HP 系列磨煤機(jī)工作原理及在電站脫硫工程中的應(yīng)用改進(jìn)

葉國(guó)運(yùn) 上海重型機(jī)器廠有限公司 (200245）

葉國(guó)運(yùn)（1979年～），男，畢業(yè)于上海交通大學(xué)，碩士，現(xiàn)于上海重型機(jī)器廠有限公司任主任設(shè)計(jì)師。主要從事新型磨煤機(jī)及大型水泥立磨的研究。

0 概述

HP系列磨煤機(jī)的功能是碾磨原煤，將原煤粉碎至能在爐內(nèi)有效燃燒的細(xì)度，該設(shè)備主要應(yīng)用于電站制粉系統(tǒng)中，其外觀見(jiàn)圖1。

HP型磨煤機(jī)是在RP磨煤機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)、發(fā)展起來(lái)的又一種新型中速磨煤機(jī)，它不僅革新和創(chuàng)造了新型部件結(jié)構(gòu)，還吸收了其他中速磨煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，是具有90 年代世界先進(jìn)水平的中速磨煤機(jī)。上海重型機(jī)器廠有限公司在引進(jìn)RP系列磨煤機(jī)基礎(chǔ)上，1989年又向美國(guó)ABB-CE公司引進(jìn)了全套HP系列碗式中速磨煤機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，并按照質(zhì)量不低于美國(guó)ABB-CE公司同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化原則，在HP磨煤機(jī)國(guó)產(chǎn)化工程中，對(duì)于達(dá)不到ABB-CE標(biāo)準(zhǔn)的零件仍然進(jìn)口，例如行星減速器中的齒輪軸承，磨輥裝置中的軸承和加載彈簧等，保證了國(guó)產(chǎn)HP磨煤機(jī)的質(zhì)量。上海重型機(jī)器廠有限公司已完成了HP583、HP743、HP803、HP863、HP943、HP1003、HP1103、HP1203、HP1303共9大系列30 個(gè)規(guī)格的HP磨煤機(jī)圖樣和技術(shù)文件的轉(zhuǎn)化和國(guó)產(chǎn)化工作，并已向國(guó)內(nèi)外50～1 000MW電站機(jī)組提供了2 000多臺(tái)HP系列磨煤機(jī)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

圖1 HP磨煤機(jī)外觀

1 HP系列磨煤機(jī)介紹

1.1 HP磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)

HP碗式磨煤機(jī)主要由以下部件組成（見(jiàn)圖2），中心落煤管、排出閥與多出口裝置、分離器頂蓋裝置、分離器體裝置、內(nèi)錐體裝置、文邱利和葉片裝置、彈簧加載裝置、磨輥裝置、磨碗和葉輪裝置、側(cè)機(jī)體裝置、刮板裝置（長(zhǎng)、短）、縫隙氣封裝置、行星齒輪減速箱、潤(rùn)滑油站、聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)、密封氣封系統(tǒng)等。

圖2 HP磨煤機(jī)主要部件

其中，電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力設(shè)備，它為磨煤機(jī)提供動(dòng)力；行星齒輪減速箱為驅(qū)動(dòng)設(shè)備，帶動(dòng)磨碗和葉輪裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)；三個(gè)磨輥裝置屬于碾磨設(shè)備，對(duì)磨碗上的原煤進(jìn)行碾磨；三個(gè)彈簧加載裝置分別對(duì)磨輥裝置提供碾磨力；刮板裝置將無(wú)法碾磨的石塊或其他不可碾磨的物料清掃出磨煤機(jī)；分離器頂蓋屬于選粉設(shè)備，將不合格的煤粉反送至磨碗上繼續(xù)碾磨；中心落煤管則將需要碾磨的原煤輸送至磨碗上；潤(rùn)滑油站為減速箱提供潤(rùn)滑及冷卻；內(nèi)錐體裝置將不合格的煤粉反送至磨碗上，使其繼續(xù)受到碾磨，直至達(dá)到要求細(xì)度為止。

