探究HP型磨煤機(jī)實(shí)際應(yīng)用中性能改進(jìn)的方法

張忠翼

（神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100011）

近年來，大型火力發(fā)電機(jī)組在我國日益普及，600 MW火電機(jī)組因其具有容量大、可靠性高、參數(shù)高、能耗低、污染低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為我國火力發(fā)電廠的主力機(jī)型。制粉系統(tǒng)是火力發(fā)電機(jī)組輔機(jī)設(shè)備的重要組成部分，中速磨煤機(jī)在我國大都被應(yīng)用在大容量鍋爐的制粉系統(tǒng)中。中速磨煤機(jī)與鋼球磨煤機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、占地少、金屬消耗量少、投資低、磨煤電耗低、噪聲小、煤粉的均勻性好等優(yōu)點(diǎn)。HP型碗式磨煤機(jī)是繼RP碗式磨煤機(jī)后新開發(fā)的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)原理體現(xiàn)了先進(jìn)的磨煤技術(shù)，具有運(yùn)行電耗低、檢修方便等優(yōu)越性。目前，在600 MW機(jī)組中得到了最廣泛使用。但由于目前我國能源市場煤炭價(jià)格一直處于高位，火力發(fā)電廠在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行期間往往不能燃用設(shè)計(jì)煤種，甚至?xí)詈艽?。磨煤機(jī)磨煤部件易磨損、出力不足等問題也為設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。

1 火力發(fā)電廠磨煤機(jī)種類

磨煤機(jī)是制粉系統(tǒng)的主要設(shè)備，磨煤機(jī)主要是依靠撞擊、碾壓、擠壓等作用原理，將煤磨制成煤粉，各種磨煤機(jī)是以一種作用力為主，同時(shí)兼有其他作用力。

根據(jù)磨煤部件的工作轉(zhuǎn)速，電廠磨煤機(jī)可分為以下3種類型：①低速磨煤機(jī)。轉(zhuǎn)速為15～25 r/min，常見的是筒型鋼球磨煤機(jī)，簡稱球磨機(jī)。②中速磨煤機(jī)。轉(zhuǎn)速為50～300 r/min，如中速平盤磨煤機(jī)、中速鋼球式磨煤機(jī)（E型磨）、中速碗式磨煤機(jī)（簡稱碗式磨，如RP型、改進(jìn)HP型磨）、中速輥環(huán)式磨煤機(jī)（簡稱輥環(huán)式磨，如ZGM磨）。③高速磨煤機(jī)。轉(zhuǎn)速為600～1500 r/min，常用的是風(fēng)扇式磨煤機(jī)。

2 HP型磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

我國HP型磨煤機(jī)是上海重型機(jī)器廠引進(jìn)美國CE公司碗式磨煤機(jī)制造技術(shù)，用于電廠煤粉的制備和干燥。由于磨煤機(jī)內(nèi)研磨表面形似深碟或碗，所以稱之為碗式磨煤機(jī)。

機(jī)組原煤倉中的原煤經(jīng)給煤機(jī)按燃煤量需求輸入磨煤機(jī)內(nèi)，從磨煤機(jī)上面的落煤管進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的磨碗上。由于離心力的作用，原煤順著徑向朝外的方向移動(dòng)至研磨環(huán)，從可繞軸旋轉(zhuǎn)的磨輥裝置下面通過。原煤經(jīng)過這一系列移動(dòng)后，在受到液壓加載裝置產(chǎn)生的碾磨力后，煤在磨碗襯板與磨輥套之間形成煤床，并逐漸被粉碎，研磨成粉。

