國產(chǎn)中速磨煤機(jī)制造技術(shù)的演變及結(jié)構(gòu)特點分析

趙學(xué)斌

(山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司，太原市，030206)

0 引言

我國從1980年起先后從美國和德國引進(jìn)了RP、HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型系列中速磨煤機(jī)，上海重型機(jī)器廠、北京電力設(shè)備總廠、沈陽重型機(jī)器廠、長春發(fā)電設(shè)備總廠以設(shè)計、制造、安裝近5 000臺磨煤機(jī)的業(yè)績?yōu)橐M(jìn)、消化、吸收國外技術(shù)作出了重要貢獻(xiàn)。經(jīng)過30多年的努力，我國中速磨煤機(jī)的制造、選型和運行可靠性都已達(dá)到一個較高的水平［1］。本文通過對國產(chǎn) HP、ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型4 種系列中速磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)和運行效果的分析對比，確定有利于磨煤機(jī)運行和維修的結(jié)構(gòu)形式，供磨煤機(jī)選型參考。

1 中速磨煤機(jī)的技術(shù)引進(jìn)

國產(chǎn)中速磨煤機(jī)按結(jié)構(gòu)分主要有從德國BABCOCK公司引進(jìn)的MPS型系列和從美國ABB-CE公司(現(xiàn)為ALSTOM POWER INC)引進(jìn)的HP型系列磨煤機(jī)，北京電力設(shè)備總廠、沈陽重型機(jī)器廠、長春發(fā)電設(shè)備總廠均生產(chǎn)的是MPS型系列磨煤機(jī)，國內(nèi)僅上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)的是HP型系列磨煤機(jī)。

1.1 HP型系列磨煤機(jī)

上海重型機(jī)器廠于1980年從美國ABB-CE公司引進(jìn)全套RP型系列碗式磨煤機(jī)制造技術(shù)，在20世紀(jì)末從美國ABB-CE公司引進(jìn)HP系列碗式中速磨煤機(jī)的設(shè)計、制造技術(shù)［1］。2004年8月從美國 ALSTOM公司正式引進(jìn)HP1163～HP1303型磨煤機(jī)和動態(tài)分離器的設(shè)計、制造技術(shù)［2］。HP型系列磨煤機(jī)的主要特點是采用動態(tài)分離器、旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)和彈簧變加載，由于碾磨部件之間沒有直接接觸，加載裝置又有限位裝置，所以震動小、噪音低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

1.2 ZGM型系列磨煤機(jī)

北京電力設(shè)備總廠1985年引進(jìn)德國Babcock公司MPS225型磨煤機(jī)技術(shù)，同時引進(jìn)MPS型磨煤機(jī)系列化設(shè)計核心技術(shù)——相似準(zhǔn)則和各分部軟件技術(shù)，并通過開發(fā)形成了自己的ZGM型系列磨煤機(jī)［3］。2009年通過技術(shù)攻關(guān)，提高磨盤轉(zhuǎn)速和加載力并優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計等，自主研制成功ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型中速輥式磨煤機(jī)系列產(chǎn)品，分檔提高轉(zhuǎn)速12% ～33%、加載力20% ～60%，研磨效率大幅提高，出力分別比基礎(chǔ)型產(chǎn)品提高12%、24%和33%。該磨煤機(jī)系列采用液壓變加載、旋轉(zhuǎn)噴嘴、動靜組合旋轉(zhuǎn)分離器等多項新技術(shù)。

1.3 MPS型系列磨煤機(jī)

沈陽重型機(jī)器廠于1985年從德國Babcock公司引進(jìn)MPS系列190、225、255型3種磨煤機(jī)的制造技術(shù)，該廠已制造了國內(nèi)最大的中速磨(MPS450型)［3］。MPS型系列采用了動態(tài)抬輥、外置式液壓加載、新式雙道氣動排渣系統(tǒng)、新型便于拆卸的下架體密封環(huán)結(jié)構(gòu)等技術(shù)，同時對動靜組合旋轉(zhuǎn)分離器、旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)、加載聯(lián)接形式、碾磨區(qū)域結(jié)構(gòu)包括磨輥裝置也都做了較大的技術(shù)改進(jìn)［4］。

