的碳元素含量(不同概念) 一般, 固定碳含量小于煤中有机质的碳含量(碳化性程度高的煤二者含 量趋于接近) ▲ 煤的发热量(热值) ● 单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量 KJ/Kg ● 一般用氧弹量热法来测量 ● 高位热值:计入燃烧产生的水蒸汽汽化潜热 ● 低位热值,不计入燃烧产生的水蒸汽汽化潜热 我国与大多数国家在锅炉设计和计算中采用低位热值, 且多采用收到基 低位热值 ● 由空气干燥基恒容高位热值换算为收到基恒容低位热值 100?Mt Qnet.v.ar=(Qgr.v.ad?206Had)
─────

?23Mt

100?Mad Qnet.v.ar───收到基恒容低位热值 KJ/Kg Qgr.v.ad───空气干燥基恒容高位热值 KJ/Kg Had───空气干燥基氢含量% Mt───收到基全水分% Mad───空气干燥基水分% 2.其他固体燃料 ▲ 油页岩(油母页岩)像煤一样的固体燃料,但从油页岩成分中含有的有机 物看,它更像石油(氢含量很高)所以可用来提炼石油。 油页岩可以磨成粉后直接燃烧,灰分大,60~80%,受热面积灰。 ▲ 生物质燃料(秸秆,甘蔗渣,稻壳,锯末· · · · · · ) 作为可再生能源逐渐在被利用。 ▲ 城市垃圾 各种形式的垃圾锅炉是当前的热门产品,环保要求。 3.液态燃料
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▲重油,锅炉上常用的液体燃料 ●特性指标 含硫量,灰分,粘度───→锅炉设计 凝固点,闪点,燃点───→油系统设计 ●粘度───→雾化(加热) Sar<0.5%低硫油 ●硫───→腐蚀 Sar=0.5~2%中硫油

Sar>2%高硫油 ●灰分───→高温腐蚀与堵灰(钒. 钠. 钾. 钙)

燃油锅炉,特别是发电燃油锅炉已很少生产(能源形势)

▲柴油 0 号轻柴油,目前多用于锅炉点火, (油系统相对简单)

▲煤浆 ? 70 年代石油危机时发展起来的一种新型代油燃料。 ? 煤+水+添加剂(少量)───→水煤浆 ? 煤+油+添加剂(少量)───→油煤浆 ? 可管道输送及雾化的燃料───→方便煤炉改造,气化炉 ? 问题未很好解决,炉内燃烧和传热,雾化及喷咀磨损等。

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4.气体燃料 ▲ 天然气体燃料,开采得到,不需再加工。 ●气田气(天然气) 主要成分,甲烷(体积分数大于 90%)少量乙烷、丙烷、丁烷,及非烃气体。 热值,35000~39000 KJ/Nm3 ●油田气(油田伴生气) 主要成分,甲烷(提价分数 80%)其余为其它烃类。 热值 39000~44000 KJ/Nm3 ●煤田气(矿井瓦斯,煤矿爆炸的元凶) 主要成分:甲烷(体积分数~50%)其余为 H2,O2,CO2. 热值 13000~19000 KJ/Nm3 这些气体燃料,常作为民用,或作为燃气、蒸汽联合循环发电机组的燃料, 有时也用作锅炉点火燃料。 ▲人工气体燃料,由煤,石油产品,有机物为原料经加工而得来。 N2+CO2 发生炉煤气 C+ CO+H2 3 (5000 KJ/Nm ) (40%) N2+CO2 ●气化炉 水煤气 C+水蒸汽 ──→ CO+H2 3 煤气 (10400 KJ/Nm ) (80%) 高压气化炉煤气,C+O2+水蒸汽──→ CO+H2+CH4 (16000 KJ/Nm3) 一般民用,加热炉,化工原料。 ●焦炉煤气,炼焦的副产品,成份复杂,焦油雾,氨,苯,水蒸气及杂质,需净 化处理,H2 60%,CH4 ●高炉煤气及转炉煤气 △ 高炉煤气是炼铁高炉的副产品,属劣质燃料 可燃成分:CO,~30%, (N2+CO2)· 63~70%(体积) 热值~3500 KJ/Nm3 △转炉煤气,纯氧顶吹转炉炼钢过程中铁水中的碳和氧作用后产生的可燃气 体。 CO,60~90%(体积) 热值 7000 KJ/Nm3
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空气 ──→ 水蒸汽