1.2 HP磨煤機(jī)工作原理

HP磨煤機(jī)的功能是碾磨原煤，使其達(dá)到能在爐內(nèi)有效燃燒的細(xì)度（見(jiàn)圖3）。

圖3 HP磨煤機(jī)工作原理

磨煤機(jī)的最大碾磨出力取決于下列三個(gè)因素：

（1）磨煤機(jī)的規(guī)格；

（2）原煤特性—哈氏可磨度和含水量；

（3）煤粉細(xì)度。

原煤（顆?！?8mm）經(jīng)由聯(lián)接在給煤機(jī)的中心落煤管喂入旋轉(zhuǎn)的磨碗上。正常情況下，給煤率由燃燒控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組需要的發(fā)電量、煤質(zhì)情況和磨煤機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)自動(dòng)控制。原煤落入磨碗上后，在離心力的作用下沿徑向朝外移動(dòng)，在磨碗上形成一層煤床。煤床在可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥裝置下通過(guò)，這時(shí)，彈簧加載裝置產(chǎn)生的碾磨力通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥施加在煤上，煤在磨碗襯板與磨輥之間被碾磨成粉，已磨成的煤粉顆粒繼續(xù)向外移動(dòng)，越過(guò)磨碗邊緣進(jìn)入輸送介質(zhì)通道。典型的輸送介質(zhì)是熱空氣，主要有三個(gè)作用：

（1）為磨煤機(jī)提供必要的動(dòng)力，使煤粉進(jìn)行分離（控制煤粉細(xì)度）；

（2）熱空氣在煤的碾磨過(guò)程中，不斷對(duì)其干燥使煤易于碾磨；

（3）將煤粉輸送到爐膛。

在煤的碾磨過(guò)程中，較小較輕的煤顆粒被氣態(tài)輸送介質(zhì)（熱空氣）連續(xù)地從磨碗上吹起來(lái)。輸送空氣可由位于磨煤機(jī)上游的一次風(fēng)或位于磨煤機(jī)下游的獨(dú)立的排粉機(jī)供給，一次風(fēng)提供正壓(用于電廠)，排粉機(jī)提供負(fù)壓（用于鋼廠高爐噴粉）。熱空氣從側(cè)機(jī)體進(jìn)入，然后沿著旋轉(zhuǎn)的磨碗外徑上升，裝在磨碗上的葉片（葉輪裝置）使氣流趨于垂直方向，在磨碗外緣上較小較輕的煤粒被氣流攜帶向上，而重的不易磨碎的外來(lái)雜物穿過(guò)氣流落入側(cè)機(jī)體區(qū)域。

在磨碗上方，被空氣攜帶的較輕的煤粒經(jīng)歷了三級(jí)分離過(guò)程；第一級(jí)分離正好發(fā)生在磨碗的水平面上，安裝在分離器體上的固定傾斜的襯板使最重的煤粒突然改變方向，失去動(dòng)能并直接回到磨碗上重磨；較輕的煤粒被空氣攜帶至分離器頂蓋進(jìn)行第二級(jí)分離，此處彎曲的可調(diào)葉片使風(fēng)粉混合物產(chǎn)生旋風(fēng)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致重顆粒失去動(dòng)能而落入內(nèi)錐體內(nèi)并沿著內(nèi)錐體內(nèi)壁重新落入磨碗上重磨；較輕的煤粒被空氣攜帶至文邱利管內(nèi)，在文邱利管內(nèi)的傾斜葉片上進(jìn)行第三級(jí)分離，此處傾斜的葉片使重的煤粒突然改變方向失去動(dòng)能而落入內(nèi)錐體內(nèi)，并沿著內(nèi)錐體內(nèi)壁重新落入磨碗上重磨。為了降低通過(guò)內(nèi)錐體口進(jìn)入內(nèi)錐體氣流速度，在內(nèi)錐體的內(nèi)部裝了一個(gè)倒錐體，但應(yīng)保證倒錐體不能阻止較重的煤粒返回磨碗。被空氣攜帶至文邱利管的風(fēng)粉混合物，先被濃縮，然后再擴(kuò)大使得每根粉道中風(fēng)粉均勻分配，煤粉管道把合格細(xì)度的風(fēng)粉混合物引入爐膛進(jìn)行燃燒。穿過(guò)氣流落入側(cè)機(jī)體區(qū)域內(nèi)的不易磨碎的外來(lái)雜物被安裝在磨碗裙罩上的刮板裝置刮入側(cè)機(jī)體底板上的孔內(nèi)，然后進(jìn)入石子煤收集系統(tǒng)排出。外來(lái)雜物通常是由煤層中的巖石和采煤機(jī)械零件組成，因此把這些進(jìn)入磨煤機(jī)的雜物數(shù)量減到最少是有好處的。石子煤收集系統(tǒng)裝有閥門，磨煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)閥門打開(kāi)，石子煤排入收集斗中，僅在清理收集斗時(shí)才關(guān)閉閥門，如果磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)閥門關(guān)閉，則石子煤會(huì)留在側(cè)機(jī)體內(nèi)并與刮板支架和襯板碾磨，以至造成這些零件的額外磨損，并形成潛在的著火隱患。磨煤機(jī)在正壓下運(yùn)行，密封空氣系統(tǒng)向磨碗殼周圍、磨輥耳軸及彈簧加載裝置等處供給清潔空氣，以防止熱空氣和煤粉逸出污染環(huán)境或者防止煤粉進(jìn)入磨煤機(jī)部件導(dǎo)致機(jī)件損壞。