1.4 MPS-HP-Ⅱ型系列磨煤機(jī)

長春發(fā)電設(shè)備總廠2003年2月引進(jìn)了德國BABCOCK公司MPS-HP-Ⅱ型磨煤機(jī)專有技術(shù)。該技術(shù)是德國MPS磨煤機(jī)第三代產(chǎn)品，是德國BABCOCK公司的最新技術(shù)，采用了德國Babcock公司最新研制的新型煤粉分配器及動靜分離器和旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)，具有反作用力變加載液壓系統(tǒng)，能保證機(jī)組快速響應(yīng)負(fù)荷，磨煤機(jī)本體阻力較高;碾磨壓力大(最大達(dá)750 kN/m2)、出力大(比老式同型號的磨煤機(jī)出力提高20% ～50%)、實現(xiàn)無負(fù)荷啟動;配有液壓翻輥裝置，磨輥可以翻出檢修，使維護(hù)簡單化;磨盤由分體式改為一體式結(jié)構(gòu)，增加了磨盤的強度［5］。

2 中速磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)對比分析

2.1 磨盤與噴嘴

HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機(jī)磨盤與噴嘴環(huán)均是分體結(jié)構(gòu)。分體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是噴嘴環(huán)在磨損后可以很方便地進(jìn)行更換;缺點是固定部分如不牢固，極易造成脫落。ZGM型磨煤機(jī)的噴嘴動環(huán)與磨盤鑄成一體，從根本上解決了噴嘴環(huán)脫落的問題［6］。噴嘴動環(huán)的葉片較厚，具備較長的耐磨壽命，動環(huán)葉片頂部與靜環(huán)間隙在9 mm左右，硬石子煤擠壓在葉片頂部與靜環(huán)之間時，在動環(huán)旋轉(zhuǎn)的帶動下，會進(jìn)入葉片之間掉入一次風(fēng)室，防止了硬石子煤在動靜之間長時間摩擦而導(dǎo)致磨煤機(jī)過載。而 HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型磨煤機(jī)的噴嘴環(huán)外緣與固定靜止部件之間的間隙不僅會擠入硬石子煤，還會造成旁路漏風(fēng)。

2.2 固定折向板與噴嘴靜環(huán)

HP型磨煤機(jī)在磨煤機(jī)分離器體上設(shè)置固定折向板。固定折向板具備初級分離的作用，可將研磨后的粗、細(xì)粉混合物中最重的煤粒分離出來，返回磨碗中進(jìn)行研磨，煤粉混合物對磨煤機(jī)分離器體壁沖刷很小［7］。通過對運行情況的觀察發(fā)現(xiàn)，有固定折向板的HP型磨煤機(jī)外殼壁磨損輕微，分離器體壁在運行中溫度也很低，磨煤機(jī)本體對外散熱很小。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機(jī)的機(jī)殼壁(中架體)上的噴嘴靜環(huán)只起到限制煤粉混合物流向的作用，外殼壁溫度很高，約為130℃。停運后打開磨煤機(jī)檢查，磨煤機(jī)的機(jī)殼壁沖刷磨損很嚴(yán)重，部分磨輥檢查門板也受到了沖刷。

2.3 磨輥與襯板間隙

HP型磨煤機(jī)和部分ZGM型磨煤機(jī)說明書上要求磨輥與襯瓦(襯板)的研磨間隙為 3 ～5 mm［6，8］，磨輥與磨碗襯板無直接金屬接觸，運行時可空載起動亦可帶負(fù)荷起動，起動力矩小，運行安全平穩(wěn)，停機(jī)時磨碗中沒有存煤。大多數(shù)ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型磨煤機(jī)繼承了MPS型磨煤機(jī)的特點，沒有研磨間隙，磨輥直接壓在磨盤襯板上。磨煤機(jī)剛啟磨時負(fù)荷較小，磨盤上存煤不多，磨煤機(jī)會產(chǎn)生劇烈振動。這類磨煤機(jī)均采用了抬磨輥啟磨，再布煤，最后加載的啟動方式，基本解決了啟動初期振動的問題。從運行效果看，磨煤機(jī)磨輥與襯瓦之間有間隙運行的安全、可靠性更高一些，但出力要受到損失。