25%, 热值:15000~25000KJ/Nm3

●液化石油气,气田,油田开采中或炼油过程中获得的部分气态碳氢化合物。 △主要成分:丙烷(C3H8) ,丁烷(C4H10),丙烯(C3H6),丁烯(C4H8) △常温, 常压下为气态, 临界压力和临界温度低, 很容易液化, 易储存和运输。 △热值高 90000~120000 KJ/Nm3(气态) 45000~46000 KJ/Nm3(液态) △使用 降压气化燃烧 直接雾化燃烧 ●沼气 各种有机物在无氧条件下,经细菌作用而产生的生物燃气 主要成分:甲烷 55~70%(体积) 其余 CO,H2,H2S 热值~23000 KJ/Nm3 ●秸秆气化气(我公司正在做)

二 燃料制备 1、制粉系统 ▲制粉系统是燃煤锅炉机组燃烧系统的重要组成部分。 ●连续、稳定、均匀地向锅炉提供合格,经济的煤粉 ●磨煤出力,干燥出力,同时满足 ▲制粉系统的分类 负压式 直吹式 正压式 单元制 半直吹式 闭式 中间储仓式 制 粉 系 统 集中制(储粉仓式) 开式 开式 半开式 闭式 干燥剂乏气送粉 全开式 冷一次风式 热风送粉式 热一次风式

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▲常见原则性制粉系统 ● 钢球磨煤机中间储仓式热风送粉制粉系统 Δ 系统简图

1、锅炉,2、空气预热器,3、送风机(二次风机) ,4、给煤机,5、下降干燥管, 6、磨煤机,7、木块分离器,8、粗粉分离器,9、原煤仓,10、细粉分离器,11、 锁气器,12、木屑分离器,13、换向器,14、吸潮管,15、输粉机,16、煤粉仓, 17、给粉机,18、风粉混合器,20、一次风机,21、乏气风箱,22、排粉风机, 23、二次风箱,24、燃烧器,25、乏气喷咀(三次风喷咀) Δ 流程图 热风
粗 粉 分 离 器 细 粉 分 离 器 中 间 粉 仓 给 粉 机

热一次风
燃 烧 器 炉 膛 三 次 风 口

原 煤 仓

给 煤 机

磨 煤 机

排 粉 风 机

△此处所示的热风送粉系统专设有一台高压一次风机(冷一次风机)冷一次 风经空气预热器(一般配三分仓回转式空预器)加热后作为送粉介质。另外 一种热风送粉系统专设一台高温一次风机 (热一次风机) 对从空气空预器 (多
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为管式空预器) 出来的热风进行加压后作为送粉介质,其余系统二者是相同 的。 △热风送粉系统,适用于低挥发分的贫煤,无烟煤或是多水分,多灰分的劣 质烟煤。若要求炉膛内达到较高燃烧温度,如,液态排渣炉,旋风炉等亦采 用热风送粉系统,以利于煤粉迅速着火和稳定燃烧,热风温度~350℃ △负压系统 ● 钢球磨机中间储仓式乏气送粉系统 △系统简图

1、锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,5、下降干燥管,6、磨 煤机,7、木块分离器,8、粗粉分离器,9、原煤仓,10、细粉分离器, 11、锁气器,12、木屑分离器,13、换向器,14、吸潮管,15、输粉机, 16、煤粉仓,17、给粉机,18、风粉混合器,19、一次风箱,22、排粉 风机,23、二次风箱,24、燃烧器,

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△流程图
中 (煤粉) 间 粉 仓 给 粉 机

原 煤 仓

给 煤 机

磨 煤 机

粗 粉 分 离 器

细 粉 分 离 器

热风 ② (低温炉烟)

排 粉 (干燥剂) 风 机

燃 烧 器

炉 膛

Δ①此处所示系统是由热风作为干燥剂,当原煤水分低时,采用乏气再循环管以 提高钢球磨煤机中干燥介质速度和降低钢球磨煤机前入口的干燥剂温度 ②对于高水分的煤,为提高干燥剂温度(增加干燥出力)在干燥剂中添加从炉膛 (一般在冷灰斗处)中抽出的烟气,此系统一般不需装设再循环管。 Δ①中储乏气送粉系统一般适用烟煤及老年褐煤,近年来逐渐被直吹式系统所取 代。 ②排粉风机磨损是突出问题,尤其细粉分离器效率低时更为突出 △负压系统 ●钢球磨煤机中间储仓开式制粉系统

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Δ 系统简图

1、锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,6、磨煤机,7、木块 分离器,8、粗粉分离器,9、原煤仓,10、细粉分离器,11、锁气器, 12、木屑分离器,16、煤粉仓,17、给粉机,18、风粉混合器,19、抽 炉烟管道,20、引风机,21、烟囱,22、乏气风机, 24、燃烧器,31、 除尘器,
给 粉 机 混 合 器 燃 烧 器