2 HP系列磨煤機(jī)可用在電站脫硫工程中的原理分析

電站鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)中所使用的主要原材料是石灰石，其工作原理就是將石灰石碾磨成粉，再將碾磨好的粉制成石灰石漿，電站鍋爐煙氣通過(guò)石灰石漿，煙氣中的SO2與石灰石起化學(xué)反應(yīng)，形成石膏，從而達(dá)到脫硫效果。

原煤磨成粉與石灰石磨成粉具有相同的物理效果，都是將原材料制成合格的粉，以滿足工程需要，但這兩種原材料的物理特性是有很大區(qū)別的，物理特性的不同導(dǎo)致磨機(jī)結(jié)構(gòu)有所不同。其具體區(qū)別如下：

2.1 原材料可燃性不一樣

煤是可燃物，具有揮發(fā)性，其揮發(fā)性隨煤粉細(xì)度變細(xì)而增加。當(dāng)通風(fēng)條件不好或風(fēng)粉混合物溫度過(guò)高時(shí)，煤粉在某些誘導(dǎo)前提下會(huì)自燃，因此磨機(jī)必須有防爆、防自燃措施；而石灰石不是可燃物，因此磨機(jī)也不要采取任何防爆、防自燃措施，從而降低了磨機(jī)的要求。

2.2 原材料質(zhì)地不一樣

煤的質(zhì)地松軟，而石灰石質(zhì)地堅(jiān)硬，其主要成分是CaO；煤的哈氏可磨系數(shù)（哈氏可磨系數(shù)越大代表對(duì)象越難被碾磨）一般要大于45，而石灰石的哈氏可磨系數(shù)一般在35左右；另外，原煤的雜質(zhì)里面主要含粘土、SiO2等，石灰石的雜質(zhì)里面主要含SiO2、MgO等。因此，石灰石比煤要難碾磨的多，這時(shí)需要提高磨機(jī)碾磨件的硬度，這一點(diǎn)目前國(guó)內(nèi)是可以做到的。

2.3 終端產(chǎn)品細(xì)度要求不一樣

煤粉細(xì)度一般要求是200目篩過(guò)篩率為70%~85%（即一英寸的篩子有200目眼，煤粉通過(guò)該篩子的百分比為70%~85%）；而石灰石粉細(xì)度一般要求是325目篩過(guò)篩率為大于90%，其細(xì)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤粉細(xì)度，要達(dá)到產(chǎn)品細(xì)度要求，必須改變磨機(jī)分離器的結(jié)構(gòu)，而這一點(diǎn)國(guó)內(nèi)可以做到，可以選擇旋轉(zhuǎn)分離器，以增強(qiáng)煤粉分離效果。

2.4 原材料含水性不一樣

煤的含水量一般在5%～40%，而石灰石含水量一般小于10%，因此在碾磨原煤時(shí)需要的熱空氣量要多，或者熱空氣的溫度要高，以便原煤充分干燥后碾磨。這些要求對(duì)磨機(jī)來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大影響，只是與磨機(jī)相關(guān)設(shè)備有關(guān)，例如空氣預(yù)熱器、一次風(fēng)機(jī)。