熱一次風(fēng)由磨碗底下側(cè)機(jī)體進(jìn)入，并通過磨碗周圍的間隔縫隙流經(jīng)旋轉(zhuǎn)磨碗的外徑，由于葉輪上導(dǎo)流板的特殊設(shè)計(jì)而使氣流能夠趨于垂直方向。一些較小、較輕的煤粒在磨碗的外側(cè)，被熱一次風(fēng)攜帶向上，而一些不易磨碎的重的外來雜物在重力的作用下落到側(cè)機(jī)體區(qū)域。外來雜物通過側(cè)機(jī)體底板，由裝在裙罩裝置上的能夠旋轉(zhuǎn)的刮板裝置從排渣口掃出磨煤機(jī)，最后進(jìn)入石子煤排出系統(tǒng)。由熱一次風(fēng)和相對較輕、較細(xì)小的煤粒在磨碗上面組成風(fēng)粉混合物，這種混合物在分離器的固定空氣折向器上經(jīng)歷一個(gè)三級篩分過程：第一級篩分是在磨碗水平面上的導(dǎo)向襯板上進(jìn)行的。在這里，顆粒較大并且比較重的煤粉將返回磨碗，進(jìn)行新一輪碾磨后變成更小的顆粒，而顆粒較小、重量較輕的煤粉將由氣流帶入分離器頂蓋進(jìn)行第二級篩分，在此處風(fēng)粉混合物所產(chǎn)生的旋風(fēng)被彎曲的可調(diào)葉片不斷擾動(dòng)。在這個(gè)過程中，相對重一些的煤粒將從煤流中降落，接著風(fēng)粉混合物穿越叫作文丘利套管的垂直插管進(jìn)行下一步篩分，直至達(dá)到調(diào)整所需的煤粉細(xì)度。較重煤粒從分離器葉片和文丘利套管里分離出來，并經(jīng)過內(nèi)錐體返回到磨碗中央重新進(jìn)入研磨區(qū)域。出來的風(fēng)粉混合物經(jīng)過文丘利套管，通過先濃縮、后擴(kuò)大的過程，加之安裝在煤粉管道上的可調(diào)縮孔的共同作用，使得風(fēng)粉在每一根煤粉管中都能很均勻地分布。最后，符合要求的風(fēng)粉混合物從煤粉管進(jìn)入鍋爐進(jìn)行燃燒。

HP型磨煤機(jī)主要由以下部分組成：①電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速箱，減速箱由行星齒輪組成并直接與磨碗相連。由于其轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要按照比例適當(dāng)降低，所以能夠起到使磨碗達(dá)到要求轉(zhuǎn)速的作用。②側(cè)機(jī)體內(nèi)安裝多塊襯板，在磨碗周圍組成進(jìn)風(fēng)口，并對分離器體能夠起到支承作用，熱一次風(fēng)從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入并沿磨碗周圍上升，從而起到烘干和輸送煤粉的作用。磨碗由減速箱帶動(dòng)，原煤在磨碗襯板和磨輥間研磨成粉。③磨碗外周安裝葉輪裝置，熱一次風(fēng)在經(jīng)過葉輪裝置上的導(dǎo)流板后能夠垂直向上，在葉輪裝置與分離器體之間的間隔縫隙通過后，能夠分布得非常均勻，這樣就能有效地控制磨煤機(jī)碾磨區(qū)域內(nèi)風(fēng)粉混合物的流向。④在磨碗上方，分離器內(nèi)懸掛著3只單獨(dú)液壓加載的磨輥裝置，當(dāng)磨輥與磨碗之間充滿原煤時(shí)，磨輥經(jīng)過不停的旋轉(zhuǎn)、碾壓，使原煤逐漸變?yōu)榉勰?。⑤分離器體、導(dǎo)向襯板、裝有折向裝置和內(nèi)錐體的分離器頂蓋以及分離器，這些部件的主要作用是容納煤粉并使風(fēng)粉流向朝上。當(dāng)風(fēng)粉通過折向裝置時(shí)，顆粒較大、較重的煤粉將從風(fēng)粉混合物中被篩分出來，然后落到磨碗內(nèi)，再進(jìn)行重新碾壓、研磨。⑥出口文丘利和多孔出口裝置，當(dāng)風(fēng)粉混合物通過這些部件時(shí)，能夠被分成多股均勻的風(fēng)流，以滿足再篩分的需要。⑦多孔出口裝置的上部安裝有排出閥裝置，這個(gè)裝置由多個(gè)閥組成。當(dāng)磨煤機(jī)停用或檢修時(shí)，如果磨煤機(jī)內(nèi)還有存煤，可以由排出閥裝置將磨煤機(jī)和還在運(yùn)行的鍋爐分開。