(煤粉) 粉
原 煤 仓 给 煤 机 磨 煤 机 粗 粉 分 离 器 细 粉 分 离 器 仓

炉 膛

烟气

乏⌒ 气除 (干燥剂) 分尘 离器 器︶

乏 气 风 机

烟 囱

Δ 磨制高水分煤种,由于干燥剂乏气量大,温度又低,且含有大量水蒸汽,将其 作为一次风或三次风送入炉膛时会影响锅炉的燃烧工况,为此将全部干燥剂
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(乏气)经再分离后排入烟囱,即为开式系统,将部分干燥剂(乏气)排入烟 囱即为半开式系统,此处所示为开式系统。 Δ 此系统一般采用炉烟为干燥剂,热风作为送粉介质。 Δ 此种制粉系统采用较少(云南小龙潭,开原,江油等电厂曾采用) Δ 乏气再分离器(除尘器)的性能是该系统的关键,管理不善,或效率低会污染 环境。 △负压系统 ●双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统 Δ 系统简图

1.锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,5、下降干燥管,6、磨 煤机,7、原煤仓,8、粗粉分离器, 11、锁气器,20、一次风机,23、二 次风箱,27、隔绝门,28 风量测量装置,29、密封风机 Δ 流程图
原 煤 仓

原煤 给 —→ 煤


—→―
磨 煤 机

冷 一 次 风 机

冷风 空 热风 —→ 预 —→―


粗 粉 分 离 器

燃 烧 器

炉 膛

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△该系统全称是双进双出钢球磨,正压,冷一次风机直吹式制粉系统,90 年代 后在我国逐渐广泛采用的一种制粉系统, 与此系统基本相同的另一种制粉系统 称之为:中速磨煤机正压,冷一次风机制粉系统,也是目前国内外广泛采用的 一种制粉系统行使。 ●中速磨煤机正压直吹冷一次风机制粉系统 Δ 系统简图

中速磨煤机正压直吹冷一次风机制粉系统简图 1.锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,5、原煤仓,6、磨煤机, 8、粗粉分离器,20、一次风机,23、二次风箱,24、燃烧器,26、煤粉分 配器,27、隔绝门,28 风量测量装置,29、密封风机 Δ 中速磨煤机正压,直吹,冷一次风机制粉系统的流程图与双进双出钢球磨煤 机正压,直吹,冷一次风机制粉系统是完全一样的 Δ 一次风机布置与空预器之前输送的是常温空气,未经空预器加热(故称冷一次 风机, )由于输送的气温低,容积小,故通风电耗低。 Δ 由于冷一次风机要克服空预器,磨煤机,煤粉管道及相应风道阻力,因此要求 压头高。 (→一、二次风分仓的三分仓回转空预器。→漏风控制) (一) Δ 磨煤机正压运行密封要求高。 (→密封风系统) (一) Δ 系统正压运行冷风不会漏入磨煤机,干燥出力高运行经济性好(+) Δ 中速磨正压直吹系统较适于烟煤,老年褐煤 双进双出钢球磨正压直吹系统较适于贫煤、无烟煤、也可用于烟煤 ●中速磨煤机正压,直吹,热一次风机制粉系统
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Δ 系统图

1.锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,5、原煤仓,6、磨煤机, 8、粗粉分离器,20、热一次风机,23、二次风箱,24、燃烧器,26、煤粉 分配器,27、隔绝门,28 风量测量装置,29、密封风机 △流程图
原 煤 仓

原煤

给 煤 机

磨 煤 机

粗 粉 分 离 器

燃 烧 器

炉 膛

空 气 预 热 器

热风

热 一 次 风 机

△此系统与中速磨正压, 直吹, 冷一次风机系统相比除一次风机不同之外其余完 全相同 △热一次风机输送的是从空预器出来的热风,其风温一般在 300℃以上,因此对 一次风机有特殊要求。 △配二分仓回转式空预器,也可配管式空预器。 △目前此种制粉系统已较少采用。 ●风扇磨煤机直吹式三介质干燥制粉系统

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△系统图

1.锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,5、下降干燥管,6、风 扇磨煤机,8、粗粉分离器,9、混合器(抽烟口) ,23、二次风箱,24、燃 烧器,26、煤粉分配器,30、冷炉烟风机,31、除尘器,32、引风机 △ 流程图
原 煤 仓 风 扇 磨 煤 机 粗 粉 分 离 器