2.5 終端產(chǎn)品收集方式不一樣

電站制粉系統(tǒng)是直吹正壓系統(tǒng)，原煤磨成粉后直接被熱空氣帶進(jìn)鍋爐進(jìn)行燃燒，鍋爐每層一般有4~6個(gè)燃燒器，因此每臺(tái)磨煤機(jī)需要有對(duì)應(yīng)的4~6個(gè)送粉管；而電站脫硫項(xiàng)目中制粉系統(tǒng)是負(fù)壓倉(cāng)儲(chǔ)式系統(tǒng)，也就是說(shuō)石灰石磨成粉后被熱空氣送到大布袋收集起來(lái)，等到要用時(shí)再送到制漿區(qū)制漿，因此，磨機(jī)的出口只需要一個(gè)送粉管即可。解決送粉管不一樣的問(wèn)題是很方便的，只是結(jié)構(gòu)稍作改進(jìn)即可。

根據(jù)以上分析，HP系列磨煤機(jī)是可以應(yīng)用到電站脫硫工程中，但結(jié)構(gòu)上需要作相應(yīng)的改進(jìn)。

3 HP系列磨煤機(jī)用在電站脫硫工程中所作的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

通過(guò)以上分析，HP系列磨煤機(jī)可以用于電站脫硫工程中，但磨機(jī)結(jié)構(gòu)需要作相應(yīng)改進(jìn)，以滿足磨石灰石的各項(xiàng)要求。磨機(jī)需要在四個(gè)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)方案如下（見(jiàn)圖4）：

（1）由于石灰石不具有可燃性，從而取消防爆蒸汽接口、惰性氣體接口及CO檢測(cè)接口，使設(shè)備簡(jiǎn)化，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

（2）由于石灰石質(zhì)地堅(jiān)硬，必須提高磨碗襯板及磨輥套的硬度。磨輥套采用進(jìn)口硬質(zhì)耐磨合金焊絲堆焊制成（國(guó)內(nèi)尚無(wú)該種焊絲替代產(chǎn)品），磨輥表面硬度大于62HRC。磨碗襯板采用改進(jìn)型高鉻鑄鐵，增加襯板中的某些微量元素如釩、鉻等，以增加磨碗襯板的耐磨性；同時(shí)改變襯板加工工藝，（原有襯板表面硬度大于58HRC），以增強(qiáng)襯板對(duì)石灰石的破碎功能。

（3）由于石灰石的終端產(chǎn)品細(xì)度比煤粉細(xì)度要高得多，因而在原有零部件的基礎(chǔ)上增加動(dòng)態(tài)分離器，以增加石灰石粉的分離效果。動(dòng)態(tài)分離器裝置主要由葉片式轉(zhuǎn)子、軸承座、傳動(dòng)裝置、變頻電機(jī)及變頻器等組成。葉片式轉(zhuǎn)子是采用耐磨合金鋼制成，該轉(zhuǎn)子可以通過(guò)變頻器、變頻電機(jī)調(diào)速，以達(dá)到粉的分離功能。動(dòng)態(tài)分離器屬于磨機(jī)的第三次分離，石灰石粉隨熱空氣通過(guò)分離器折向門后到達(dá)動(dòng)態(tài)分離器葉片式轉(zhuǎn)子。當(dāng)氣流接近轉(zhuǎn)子時(shí)，氣流中的顆粒因受到轉(zhuǎn)子的撞擊，較大的顆粒就會(huì)被轉(zhuǎn)子拋出，回到內(nèi)錐體并沿內(nèi)壁滑下至磨碗上繼續(xù)被碾磨；較小的顆粒被允許通過(guò)轉(zhuǎn)子，離開(kāi)分離器進(jìn)入送粉管到。不同產(chǎn)品細(xì)度可以通過(guò)調(diào)節(jié)分離器折向門葉片及調(diào)整動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速得到，顆粒經(jīng)過(guò)磨機(jī)的三次分離以后完全可以達(dá)到325目篩過(guò)篩率90%的細(xì)度。

圖4 HP磨煤機(jī)改進(jìn)方案

（4）由于石灰石終端產(chǎn)品的收集方式為倉(cāng)儲(chǔ)式，因此風(fēng)粉排出口只需要一個(gè)。根據(jù)所需熱空氣量及控制排出口的風(fēng)粉流速計(jì)算出單出口的內(nèi)徑，一般來(lái)說(shuō)，排出口風(fēng)粉流速為18~28m/s，熱風(fēng)量要比磨煤時(shí)的熱風(fēng)量大，主要是因?yàn)槭沂谋戎乇让捍螅L(fēng)粉比一般要大于2，這些參數(shù)最終確定了單出口的內(nèi)徑大小。