3 HP型磨煤機(jī)運(yùn)行注意事項(xiàng)

HP型磨煤機(jī)在運(yùn)行操作中應(yīng)按正確的操作方法執(zhí)行，避免以下不正確的和危險(xiǎn)的操作情況出現(xiàn)。①磨煤機(jī)的排渣量過大。因?yàn)槊簳?huì)在側(cè)機(jī)體內(nèi)堆積起易結(jié)焦，結(jié)焦后較大的焦塊會(huì)堵塞排渣口成為磨煤機(jī)著火的重大隱患。②磨煤機(jī)長期在出口溫度低于要求范圍的條件下運(yùn)行。煤如果不能充分干燥，會(huì)導(dǎo)致其附著在磨煤機(jī)內(nèi)部和煤粉管中，從而造成煤粉管堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成磨煤機(jī)及煤粉管道著火。③磨煤機(jī)長期在出口溫度高于要求范圍的條件下運(yùn)行。出口溫度高會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)粉從煤中逸出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燃料著火。④磨煤機(jī)在通風(fēng)量低于要求范圍的條件下運(yùn)行。通風(fēng)量過低時(shí)，煤粉管里輸送煤粉的速度也會(huì)相應(yīng)下降，會(huì)導(dǎo)致煤粉沉積，從而增加了煤粉管道堵塞甚至著火的風(fēng)險(xiǎn)。⑤磨煤機(jī)在通風(fēng)量高于要求范圍的條件下運(yùn)行。通風(fēng)量較高使得煤粉管道和磨煤機(jī)內(nèi)部磨損加速，影響磨煤機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時(shí)可能降低煤粉細(xì)度。⑥磨煤機(jī)在石子煤排出口閘門關(guān)閉的情況下運(yùn)行。這樣會(huì)阻止雜物的排出，若長時(shí)間不能正常排渣，理應(yīng)排出的雜物會(huì)積存在側(cè)機(jī)體里，對刮板裝置會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。⑦磨煤機(jī)在給煤之前暖磨不夠充分。如果暖磨溫度不夠，可能導(dǎo)致煤粉附著在磨煤機(jī)內(nèi)部和煤粉管道里，這樣制粉系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)將增加。⑧磨煤機(jī)在停機(jī)之前冷卻不夠充分。如果停機(jī)冷卻不足，可能會(huì)造成磨煤機(jī)內(nèi)溫度超過安全規(guī)定的情況發(fā)生，當(dāng)磨煤機(jī)檢修或停機(jī)時(shí)，磨煤機(jī)或煤管發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)將增加。⑨磨煤機(jī)的輸出煤粉細(xì)度過細(xì)。當(dāng)煤粉細(xì)度細(xì)得已經(jīng)超過規(guī)定范圍時(shí)會(huì)使磨煤機(jī)出力降低，磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的耗電量增大。⑩磨煤機(jī)的輸出煤粉細(xì)度太粗。當(dāng)煤粉細(xì)度粗到超過規(guī)定范圍時(shí)，爐膛的工作將會(huì)受到影響。

4 提高HP型磨煤機(jī)性能方法

4.1 提高HP型磨煤機(jī)出力方法

4.1.1 加裝動(dòng)態(tài)分離器

HP型磨煤機(jī)常規(guī)配置有靜態(tài)分離器，在利用靜態(tài)分離器把細(xì)煤粉從粗煤粉中分離出來時(shí)，會(huì)使細(xì)煤粉在磨煤機(jī)里再次循環(huán)。這樣，研磨效率和磨機(jī)研磨能力（磨煤機(jī)出力）會(huì)受到含有細(xì)煤粉的研磨區(qū)域影響而降低。加裝動(dòng)態(tài)分離器可改善煤粉細(xì)度，從而提高燃料熱效率并改善鍋爐燃燒狀況。在研磨低揮發(fā)分煤或磨機(jī)的研磨能力下降時(shí)，動(dòng)態(tài)分離器的設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)能夠處于常規(guī)狀態(tài)，完成出力調(diào)節(jié)。