原煤

给 煤 机

燃 烧 器

炉 膛

热风 高温炉烟 低温炉烟 △ 干燥能力强,防爆,可保持一次风率,适用于高水分,高挥发分, 磨损性不强的褐煤。 △ 磨煤机同时又起风机作用,提升压头不高要求分离器阻力小(惯性 分离器) ,燃烧器阻力小, (一次风速低) △ 冷炉烟风机磨损。 △ 可调速风扇磨与再循环,提高系统适应性。 (九台电厂) △ 系统简单,布置紧凑。 △ 对煤的磨损性敏感(冲击板寿命短)
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●风扇磨煤机直吹式二介质干燥制粉系统 △ 系统图

1.锅炉,2、空气预热器,3、送风机,4、给煤机,5、下降干燥管,6、风 扇磨煤机,7、原煤仓,8、粗粉分离器,9、混合器(抽烟口) ,23、二次 风箱,24、燃烧器,26、煤粉分配器, △流程图
风 扇 磨 煤 机 粗 粉 分 离 器

原 煤 仓

原煤

给 煤 机

燃 烧 器

炉 膛

热风 高温炉烟

△ 此系统与三介质系统基本相同,由三种干燥介质去掉冷炉烟后为二 介质,是三介质系统的简化 △ 理论上讲,二介质系统的适应性,防爆性能不如三介质系统,但从 电厂实际运行中(三介质系统复杂,冷烟风机故障)三介质系统多
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数是按二介质系统来运行,并未发生过爆炸问题。 △ 最近的新设计机组三介质,二介质系统均有选用,此二种制粉系统 均是燃用高水分,高挥发分褐煤机组的首选,国内三介质系统能长 期稳定运行的电厂很少。 ● 风扇磨煤机直吹式单介质干燥制粉系统 △ 系统图

1、原煤仓,2、自动磅秤,3、给煤机,4、下引干燥管,5、风扇磨煤机,6、粗 粉分离器,7、燃烧器,8、二次风箱,9、锅炉,10、空气预热器,11、送风机 △流程图
原 煤 仓

原煤

给 煤 机

风 扇 磨 煤 机

粗 粉 分 离 器

燃 烧 器

炉 膛

热风 △ 一般用于烟煤(浩亮河电厂) △ 目前采用较少。

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● 半直吹式制粉系统 △ 系统简图

双进双出钢球磨煤机正压半直吹式制粉系统 1、原煤仓 2、给煤机 3、磨煤机 4、粗粉分离器 5、细粉分离器 6、给煤机 、 7、文氏管 8、增压风机 9、燃烧器 10、锅炉 11、二次风机 12、一次风机 13、 热风管道 14、冷风管道 △流程图

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△ 介于直吹式和中间储仓式之间具有二者特点的一种制粉系统, 与储仓式更为 接近, 细粉分离器下来的煤粉用热风送入炉膛,乏气作为三次风送入炉膛燃 烧。 (省去了煤粉仓的热风送粉系统) △ 保持了热风送粉来提高一次风温和可提高煤粉浓度的特点, 适宜于燃用无烟 煤和贫煤的锅炉。 △ 配中速磨煤机的正压半直吹系统与上述系统基本相同。 △ 我个人认为,此种形式的制粉系统应该在我国推广采用,尤其该系统配 W 火焰锅炉燃用低挥发份的无烟煤和贫煤是合理的选择。国内许多 W 火焰炉 配以直吹系统,一次风温低,炉膛内燃烧工况不是很好,相比之下,配半直 吹式制粉系统, 由于保留了热风送粉的优点,炉内燃烧工况比配直吹式制粉 系统要好(珞璜电厂) ●制粉系统的多样性 由于锅炉燃料的不同、磨煤机种类不同、历史的原因。各设计单位技术传统, 用户运行习惯的要求等诸多原因,形成了多种多样的制粉系统形式,以上所介绍 的十种制粉系统形式, 只是国内电厂常见到的,并不是包括了国内电厂已有所有 的制粉系统形式。例如,直吹式系统的单进单出钢球磨负压直吹式制粉系统,带 高速锤击式磨煤机的直吹式负压制粉系统, 中速磨煤机负压直吹式制粉系统在国 内有些电厂中特别是一些企业自备电厂及中小型电厂中仍有运行。 2、各种制粉系统的特点及适用范围比较。