2.4 磨盤密封裝置

ZGM型磨煤機(jī)的磨盤密封采用碳精密封環(huán)［6］。碳精密封環(huán)共有2圈，每圈18根。碳精密封環(huán)外部設(shè)置彈簧緊固，有自調(diào)節(jié)性能，能夠保持適當(dāng)?shù)拿芊忾g隙。其他3種磨煤機(jī)均采用2道金屬環(huán)形成的梳形迷宮密封，無自調(diào)節(jié)功能，易使磨碗轂劃傷和磨損。在運行時，使用碳精密封環(huán)的磨煤機(jī)在磨盤下聽不到密封漏風(fēng)的聲音，而未使用碳精密封環(huán)的磨煤機(jī)磨盤下有較大的密封漏風(fēng)聲音，明顯有漏風(fēng)現(xiàn)象。

2.5 加載裝置

ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機(jī)均采用了液壓變加載技術(shù)。ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型磨煤機(jī)加載壓力在改進(jìn)中比ZGM型分別提高20%、40%、60%;MPSHP-Ⅱ型采用了大直徑液壓缸，如MPS225-HP-Ⅱ型采用了活塞直徑270 mm，活塞桿直徑130 mm的液壓缸;同一級別的ZGM225G型采用了缸徑200 mm，活塞桿直徑125 mm的液壓缸;MPS225-HP-Ⅱ型加載壓力幾乎是ZGM225G型的2倍多［9］。液壓變加載的優(yōu)點是調(diào)整靈活，可實現(xiàn)自動抬輥功能;缺點是系統(tǒng)復(fù)雜，事故率較高。據(jù)ABB-CE公司統(tǒng)計，RP型磨煤機(jī)故障中有60%是由液壓變加載引起的［10］。HP型磨煤機(jī)采用彈簧變加載。彈簧加載系統(tǒng)具有荷載較低、運行平穩(wěn)、檢修率較低、可靠性較高和附加動力較少等優(yōu)點，缺點是無法實現(xiàn)自動抬輥功能。所有HP型磨煤機(jī)加載形式都采用外置式彈簧加載裝置，彈簧組件不會腐蝕和磨損，外彈簧組件的部件比液壓加載系統(tǒng)的部件少得多，所以初期成本較低，更換部件的費用較少，維修次數(shù)也相應(yīng)減少。

2.6 磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速

HP型磨煤機(jī)的轉(zhuǎn)速在各型中速磨煤機(jī)中是最高的，如HP1003Dyn型的轉(zhuǎn)速達(dá)到了33 r/min。德國最新技術(shù)的MPS225-HP-Ⅱ型磨煤機(jī)的轉(zhuǎn)速為30 r/min;ZGM113 G型轉(zhuǎn)速為24.2 r/min;ZGMⅠ、Ⅱ、Ⅲ型轉(zhuǎn)速在ZGM型基礎(chǔ)上分別提高了10%、20%、30%;MPS225型轉(zhuǎn)速為24.1 r/min。通過提高磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速，磨煤機(jī)出力得到了提高，電廠可選用煤種范圍變寬，煤種不太好的時候，現(xiàn)有的磨煤機(jī)仍能在有備用磨煤機(jī)的情況下滿足機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電的需求。