動(dòng)態(tài)分離器通過可調(diào)整變頻器和可編程控制器，由一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)分離器的轉(zhuǎn)速取決于給煤速度，當(dāng)給煤速度加快時(shí)，分離器的轉(zhuǎn)速也隨之增加。分離器的轉(zhuǎn)速隨著磨煤機(jī)給煤速度相應(yīng)變化。動(dòng)態(tài)分離器在減少細(xì)煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)部的循環(huán)次數(shù)、提高研磨效率和磨煤機(jī)能力等方面都能夠起到非常顯著的作用。動(dòng)態(tài)分離器主要是利用空氣動(dòng)力學(xué)和離心力將細(xì)煤粉從粗煤粒中分離出來?？梢愿鶕?jù)原煤變化和燃燒隨時(shí)調(diào)整動(dòng)態(tài)分離器，從而較快地實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度的調(diào)整，較以往手動(dòng)調(diào)節(jié)的分離器更方便，更及時(shí)。

4.1.2 HP型磨煤機(jī)葉輪風(fēng)環(huán)改造

HP型磨煤機(jī)常規(guī)葉輪噴口間隙調(diào)節(jié)是通過加裝空氣節(jié)流環(huán)實(shí)現(xiàn)的，但加裝空氣節(jié)流環(huán)后噴口處會(huì)形成較強(qiáng)的紊流，嚴(yán)重降低了一次風(fēng)速，削弱了一次風(fēng)攜帶煤粉的能力。針對該問題，提出在磨煤機(jī)風(fēng)環(huán)處加裝漸縮噴嘴，將原本不規(guī)則的噴嘴改為漸縮型，減小該處紊流，增加噴口風(fēng)速，提高一次風(fēng)的攜帶能力。以某電廠HP1003型磨煤機(jī)為例，該磨煤機(jī)為上海重型機(jī)械廠生產(chǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)，額定電流67A，額定轉(zhuǎn)速797rpm.磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速33 rpm，最小通風(fēng)量71 t/h，最大通風(fēng)量為102 t/h，最大制粉出力62.8 t/h.在實(shí)際運(yùn)行中僅能達(dá)到50 t/h的最大穩(wěn)定出力，原因有：一次風(fēng)機(jī)管道阻力較大，造成一次風(fēng)機(jī)達(dá)不到額定風(fēng)壓，否則風(fēng)機(jī)將進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)；由于燃用煤種變化石子煤排量較大，為了減少石子煤排量將風(fēng)環(huán)間隙減少到50 mm，致使磨煤機(jī)出力下降較多。針對該問題，提出在磨煤機(jī)風(fēng)環(huán)處加裝漸縮噴嘴，減小該處紊流，增加噴口風(fēng)速，提高一次風(fēng)的攜帶能力。經(jīng)過反復(fù)測算，認(rèn)為可以將該處風(fēng)速由現(xiàn)在的54 m/s提高到64.5 m/s，改造前后燃用相同煤種，出力由50 t/h增大到55 t/h，大大加強(qiáng)了機(jī)組燃煤摻燒的能力。

4.2 提高HP型磨煤機(jī)可靠性方法

4.2.1 磨煤機(jī)一次風(fēng)道入口改造

HP型磨煤機(jī)一次風(fēng)道在進(jìn)入磨煤機(jī)刮板室前設(shè)計(jì)有導(dǎo)流板，刮板轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與導(dǎo)流板的導(dǎo)向相一致，于是在風(fēng)道入口段刮板轉(zhuǎn)動(dòng)的反方向形成死角。當(dāng)燃用揮發(fā)分較高的煤種且石子煤量大時(shí)，石子煤在刮板的作用下進(jìn)入死角，隨著堆積量的增大，如果此時(shí)一次風(fēng)量相對較小，石子煤就會(huì)進(jìn)入一次風(fēng)道并沉積下來，進(jìn)而發(fā)生自燃，燒損磨煤機(jī)一次風(fēng)道入口。