系统形式

系统特点 ① 可靠性高,即系统的故障不直 接影响到锅炉运行 ② 锅炉调节延迟短,因而灵活性 高。 ③ 可保证机组低负荷,低挥发份 煤的着火及燃烧稳定性(一次 风温高) ④ 设备多,系统复杂,占地面积 大,运行费用高,噪音大。

配用的磨煤机 钢 球 磨 煤 机

适用范围 适用于无烟 煤、贫煤、劣 质烟煤。 当一、二次风 系统阻力差别 大,且二次风 量较大时,应 考虑单独采用 一次风机。

中 间 储 仓 式

热 风 送 粉

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中 间 储 仓 式

干 燥 剂 送 粉

① 可靠性和灵活性较高,但不如 热风送粉系统。 ② 锅炉调节延迟短,因而灵活性 高。 ③ 设备多,系统复杂,占地面积 大,投资与运行费用均较高, 噪音大。 ④ 排粉风机易磨损。 ⑤ 爆 炸 危 险 性 比 热 风 送粉 系 统 大。 ① ② ③ ④ ⑤ 系统简单,布置紧凑。 耗钢量少,投资省。 电耗低。 排粉风机磨损严重。 (如果有) 系统漏风较大,影响锅炉运行 的经济性并使系统爆炸的危险 性增大。 ⑥ 水分 Mar≤25%(风扇磨除外)

钢 球 磨 煤 机

中速磨煤机不 宜采用的磨损 性大的烟煤和 挥发分较高的 贫煤。

钢球 磨煤 机

中速 磨煤 机

风扇 磨煤 机 直 吹 式 负 压 系 统

中速磨煤机不 宜采用的磨损 性大的烟煤和 贫煤 水 分 Mar ≤ 12%,灰分 Aar ≤ 30% 和 可 磨 系数 Kkm≥1.2 (BTИ ) ,磨损 指数 Ke > 3.5 的烟煤、 贫煤, 对三块(铁、 木、石)较敏 感,制粉电耗 较钢球磨煤机 低,适宜大, 中容量的锅 炉。 具有良好的自 吸干燥剂的能 力(进口负压 可达 3Kpa) , 适宜于采用烟 气和热空气混 合干燥的褐煤 和高水分烟煤 (磨损指数 Ke <3.5) 磨制煤 种适宜时,制 粉电耗比中速 磨煤机系统 低,且设备投 资及运行费用 也较低。

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竖井 式磨 煤机

锤击 式磨 煤机

用于燃用褐煤 和油页岩的小 型锅炉,及磨 制可燃基挥发 分≥30%, 可磨 系数 Kkm≥1.2 (BTИ ) ,磨损 指数 Ke < 3.5 的烟煤 用于燃用褐煤 和烟煤的小型 锅炉。 电耗高于竖井 式系统。 ○热一次风机 的正压系统适 用于低水分的 烟煤、 贫煤 (干 燥剂初温 t1≤ 250℃) ○冷一次风机 的正压系统能 适应较高水分 的煤种。 电耗比热一次 风机系统低。 ○用热风作干 燥剂磨制中等 水分烟煤。 ○(用热风或 热风十中温炉 烟作干燥剂, 磨制贫煤和无 烟煤) (W 型炉)

① 与负压系统①②③特点相同。 ② 系统气密性要求高。若安装和 维护不当系统漏粉会影响环境 卫生和设备的安全运行。 ③ 冷一次风机系统必须配用三分 仓空气预热器。

中速 磨煤 机

直 吹 式

正 压 系 统 钢球磨煤机 (双进双出钢 球磨煤机)

3、制粉系统主要设备(简介) ①磨煤机 低速磨煤机 磨的分类 中速磨煤机 高速磨煤机 15~25r/min 50~300r/min 400~1500r/min
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单进单出钢球磨煤机 低速磨煤机 (钢球磨煤机) 双进双出钢球磨煤机 球式(E 型磨) 滚轮式(MPS·MBS) 磨 煤 机 风扇式磨煤机 中速磨煤机 碗式 辊式(RP·HP)

