中速磨煤機(jī)磨損原因分析與解決方案

張留中，袁明

（1.華能曲阜電廠，山東曲阜273100；2.山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南250110）

中速磨煤機(jī)磨損原因分析與解決方案

張留中1，袁明2

（1.華能曲阜電廠，山東曲阜273100；2.山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南250110）

中速磨煤機(jī)因其投資和廠用電較低且制粉均勻性較好而在燃煤電廠中廣為使用。但實(shí)際的運(yùn)行條件和燃用的煤種往往嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致磨煤機(jī)磨損破壞嚴(yán)重，而達(dá)不到設(shè)計(jì)出力要求。對(duì)磨煤機(jī)嚴(yán)重磨損的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并從設(shè)備運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)、設(shè)備結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)改造等角度相應(yīng)地提出了一些可行的解決方案。這些方案可有效地減緩磨煤機(jī)部件的嚴(yán)重磨損，從而可大大延長其使用壽命，對(duì)燃煤發(fā)電廠制粉系統(tǒng)的運(yùn)行管理具有重要的參考意義。

中速磨煤機(jī)；磨損分析；解決方案；使用壽命

1 中速磨煤機(jī)損壞情況

某臺(tái)660 MW機(jī)組采用中速磨煤機(jī)直吹式正壓制粉系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)間僅4 000 h左右，旋轉(zhuǎn)分離器出口煤粉管道已經(jīng)被嚴(yán)重磨損，磨輥、襯板、磨內(nèi)部噴嘴環(huán)等處防磨襯板的磨損也非常嚴(yán)重，部分已經(jīng)脫落，而其運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的8 000 h使用壽命。圖1所示為磨煤機(jī)出口的磨損情況。圖2所示為磨煤機(jī)噴嘴環(huán)外側(cè)防磨襯板的磨損情況。圖3所示為磨煤機(jī)磨輥的磨損情況。

圖1 磨煤機(jī)出口磨損情況

圖2 磨煤機(jī)噴嘴環(huán)外側(cè)防磨襯板磨損

磨環(huán)與磨碗延伸環(huán)采用絲扣連接，在一次風(fēng)粉的不斷沖刷下螺栓受到磨損。圖4所示為螺冒固定處磨損導(dǎo)致裝置脫落。

圖3 磨煤機(jī)磨輥磨損情況

圖4 螺冒固定處磨損導(dǎo)致裝置脫落

磨煤機(jī)殼體夾層采用保溫設(shè)計(jì)。運(yùn)行中，側(cè)機(jī)體人孔門處外殼板發(fā)出巨大爆裂聲，熱蒸汽瞬間以較高壓力噴出，對(duì)側(cè)機(jī)體外側(cè)保溫造成破壞。磨煤機(jī)停運(yùn)冷卻后檢查發(fā)現(xiàn)，在側(cè)機(jī)體靠G磨方向人孔門處的外層殼體上，出現(xiàn)了一處長約400 cm、寬約10 cm的魚嘴狀噴射型裂口。因該部位殼體為夾層結(jié)構(gòu)，僅外層殼體被撕裂開并未造成磨煤機(jī)內(nèi)部介質(zhì)外泄。圖5所示為磨煤機(jī)殼體夾層爆裂口。

圖5 磨煤機(jī)殼體夾層爆裂

2 原因分析

2.1 運(yùn)行方面

2.1.1 煤質(zhì)

設(shè)計(jì)煤種的高位熱值達(dá)17.58 MJ/kg。實(shí)際燃煤的熱值則可根據(jù)燃煤量進(jìn)行估算，600 MW工況下的設(shè)計(jì)燃煤量為345 t/h，而實(shí)際運(yùn)行的燃煤量為411 t/h，故實(shí)際燃煤的發(fā)熱量應(yīng)低于設(shè)計(jì)煤種，約為14.76 MJ/kg左右。

由于實(shí)際燃煤的灰分比較高，導(dǎo)致其發(fā)熱量偏低。要滿足機(jī)組負(fù)荷，必然要加大一次風(fēng)量來提高設(shè)備出力。那么其結(jié)果一定是磨煤機(jī)出口風(fēng)速過高，甚至煤粉細(xì)度超標(biāo)，導(dǎo)致噴嘴環(huán)處和出口管道在氣流的渦流部位沖蝕磨損嚴(yán)重。所以，應(yīng)在保證滿足出力的情況下盡量降低風(fēng)速，并對(duì)出口管道進(jìn)行防磨處理。

中速磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，按照風(fēng)煤比控制一次風(fēng)總量。由于煤質(zhì)變差，磨煤量增加，致使制粉一次風(fēng)量大于設(shè)計(jì)值。