2.7 磨煤機(jī)排出裝置與機(jī)殼內(nèi)壁的防磨

磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速的提高必然帶來磨煤機(jī)內(nèi)部磨損加劇的問題。隨著防磨技術(shù)的發(fā)展，采用防磨新工藝完全能克服因轉(zhuǎn)速提高而引起的磨損過快的副作用，如磨輥與襯板全部采用耐磨合金堆焊工藝，表面硬度可達(dá)到HV700以上。磨煤機(jī)內(nèi)部的高溫環(huán)境，使粘貼防磨材料的效果受到了限制，故現(xiàn)在普遍推廣的是在磨煤機(jī)內(nèi)部的易磨損部位堆焊耐磨材料，或者焊接陶瓷片。在磨煤機(jī)排出部位因溫度相對較低(100℃左右)，還可粘貼高溫耐磨膠泥防磨，耐磨膠泥施工極方便，不受粘貼形狀限制。這些耐磨材料的應(yīng)用，能確保磨煤機(jī)1個檢修期的安全、可靠運行。

2.8 翻輥裝置

4種磨煤機(jī)均配帶了翻輥裝置，ZGM、MPS、MPSHP-Ⅱ型3種磨煤機(jī)均采用液壓翻輥裝置，拆裝專用工具相對費力，而HP型磨煤機(jī)采用起吊裝置輔助的翻輥裝置，不用額外安裝設(shè)備，操作簡單。

2.9 分離器

4種磨煤機(jī)均設(shè)計有動、靜結(jié)合的旋轉(zhuǎn)分離器。HP型磨煤機(jī)的分離裝置包括安裝在分離器體上的固定折向板和動態(tài)旋轉(zhuǎn)分離器2個部分。固定折向板起初級分離的作用，動態(tài)分離器是2個支承軸承位于最高端的立式懸吊籠體結(jié)構(gòu)，具有靜撓度為0、設(shè)備重心明顯下置的二大特點。旋轉(zhuǎn)分離器從下至上通流面積逐步遞減的結(jié)構(gòu)，有利于風(fēng)粉混合物相對均勻地接近籠體的葉片，使機(jī)頂蓋上部的渦流流動及其能量損失亦相應(yīng)減少。分離出來的粗粉沉降在吊籠下部小端之外，只參加了占輾磨全程不到三分之一的局部細(xì)研，防止了粗煤粉的重復(fù)輾碎［2］。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機(jī)的分離裝置包括靜止的分離器葉片和旋轉(zhuǎn)分離器2個部分，靜態(tài)的和動態(tài)的分離器結(jié)合在一起。煤粉先經(jīng)靜態(tài)葉片得到初次分離，而后再經(jīng)動態(tài)葉片得到第2次分離，煤粉細(xì)度的調(diào)節(jié)靠改變動態(tài)葉片轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)［11］。

從結(jié)構(gòu)和效率上看，HP型磨煤機(jī)的分離裝置因固定折向板離磨盤很近，煤粉混合物中的最重的粗粉粒在最短時間和最小距離內(nèi)被分離出來送回磨盤內(nèi)重磨，并且動態(tài)分離器的粗粉回粉位置防止了重復(fù)輾碎，顯然分離效率更高。

2.10 絕緣隔層

HP型磨煤機(jī)系列在磨煤機(jī)側(cè)機(jī)體上裝有厚的絕緣隔層。絕緣隔板的主要作用有:消除磨煤機(jī)的外部溫度對人身的危害，減少磨機(jī)的熱消耗，提高熱效率;進(jìn)一步減少傳導(dǎo)到齒輪裝置的熱量，并有效地防止有關(guān)的熱應(yīng)力問題。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機(jī)均沒有這種結(jié)構(gòu)。

3 中速磨煤機(jī)的運行效果對比

HP型磨煤機(jī)由于噴嘴環(huán)的流通面積問題和研磨部件的能力有限，其排石子煤量較其他3種磨煤機(jī)要大，但其良好的分離裝置、彈簧加載裝置、磨盤運行速度，在同一級別的磨煤機(jī)里出力比較高。運行缺陷主要集中在石子煤排放系統(tǒng)，噴嘴環(huán);由于葉片較薄，需經(jīng)常檢查磨損情況，排矸刮板因石子煤量大損壞較頻繁［12］。