平盘式(LM) 褐煤型(N) 烟煤型(S) 固定式锤击磨 活动式锤击磨 轴向进风 切向进风

高速磨煤机

锤击式磨煤机

竖井式磨煤机 ▲ 常用磨煤机结构简图 ● 单进单出钢球磨煤机

(a)结构简图
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(b)工作原理示意图

1、进料装置

2、主轴轴承

3、传动齿轮

4、转动筒体

5、螺旋管

6、出

料装置 7、减速箱

8、电动机

(挤压研磨,摩擦研磨,撞击粉碎) ● 双进双出钢球磨煤机

1、落煤管

2、出粉管

3、分离器 10、筒体

4、回粉口

5、绞龙

6、中心管

7、轴

颈 8、支撑

9、大齿轮

● E 型中速磨煤机

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1、气动缸 紧环

2、氮气入口 3、油入口 8、导块

4、柔性波形橡胶套 10、刮扫刷子 15、活门

5、推动杆 11、石子煤箱

6、压 12、

7、上磨环

9、喉板 14、下磨环

密封空气管 粉回料斗

13、检查口 18、折向门

16、空心钢球

17、粗

19、风粉出口

20、进煤口

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● MPS 型中速磨煤机

1、 弹簧压紧环

2、 弹簧

3、 压环

4、滚子

5、压块

6、磨辊

7、磨环

8、

磨盘 9、喷咀环

10、拉紧钢丝绳

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●MBF 型中速磨煤机

1 减速齿轮箱

2、 金属杂物输出槽

3、 一次风箱

4、 一次风入口

5、 刮板 6、 9、磨 12、

水平磨盘磨台 7、一次风入口环 辊组件(每台磨 3 个) 粗煤粉排出斗

8、易更换的水平磨盘耐磨扇形槽块 11、磨辊加载装置

10、耐磨合金的磨辊外带

13、燃料入口落煤器

14、可调分离器叶片

15、粗粉分离器

叶片调节机构 16、煤粉空气混合物出口

△ MBF 是 MPS 的改进型,两者结构相似,轮形磨辊 △ MBF 加装检修门

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● RP 型中速磨煤机

1、减速器

2、磨碗

3、风环

4、加压缸

5、风粉混合物出口

6、原煤入

口 7、分离器叶片 12、杂物排放管

8、粗粉回粉管

9、磨辊

10、热风进口 11、杂物刮板

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● HP 型中速磨煤机

1、磨煤机排放阀

2、分离器调节组件

3、陶瓷文丘里叶片 7、磨辊

4、出口文丘里 9、磨

管 5、陶瓷分离器锥斗 6、加载弹簧组 盘 10、石子煤刮板 15、风环组件

8、磨辊颈轴组件

11 齿轮箱 12、隔热层

13、磨盘颈轴

14、磨盘衬板 19、煤

16、分离器机壳

17、分离器顶帽

18、分离器组件

粉气流出口 20、中心落煤管 △HP 是 RP 的改进型。
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● 烟煤型(S)风扇磨煤机

1、叶轮

2、分离器

3、冲击板

4、煤粉气流出口 5、煤及干燥剂入口

6、

电动机及齿轮箱 △ 国内电厂较广泛采用 △ 我国褐煤多属老年型褐煤(东北、内蒙) S 系列较适用

● 褐煤型(N)风扇磨煤机
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1、蜗壳状护甲

2、叶轮

3、冲击板 6、煤粉气流出口

4、原煤及干燥剂进口 7、轴承箱、

5、分离器

8、电动机

● 竖井式磨煤机、锤击式磨煤机(只用于中小型锅炉)

活动锤竖井式锤击磨煤机示意图 a)轴向进风 b)切向进风

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固定锤式锤击磨煤机示意图

竖井式磨煤机示意图 1、转子 5、竖井 9、炉膛 2.、机壳 6、燃烧器 3、燃料进口 7、二次风箱 4、活门 8、二次风喷口

10、从升火炉送来的炉烟的进口 12、锤子 13、锤子撑杆
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11、热空气经磨煤机两端进入孔

14、主轴

②粗细粉分离器 ● 粗、细分离器—将磨煤机带出来的合格煤粉和不合格煤粉(粗粉)分离开。 将合格煤粉输出去,将不合格煤粉返回磨煤机继续破碎 ● 常用的几种粗粉分离器型式 ①离心式 ②惯性式 ③回转式 ④重力式

离心式粗粉分离器示意图 1、进口管 5、出口管 2、外圆椎体 6、回粉管 3、内圆锥体 7、回粉管 4、切向挡板

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回转式粗粉分离器 1、减速皮带轮 4、进粉管 7、锁气器 2、合格煤粉及空气混合物出口 5、煤粉空气混合物进口 8、转子 3、二次风切向引入口 6、回粉口

● 风扇式磨煤机简图中所示的均为惯性分离器 ● 竖井式磨煤机简图中所示的竖井部分即重力式粗粉分离器 ● 离心式粗粉分离器是最通常采用的分离器型式它可配中速磨、 钢球磨的各种 制粉系统 惯性分离器结构简单,阻力小,一般只适用于风扇磨和锤击磨制粉系统, 分离出的煤粉较粗(褐煤、泥煤) 回转式分离器结构相对复杂,阻力偏大,煤粉细度细且均匀,一般用于无 烟煤的制粉系统,可配中速磨和双进双出钢球磨。 ● 细粉分离器 将由粗粉分离器出来的风粉混合物中的合格煤粉从干燥介质中分离出来, 只用于储仓式制粉系统中。