在磨煤機(jī)一次風(fēng)道入口死角處增加一個(gè)導(dǎo)流板，并用鋼板將余下的死角區(qū)滿焊封死，以消除一次風(fēng)回流，并阻止石子煤在此堆積引起自燃。

4.2.2 磨輥加裝氣密封改造

HP型磨煤機(jī)磨輥裝置軸承箱的密封為骨架密封，密封面為嵌入磨輥?zhàn)w內(nèi)的三層雙唇骨架油封（一層油封、兩層灰封）和與磨輥軸配合的耐磨套。磨輥原有設(shè)計(jì)的密封風(fēng)在磨輥裝置外部，密封風(fēng)在將煤粉吹走的同時(shí)，由于磨輥周圍充滿煤粉顆粒，也有可能將煤粉顆粒吹進(jìn)磨輥?zhàn)w內(nèi)的密封面中，這些細(xì)小堅(jiān)硬的煤粉一旦滲入磨輥裝置的密封面，更加劇了油封和耐磨套的磨損，以致油封損壞、磨輥軸承箱進(jìn)粉油質(zhì)變差，導(dǎo)致磨輥軸承損壞或軸承箱內(nèi)積粉嚴(yán)重，磨輥停轉(zhuǎn)。

為消除此缺陷在磨輥軸端面加油孔上方沿軸向鉆孔，并從雙唇骨架油封的油封和灰封中間的位置徑向垂直引出，同時(shí)打穿耐磨套，利用油封和灰封的結(jié)構(gòu)空間使壓縮空氣進(jìn)入后形成高壓風(fēng)環(huán)。由于磨輥頭為全封閉結(jié)構(gòu)，因而壓縮空氣只會(huì)從骨架油封和耐磨套的縫隙向磨輥裝置外噴出，對磨輥軸承箱潤滑油和軸承均無影響，且壓力遠(yuǎn)大于一次風(fēng)和原有密封風(fēng)壓力（壓差大于30 kPa），有效地防止了煤粉或其他微小金屬顆粒進(jìn)入磨輥軸承箱。

4.2.3 HP型磨煤機(jī)內(nèi)部防磨處理

一般電廠根據(jù)自身磨煤機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行情況和磨損程度，以及煤質(zhì)、單臺磨煤機(jī)的累積運(yùn)行小時(shí)數(shù)、磨煤機(jī)利用率、檢修質(zhì)量等諸多因素來制定磨煤機(jī)的大修周期。對于HP型磨煤機(jī)大修主要根據(jù)磨碗襯板、分離器襯板、磨輥套等主要磨損部位的損壞情況作為參考依據(jù)，定期進(jìn)行更換。另外，HP型磨煤機(jī)人孔門四周、擋煤環(huán)上沿、延伸環(huán)迎風(fēng)面、磨輥?zhàn)撞吭谀ッ簷C(jī)運(yùn)行過程中，由于受風(fēng)粉混合物及石子煤的不斷沖刷，并且這些部位磨損后不易修復(fù)，建議在大修或臨時(shí)檢修時(shí)做好防磨處理，如在其表面堆焊耐磨焊條（Fe-05）、涂刷耐磨修補(bǔ)劑等。

5 結(jié)束語

目前，火力發(fā)電廠大型燃煤機(jī)組的鍋爐多配備了HP型中速磨煤機(jī)作為重要的生產(chǎn)設(shè)備，機(jī)組磨煤機(jī)運(yùn)行狀況的好壞直接影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)性。HP型磨煤機(jī)雖然自身優(yōu)勢十分明顯，但在實(shí)際運(yùn)行中也有許多問題需要技術(shù)人員善于發(fā)現(xiàn)并研究解決方法。設(shè)備的科學(xué)管理是保障設(shè)備處于良好狀態(tài)的有效手段，希望在眾多科技人員的努力下不斷改進(jìn)，通過交流探討，提高HP型磨煤機(jī)的安全可靠性。

[1]鄢曉忠.鍋爐設(shè)備檢修[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]郭延秋.鍋爐分冊[M].北京：中國電力出版社，2003.