ZGM、MPS型磨煤機(jī)最大的缺點是排石子煤能力有限，導(dǎo)致在原有基本型的轉(zhuǎn)速下，煤粉在機(jī)內(nèi)循環(huán)倍率較高，出力較低。目前在裝的ZGM基本型磨煤機(jī)正逐漸列入改造為ZGMⅠ、Ⅱ、Ⅲ型的計劃，最新引進(jìn)的MPS-HP-Ⅱ型磨煤機(jī)的加載力和轉(zhuǎn)速得到了較大的提升，磨煤機(jī)出力得到有效提高。運行缺陷主要集中在液壓系統(tǒng)、加載拉桿密封裝置。

4種磨煤機(jī)的煤粉排出口均無可靠的防磨措施，需在維修中進(jìn)行完善。

4 結(jié)語

MPS型和HP型系列磨煤機(jī)經(jīng)過多年的研究發(fā)展，設(shè)備結(jié)構(gòu)已形成自身傳統(tǒng)的優(yōu)勢。MPS型系列磨煤機(jī)在研磨部分具有較強的優(yōu)勢，而HP型系列磨煤機(jī)在粗、細(xì)粉分離和磨煤機(jī)檢修方面有著獨特的結(jié)構(gòu)，效率更高。因此，中速磨煤機(jī)的發(fā)展趨勢應(yīng)是各型磨煤機(jī)技術(shù)的融合。具體為采用ZGM型磨煤機(jī)的一體化帶噴嘴動環(huán)磨盤、襯板、磨輥、磨盤密封結(jié)構(gòu);同時采用HP型磨煤機(jī)的磨盤運行速度、固定折向板和動態(tài)分離器結(jié)構(gòu)、翻輥和彈簧變加載技術(shù);將磨煤機(jī)的排粉口進(jìn)行防磨處理。經(jīng)技術(shù)融合的磨煤機(jī)無論從研磨能力、分離效率、維護(hù)保養(yǎng)、停磨檢修方面都有著各流派磨煤機(jī)無法比擬的優(yōu)勢。

［1］石金興，王泓，龍輝.中速磨煤機(jī)的國產(chǎn)化及發(fā)展趨勢分析［J］.水利電力機(jī)械，2003(1):1-4.

［2］陸志厚.1 000 MW機(jī)組帶旋轉(zhuǎn)分離器的HP1163/Dyn型碗式中速磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計特征淺析［J］.電站輔機(jī)，2006(1):20-27.

［3］許桂琴，陳昭，龍輝.600 MW機(jī)組中速磨煤機(jī)選型設(shè)計［J］.吉林電力，2001(6):31-33.

［4］沈陽重型機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司.MPS190輥盤式磨煤機(jī)使用說明書［M］.沈陽:沈陽重型機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司，2005.

［5］長春發(fā)電設(shè)備有限責(zé)任公司.MPS225HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)說明書［M］.長春:長春發(fā)電設(shè)備有限責(zé)任公司，2006.

［6］北京電力設(shè)備總廠.ZGM113G型中速輥式磨煤機(jī)使用和維護(hù)說明書［M］.北京:北京電力設(shè)備總廠，2006.

［7］劉壽忠，劉祥玲.HP與MPS中速磨煤機(jī)的比較［J］.江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006(2):20-23.

［8］上海重型機(jī)器廠有限公司.HP963/Dyn、HP983/Dyn、HP1003/Dyn碗式中速磨煤機(jī)運行維護(hù)手冊［M］.上海:上海重型機(jī)器廠有限公司，2008.

［9］裘立春，張書謹(jǐn)，應(yīng)劍，等.中速磨煤機(jī)MPS-225與HP-863性能比較研究［J］.浙江電力，1998(3):13-18.

［10］石金興，王泓，龍輝.中速磨煤機(jī)的國產(chǎn)化及發(fā)展趨勢分析(續(xù))［J］.水利電力機(jī)械，2003(2):4-6，23.

［11］解其林.MPS中速磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)式煤粉分離器的改造及應(yīng)用［J］.中國電力，2005，38(3):62-66.

［12］孫榮華，盛浩明.HP、MPS、MBF中速磨的性能比較［J］.華東電力，1999，27(9):28-31.