磨煤機(jī)鋼球最佳級(jí)配技術(shù)應(yīng)用研究

宋紹偉

(國(guó)電菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032)

0 引言

鋼球磨煤機(jī)煤種適應(yīng)性廣，運(yùn)行安全可靠，維修方便，在我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組中得到了較廣泛的應(yīng)用。但其金屬耗量大，制粉電耗高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，磨煤機(jī)一般每磨制1 t煤鋼球的磨損為120～300 g，個(gè)別磨煤機(jī)甚至更高［1］。通過(guò)調(diào)節(jié)鋼球最佳裝載量、球徑配比、鋼球及襯瓦的材料特性及補(bǔ)球參數(shù)，可起到防磨降耗的作用。我國(guó)火電廠磨煤機(jī)鋼球直徑的選擇一直沿用前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)磨煤機(jī)的鋼球規(guī)格尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［2－3］。在補(bǔ)球方面，往往認(rèn)為大球會(huì)磨成小球，絕大多數(shù)火電廠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)單純補(bǔ)加一種大球，造成磨煤機(jī)內(nèi)球荷平均粒度的增大，使磨煤機(jī)不能工作在最佳鋼球級(jí)配。結(jié)合我國(guó)磨煤機(jī)的性能參數(shù)和煤質(zhì)特性，確定鋼球的最佳級(jí)配和補(bǔ)球參數(shù)對(duì)于降低磨煤機(jī)的鋼耗和電耗具有至關(guān)重要的作用。

1 火電廠磨煤機(jī)鋼球存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)電力行業(yè)使用的鋼球主要有低鉻鑄鐵鋼球(含鉻2%左右)、高鉻鑄鐵鋼球(含鉻12%左右)。這兩大類鋼球的共同缺點(diǎn)是:

(1)鋼球表層與心部的耐磨性相差較大，使鋼球在磨損過(guò)程中直徑的減小很不均衡，從而使鋼球的級(jí)配發(fā)生較大的偏離，造成煤粉細(xì)度較差或煤粉產(chǎn)量降低。現(xiàn)用的鋼球，其表層晶粒細(xì)、中心晶粒粗，造成表層硬度高，中心硬度低，并且表層與中心的硬度相差較大。這樣的鋼球在使用過(guò)程中，表層磨損較慢，在一定的時(shí)間內(nèi)鋼球直徑減小值較小;中心磨損較快，在一定時(shí)間內(nèi)鋼球直徑減小值較大，因此較快的磨損失效，使有效的小直徑鋼球減少，改變了鋼球級(jí)配，降低了小直徑鋼球的比例，煤粉細(xì)度就會(huì)變差。此外，硬度不均勻的鋼球在磨煤過(guò)程中容易失圓，磨煤效率下降。以上兩個(gè)因素，使磨煤機(jī)中必須加入較多的鋼球，才能保證煤粉的細(xì)度和產(chǎn)量，這樣增大了磨煤機(jī)的載荷，耗電量也隨之增大。

(2)鋼球的耐磨性較差，鋼球的磨損速度快，導(dǎo)致小直徑鋼球難以在火力發(fā)電廠推廣應(yīng)用。在磨煤機(jī)裝球總重量相同的條件下鋼球的平均直徑減小，則鋼球的個(gè)數(shù)或表面積就增多或增大，磨煤的作用點(diǎn)或作用面積隨之增多或增大，在一定的條件下磨制煤粉的效率也就更高。但是，鋼球的耐磨性不高、小直徑鋼球磨損到失效的時(shí)間會(huì)很短，從而造成頻繁地停機(jī)清理廢球，嚴(yán)重地降低了磨煤機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率［4］。

2 多元高鉻合金抗磨鋼球的研制

2.1 多元高鉻合金抗磨鋼球的化學(xué)成分

多元高鉻合金抗磨鋼球用鉻錳鎢抗磨鑄鐵制作，以鉻、錳、鎢為主加元素，以硅為輔助元素，再配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砑夹g(shù)，使鋼球金屬致密、沖擊值高、外形完整。經(jīng)多次試驗(yàn)室試驗(yàn)，多元高鉻合金抗磨鋼球的化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù))見表1。

表1 多元高鉻合金抗磨鋼球的化學(xué)成分

2.2 多元高鉻合金抗磨鋼球的機(jī)械性能及金相組織

利用Axiovert200 MAT型顯微鏡和HT－2000A金屬硬度計(jì)測(cè)定多元高鉻合金抗磨鋼球和普通低鉻鑄鐵鋼球的金相組織及硬度，其中心部為鋼球的球心附近位置，外部為靠近鋼球表面的位置，中部為二者之間部位。從表2可以看出多元高鉻合金抗磨鋼球平均硬度63 HRC，且硬度分布比較均勻;低鉻鑄鐵鋼球平均硬度為49.67 HRC。