（5）與煤比較，石灰石表面較滑，含水較低，根據(jù)這些物理特性，在碾磨石灰石過(guò)程中向石灰石噴灑適量的水，以便于碾磨。在兩兩磨輥之間加裝一個(gè)水的噴頭，根據(jù)運(yùn)行需要，向磨碗上的原料噴灑適量的水。

磨機(jī)除了以上改進(jìn)外，其余結(jié)構(gòu)均與原來(lái)一樣，保留那些成熟的經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，確保設(shè)備運(yùn)行安全可靠。當(dāng)然，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)也是可信的，完全可以將改進(jìn)后的磨機(jī)應(yīng)用到電站脫硫工程中，磨機(jī)的運(yùn)行參數(shù)可以達(dá)到設(shè)計(jì)值。

4 碾磨石灰石時(shí)的運(yùn)行維護(hù)要求

磨機(jī)在碾磨石灰石時(shí)的運(yùn)行要求與磨機(jī)在碾磨原煤時(shí)的運(yùn)行維護(hù)要求是有區(qū)別的，但大部分運(yùn)行維護(hù)要求是相同的，相同的運(yùn)行條件如下：

（1）磨機(jī)啟動(dòng)過(guò)程一樣。都是先啟動(dòng)減速箱潤(rùn)站，再啟動(dòng)密封風(fēng)機(jī)，當(dāng)潤(rùn)滑油溫度達(dá)到35℃時(shí)才可以啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，磨機(jī)開(kāi)始空轉(zhuǎn)，接下來(lái)用熱空氣暖磨，以保證磨機(jī)開(kāi)始碾磨原材料時(shí)的效率高。

（2）磨機(jī)停機(jī)過(guò)程一樣。都是先停止運(yùn)行給料機(jī)，再減少熱風(fēng)量及降低熱風(fēng)溫度，直到磨碗上的被碾磨對(duì)象全部吹干凈后，熱風(fēng)改成冷風(fēng)，以冷卻磨機(jī)，然后停止運(yùn)行主電機(jī)，停止通風(fēng)，最后停止運(yùn)行減速箱潤(rùn)滑站及密封風(fēng)機(jī)。

運(yùn)行維護(hù)要求不一樣的地方有兩點(diǎn)：

（1）正常運(yùn)行時(shí)控制要求不一樣。兩者都有風(fēng)粉排出口溫度測(cè)量元件，但根據(jù)測(cè)量溫度作出的反應(yīng)不一樣。碾磨原煤時(shí)，如果風(fēng)粉溫度異常偏高，則需要向磨機(jī)內(nèi)通消防蒸汽或惰性氣體；碾磨石灰石時(shí)，如果風(fēng)粉溫度異常偏高，則需要降低磨機(jī)入口熱風(fēng)溫度。

（2）緊急停機(jī)的處理方式不一樣。碾磨原煤時(shí)，如果磨機(jī)緊急停機(jī)，則繼續(xù)向磨機(jī)通風(fēng)，此時(shí)熱風(fēng)的溫度降低到77℃左右，如果需要長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，則需要停止通風(fēng)，并打開(kāi)磨機(jī)，工作人員進(jìn)入磨機(jī)將磨碗上的存煤鏟除到磨機(jī)外面，以防著火；碾磨石灰石時(shí)，如果緊急停機(jī)，則可以馬上停止通風(fēng)，不需要作太多的處理，等故障解除運(yùn)行磨機(jī)即可。

5 小結(jié)

經(jīng)過(guò)以上分析，HP系列磨煤機(jī)可以應(yīng)用到電站脫硫工程中。另外，與HP系列磨煤機(jī)相似的磨機(jī)已經(jīng)有碾磨石灰石的成功經(jīng)驗(yàn)，如MPS系列磨煤機(jī)等，其運(yùn)行原理與HP系列磨煤機(jī)的運(yùn)行原理基本一致，因此，其碾磨石灰石的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是可以作為HP系列磨煤機(jī)碾磨石灰石的依據(jù)。