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细粉分离器示意图 1、下椎体 2、筒体 6、防爆门 ③给煤机 ● 给磨煤机供煤的设备,依煤质,制粉系统和磨煤机型式不同有不同型式的 给煤机 ● 圆盘式给煤机 3、中心筒 4、集粉斗 8、乏气出口 5、检修孔

7、风粉混合物入口

圆盘式给煤机简图

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1、给煤机主轴

2、落煤管

3、检查窗

4、检查窗玻璃清扫刷 7、煤量调节门

5、煤量门操作手柄 8、固定挡板

6、煤量的开度指示 9、转盘

圆盘式给煤机给煤流程如下图所示 煤进口

煤出口 1、进煤口 4、圆盘 7、下煤管 圆盘式给煤机体积小,密封性好,适用于松散状不粘结的煤。对于水分高和粘 结性强的煤易在圆盘上打滑,影响给煤机出力,严重时不落煤 ● 带式给煤机,分敞开式和密封式两种; 敞开式,一般只配于负压制粉系统的钢球磨煤机制粉系统。输送距离可较 长布置,维修方便,漏风大,污染环境。 2、调节煤量用的圆筒体 5、调节煤量的挡板 3、调节圆筒体的操纵杆 6、挡板调节杆

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敞开式皮带给煤机 1、膠带 5、柱滚 密封式,适应于正压制粉系统,不漏风、不污染,但维修困难 2、活动框架 3、计数机 4、磅秤机构外壳

密封式带式给煤机简图 1、进煤口 2、膠带 3、负荷传感器 6、去积算器 9、需要量信号 4、电动机转速控制器 7、反馈信号 10、速度传感器

5、清除传送带 8、数字式控制器 11、重量传感器

带式给煤机对煤的水分和粘结性的适应性较圆盘式给煤机强

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● 刮板式给煤机 由链条、刮板及外壳组成,由双链条带动平刮板来推送燃料

刮板式给煤机简图

1、进煤管 6、刮板

2、煤闸门 7、煤出口

3、传动链条 8、托板

4、导向板

5、链轮

结构简单、体积小、密封性好、煤容量较大,对防止煤斗口的堵塞有利。

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④ 给粉机 用于中间储仓式和半直吹式制粉系统,向一次风管供给煤粉的设备,常用的 给粉机有以下二种。

● 螺旋给粉机 螺旋给粉机的螺旋杆不得是等直径, 防止煤舱内形成 “空穴” , 引起煤粉 “自 流”给粉不匀而引起锅炉“火焰脉动”或“着火不稳” 。

1、电动机

2、螺旋杆

螺旋给粉机简图 3、煤粉出口 4、闸门

5、煤粉仓

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● 叶轮式给粉机

叶轮式给粉机简图 1、3、上叶轮 2、固定盘 4、外壳 5、轴 6、减速器

叶轮式给粉机结构较复杂,电耗较大,但严密性好,给粉较均匀,适于低挥发份 的煤种。 ⑤制粉系统的其他设备
◆螺旋输粉机 ◆锁气器 ◆防爆门

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4、在制粉系统中常用表征煤及煤粉的特性参数 ① 煤粉细度 R 是表征煤粉主要特性之一 表示煤粉粗细程度, “筛余” RX=a/(a+b)*100% RX—在孔径为 x 的筛子上筛后剩余量占筛分煤粉试样总量的百分数 a— 留在筛子上的煤粉质量 b—通过筛子的煤粉质量 常用筛子规格及煤粉细度表示方法 筛号 6 孔 径 1000 (?m) 煤粉细 R1 度符号 8 750 R750 12 500 R500 30 200 R200 40 150 R150 60 100 R100 70 90 R90 80 75 R75 100 60 R60

我国常用 R90 来表示煤粉细度 ② 煤粉均匀性指数 n 脆性材料破碎磨细后,其颗粒特性公式: RX=100exp(-bxn)% x—煤粉颗粒大小或筛孔大小,微米,?m e—自然对数的底 b—系数,反映煤粉细度情况 n—系数,反映颗粒大小均匀情况 若已知 R90 和 R200,则由颗粒特性公式导出:
lg ln 100 100 ? lg ln R200 R90 200 lg 90

b=

1 100 ln , 一般不用 n R90 90

由 n 指数表达式可知: 当 R90 一定时,n 越大,则 R200 越小,即大于 200?m 颗粒较少 当 R200 一定时,n 越大,则 R90 越大,即小于 90?m 颗粒较少