表2 多元高鉻合金抗磨鋼球與低鉻鑄鐵鋼球硬度比較表

多元高鉻合金抗磨鋼球淬火回火后的組織為:回火馬氏體加鉻、錳、鎢復(fù)合碳化物。其中共晶碳化物呈細(xì)小的粒狀和菊花狀，分布彌散均勻，二次碳化物呈點(diǎn)狀分布在回火馬氏體基體上(見圖1);而普通低鉻鑄鐵鋼球二次碳化物分布不均勻(見圖2)。多元高鉻合金抗磨鋼球碳化物的尺寸細(xì)小，分布較均勻，將基體有效地保護(hù)起來(lái);另外，較硬的馬氏體基體可以很好地支撐堅(jiān)硬的碳化物。而且馬氏體也可以較好地抵抗煤矸石的犁溝作用，使碳化物不容易從基體中剝落。因此，多元高鉻合金抗磨鋼球具有極高的耐磨性。

圖1 多元高鉻合金抗磨鋼球

圖2 低鉻鑄鐵鋼球

3 應(yīng)用鋼球磨損穩(wěn)態(tài)模型計(jì)算鋼球最佳級(jí)配系數(shù)

鋼球磨損的結(jié)果是其直徑隨磨損時(shí)間的增長(zhǎng)而減少，就單個(gè)鋼球來(lái)說(shuō)，直徑的減少是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。然而在特定的磨煤機(jī)中，鋼球群體直徑的減少則表現(xiàn)出很強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)特征。當(dāng)裝入鋼球直徑為dz時(shí)，隨著磨損時(shí)間t的變化，剩在滾筒中的鋼球直徑減小的分布規(guī)律也隨之變化。磨煤機(jī)鋼球磨損的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型為

式(1)中{x}為磨煤機(jī)的裝球級(jí)配向量;{y}為連續(xù)磨煤t天后駐留在滾筒中的鋼球級(jí)配向量;[ p (t) ]為對(duì)應(yīng)于連續(xù)t天的鋼球磨損穩(wěn)態(tài)特性矩陣，它是下三角矩陣，其中的第i行第j列元素pij(t)表示裝入第j級(jí)別球變成第i級(jí)別球的概率［5］。

對(duì)于1臺(tái)其他各種參數(shù)都固定，而只有鋼球直徑變化的磨煤機(jī)，其出力與鋼球直徑的平方根成反比［6］

式中 Bm1——鋼球直徑 d1時(shí)的磨煤機(jī)出力/t·h－1;

Bm2——鋼球直徑 d2時(shí)的磨煤機(jī)出力/t·h－1。

磨煤機(jī)出力與鋼球直徑的平方根成反比，磨煤機(jī)電流基本不變，則取用小直徑鋼球有利于降低磨煤電耗。而直徑小的鋼球磨損量大，所以應(yīng)根據(jù)各鋼球級(jí)配下磨煤電耗成本和鋼球磨損成本綜合考慮確定鋼球的最佳級(jí)配。

則第i級(jí)別鋼球的損耗量ΔWi為

則鋼球總磨損量ΔW為

在一個(gè)工作周期鋼球G t，鋼球價(jià)格為P元/t，磨制每噸煤的鋼球磨損成本M為

合理的鋼球裝載量和鋼球級(jí)配使磨煤機(jī)出力大，降低制粉電耗及鋼耗［7］。磨煤機(jī)的規(guī)格(直徑、總長(zhǎng))不同、轉(zhuǎn)速不同、襯板形狀不同、所磨燃料不同、煤粉細(xì)度要求不同鋼球級(jí)配也就不同。首先根據(jù)燃煤的可磨系數(shù)、燃煤粒度、磨煤機(jī)直徑確定最大鋼球直徑，確保最大粒度的燃煤被迅速破碎;其次根據(jù)煤粉細(xì)度要求、燃煤的可磨系數(shù)確定最小鋼球的直徑，確保燃煤微粒被迅速碾破。對(duì)未安裝除雜設(shè)施的輸煤系統(tǒng)要特別注意各種煤矸石的可磨系數(shù);以鋼球級(jí)配穩(wěn)定，裝球總重量一定的條件下鋼球個(gè)數(shù)盡量多為原則，確定各種規(guī)格鋼球的比例;適當(dāng)考慮煤粉細(xì)度均勻性分布;運(yùn)行2 000 h仔細(xì)記錄、分析、調(diào)整，從而確定補(bǔ)加球方案。在此鋼球級(jí)配下的制粉出力可根據(jù)式(3)計(jì)算求出相應(yīng)可計(jì)算磨每噸煤的磨煤電耗。根據(jù)發(fā)電成本可計(jì)算磨煤電耗成本，算出磨煤電耗成本和鋼球磨損成本之和，確定出鋼球的最佳級(jí)配。