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也就是说该煤粉大于 200?m 和小于 90?m 的颗粒都较少,由此可知:n 值越大,煤粉颗粒度分布较均匀,反之则 n 值越小,则过粗和过细的煤粉颗粒较 多,粒度分布不均匀。 煤粉均匀性指数 n 取决于磨煤机和粗粉分离器型式。 磨煤机转速高 n 指数 要高些。 对球磨机 n=0.8-1.2, 粗粉分离器 n 可提高 0.1 煤粉燃尽度决定于粗颗粒的量,粗颗粒多则不完全燃烧损失( q 4 )将增 加,但将煤粉磨得过细并不能彻底改善燃烧特性,反而会徒然增加磨煤能耗,因 此提高煤粉细度的均匀性(提高 n 指数)对降低锅炉的未完全燃烧损失(降低 q 4 )有很重要之作用。 ③煤粉的经济细度 对已定的制粉系统 n 指数是一定的情况下,煤粉愈细着火愈迅速,锅炉不完 全燃烧损失愈小。锅炉效率愈高。但煤粉愈细磨煤电耗及磨煤设备磨损愈严重, 折旧费用提高,反之则相反。所以,应该有一个使锅炉不完全燃烧损失,磨煤电 耗及金属磨损的总和最小的煤粉细度称为煤粉经济细度。 煤粉经济细度需通过锅炉燃烧试验来确定。 根据我国燃煤电厂运用经验、煤种、燃烧设备、制粉系统型式及管理水平提 出煤粉细度的推荐值。但这不是标准,各个电厂应该有自己的煤粉经济细度。 R90 的推荐值 煤 无烟煤 种 锤击磨 n=1.2-1.5,回转式粗粉分离器比一般非回转式

Vdaf≤5% Vdaf=6%-10%

R90(%) 5-6 约等于 Vdaf 12~14 25~35 15~20 40~60

烟煤

煤 优质 劣质 褐煤、油页岩



④煤的可磨性系数 表示煤被磨成一定细度的煤粉的难以程度,用哈德格罗夫(Hardgrove)

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法测定称之为哈氏可磨系数,HGI 空干基的煤样 50g,粒度 0.63~1.25mm,在哈氏试验仪的钢球上加力 284N, 驱动电机研磨,旋转 60 转,将磨后的煤粉用孔径为 0.71mm 的筛子在振动筛分 机上筛分,幷称出筛上与筛下的煤粉量用下式计算 HGI HGI=13+6.93G G:筛下煤样的量(通过量) 我国动力用煤的可磨性系数范围,HGI=25~129 HGI > 80 为好磨煤 HGI <62 为难磨煤 BTИ (全苏热工研究所)法的可磨系数 Kkm 将质量相等的标准煤和试验煤由相同的初始速度磨制成相同细度煤粉时 所消耗能量的比值。 Kkm 在 80 年代之前我国普遍采用,Kkm 与 HGI 换算关系如下: Kkm=0.0149HGI+0.32
1.25 (Kkm=0.0034 (HGI) ? 0.61)

5 煤的磨损指数(冲刷指数 Ke) ○ 煤对磨煤机的研磨件磨损轻重程度,我国采用冲刷式磨损试验仪来测量对 金属磨件的磨损性能称冲刷磨损指数 Ke E Ke= ── AT E—试件的磨损量,mg A—标准煤在单位时间内对纯铁试片的磨损量, 规定 A=10mg/min T—煤粒从初始状态被研磨至 Rq0=25%的时间,min 煤的冲刷磨损指数 Ke 用于判断煤在破碎时对金属件的磨损强烈程度, Ke 越大表 示煤对金属件的磨损性越强。Ke 作为磨煤机选型的参考。 煤的冲刷磨损指数 Ke Ke<1.0 1.0≤ Ke <1.9 1.9≤ Ke <3.5
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煤的磨损性 轻微 不强 较强

3.5≤ Ke <5.0 5.0≤ Ke <7.0 7.0≤Ke <10.0 Ke ≥10.0 5、气体、燃油供应系统(略)

很强 一级极强 二级极强 三级极强

气体炉前管道系统、 (减压)防噪音、防爆、检漏、放散、疏水… 炉前油系统,粘度(加热) 、过滤、压力调节、伴热.,防止压力波动.

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