4 實(shí)際應(yīng)用

4．1 設(shè)備概述

某電廠二期工程2×300 MW亞臨界燃煤機(jī)組，每臺(tái)鍋爐安裝有3臺(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，額定電流156 A，功率1 400 kW。試驗(yàn)前磨煤機(jī)鋼球加裝比例 Φ80∶Φ60∶Φ50∶Φ40∶Φ30=10∶25∶29∶21∶15，實(shí)際鋼球裝載量為83 t/臺(tái)，磨煤機(jī)電流在130 A左右，補(bǔ)充鋼球?yàn)棣?0，年平均補(bǔ)充添加鋼球消耗量30 t。磨煤機(jī)技術(shù)參數(shù)見表3，鍋爐設(shè)計(jì)燃用85%的無(wú)煙煤和15%的半無(wú)煙煤的混合物，煤種的特性見表4。

表3 磨煤機(jī)技術(shù)參數(shù)

表4 設(shè)計(jì)煤種特性

4.2 裝機(jī)應(yīng)用試驗(yàn)

應(yīng)用鋼球磨損穩(wěn)態(tài)模型計(jì)算和工程試驗(yàn)確定鋼球最佳級(jí)配和合理的鋼球裝載量。三臺(tái)磨煤機(jī)的試驗(yàn)情況見表5。

表5 項(xiàng)目實(shí)施前后磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)比較

試驗(yàn)結(jié)果表明，由于裝球總量減少37%，使磨煤機(jī)的負(fù)荷大幅度降低，磨煤機(jī)的運(yùn)行電流同比降低約30 A，節(jié)電率23%;項(xiàng)目實(shí)施后磨煤機(jī)制粉能力無(wú)明顯變化，煤粉細(xì)度更加合適;單臺(tái)磨煤機(jī)功率降低× 30 × 0.85=278 kW·h;鋼耗同比降低約73 g/t;隨著負(fù)載的減小，磨煤機(jī)大、小牙輪齒面溫度普遍下降了10℃;另外，軸瓦和變速箱、襯瓦等設(shè)備的故障率明顯降低，設(shè)備壽命得到延長(zhǎng)，同時(shí)也節(jié)省了大量的維護(hù)成本。

運(yùn)行后根據(jù)磨煤機(jī)出力、電流及煤粉細(xì)度情況補(bǔ)加Φ60以上的鋼球適量。合理補(bǔ)球的原則為:(1)保證補(bǔ)球后磨煤機(jī)中有效鋼球含量等于額定裝球量;(2)補(bǔ)球后應(yīng)使鋼球級(jí)配更加協(xié)調(diào);(3)優(yōu)先補(bǔ)加大球。

5 結(jié)論

(1)探索了雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)最佳鋼球級(jí)配的規(guī)律。首先根據(jù)燃煤的可磨系數(shù)、燃煤粒度、磨煤機(jī)直徑確定最大鋼球直徑，確保最大粒度的燃煤被迅速破碎;其次根據(jù)煤粉細(xì)度要求、燃煤的可磨系數(shù)確定最小鋼球的直徑，確保燃煤微粒被迅速碾破;以鋼球級(jí)配穩(wěn)定，裝球總重量一定的條件下鋼球個(gè)數(shù)盡量多為原則，確定各種規(guī)格鋼球的比例。

(2)火電廠使用多元高鉻合金抗磨鋼球級(jí)配后，磨煤機(jī)的裝球重量可減少37%，磨煤機(jī)電耗可降低23%，磨煤機(jī)的鋼球消耗可降低61%，從而實(shí)現(xiàn)火電廠磨煤機(jī)的大幅度節(jié)能降耗。磨煤機(jī)實(shí)施鋼球級(jí)配后，隨著負(fù)載的減小，磨煤機(jī)大、小牙輪齒面溫度普遍下降了10℃;另外，軸瓦和變速箱、襯瓦等設(shè)備的故障率明顯降低，設(shè)備壽命得到延長(zhǎng)，同時(shí)也節(jié)省了大量的維護(hù)成本。

(3)獲得了高耐磨性鋼球的生產(chǎn)工藝。多元高鉻合金抗磨鋼球的碳化物為高硬度的鉻、錳、鎢復(fù)合碳化物，并具有較好的形態(tài)、大小和分布，能很好地保護(hù)較硬的馬氏體基體;多元高鉻合金抗磨鋼球表層及心部的洛氏硬度均大于63 HRC，且硬度差較小，因此鋼球具有很好的耐磨性和級(jí)配穩(wěn)定性。

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