磨煤機(jī)磨損嚴(yán)重是多種因素作用的結(jié)果。主要與煤質(zhì)好壞、煤中雜質(zhì)情況、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)等密切相關(guān)。煤質(zhì)的沖刷磨損指數(shù)越大，易損件壽命越短。偏離設(shè)計(jì)煤種，是導(dǎo)致磨煤機(jī)易損件壽命短縮的重要原因之一［1］。煤質(zhì)中雜質(zhì)過多，特別是金屬會(huì)造成磨煤機(jī)破壞性磨損，該磨煤機(jī)運(yùn)行煤質(zhì)中存在過多的金屬塊，且尺寸很大，也是磨煤機(jī)易損件加速磨損的重要原因之一。從現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析可以看出，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量偏大，最大偏差已達(dá)26.83%。金屬的磨損量與風(fēng)速的平方成正比，風(fēng)量越大，磨煤機(jī)內(nèi)部風(fēng)速越大，磨煤機(jī)內(nèi)部磨損量越大，易損件壽命越短，從而導(dǎo)致磨煤機(jī)大修周期提前。因此，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行風(fēng)量偏大，也是導(dǎo)致磨煤機(jī)易損件加速磨損的重要原因之一。

2.1.2 一次風(fēng)量和風(fēng)煤比

在BMCR工況磨煤機(jī)的設(shè)計(jì)一次風(fēng)量為113t／h。實(shí)際運(yùn)行中，6臺(tái)磨煤機(jī)一次風(fēng)量均超過設(shè)計(jì)值，最小128.7 t／h，最大則達(dá)148.5 t／h。磨煤機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)煤比2.0。實(shí)際運(yùn)行不均衡，6臺(tái)磨中有3臺(tái)超過設(shè)計(jì)值。詳見表1。

表1 煤量、風(fēng)量、風(fēng)煤比、風(fēng)速計(jì)算匯總

2.1.3 磨煤機(jī)運(yùn)行負(fù)荷

在BMCR設(shè)計(jì)工況下，設(shè)計(jì)的總磨煤出力為346 t/h，投入6臺(tái)磨運(yùn)行，單磨制粉出力為57.67 t/h。而在實(shí)際運(yùn)行中，單磨平均出力68.2 t/h，最大出力則達(dá)到71.54 t/h，超出設(shè)計(jì)值24.3%。

2.1.4 粉管風(fēng)速

制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)粉管風(fēng)速為24 m/s，沒有超出設(shè)計(jì)規(guī)范（22～28 m/s）的風(fēng)速范圍。按風(fēng)量計(jì)算的各磨四管平均最低風(fēng)速為23.96 m/s，而其最高風(fēng)速則達(dá)27.66 m/s，超過設(shè)計(jì)值。如果考慮到同一臺(tái)磨的管間風(fēng)速偏差，最高風(fēng)速接近30 m/s。

2.2 設(shè)計(jì)與選材方面

磨煤機(jī)出口管道材質(zhì)為不銹鋼材質(zhì)。但眾所周知，不銹鋼僅起防腐作用，其耐磨效果一般［2］。因此，磨煤機(jī)出口應(yīng)更換為耐磨材質(zhì)，并在其內(nèi)部貼耐磨陶瓷。

在動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)籠中，細(xì)粉與粗粉的通道重合、對(duì)沖，導(dǎo)致合格細(xì)粉上升受阻，部分被沖落，發(fā)生重復(fù)研磨，循環(huán)倍率增大，分離出力降低，制粉單耗上升。部分粗粉被沖入轉(zhuǎn)子后成功逃離，煤粉均勻性和煤粉細(xì)度指標(biāo)下降。由于循環(huán)倍率增大，系統(tǒng)阻力增大，加重了風(fēng)機(jī)負(fù)荷。轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速越快，對(duì)沖越嚴(yán)重，風(fēng)阻越大，重復(fù)研磨和跑粗現(xiàn)象越嚴(yán)重。

熱風(fēng)難以吹達(dá)磨碗上方弱風(fēng)區(qū)域，煤粉循環(huán)研磨，過度研磨嚴(yán)重。原煤直接落入研磨區(qū)，沒有預(yù)干燥，濕度大時(shí)，研磨出力下降。動(dòng)、靜風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)問題，導(dǎo)致一次風(fēng)吹入和導(dǎo)向角度不合理，穿過動(dòng)風(fēng)環(huán)縫隙的石子煤中含大量原煤，出力越大，排出原煤越多。

另外，由于磨煤出力不足，會(huì)加大磨輥壓力和增大煤量，堆積的原煤必然使得磨碗邊緣煤量過多，這些煤在動(dòng)靜風(fēng)環(huán)之間勢(shì)必加大磨損。圖6所示為動(dòng)靜風(fēng)環(huán)煤堆積現(xiàn)象。

圖6 動(dòng)靜風(fēng)環(huán)煤堆積

一次熱風(fēng)從磨碗下部的環(huán)形縫隙吹入磨內(nèi)，并攜帶煤粉向上流動(dòng)。在磨碗的正上方形成弱風(fēng)區(qū)域，該區(qū)域的煤粉只有小部分能夠順利被熱風(fēng)攜帶，混合磨碗邊緣溢出的煤粉一并被熱風(fēng)帶走。而在弱風(fēng)區(qū)的大量煤粉因無法被吹走而滯留，并被反復(fù)過度研磨。熱風(fēng)難以吹達(dá)磨碗上方的惰性區(qū)域，煤粉循環(huán)研磨，過度研磨嚴(yán)重。

2.3 制造方面

磨煤機(jī)焊接時(shí)，夾層里面有存水就進(jìn)行施焊密封，運(yùn)行中水被加熱蒸發(fā)壓力升高，在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生殼體爆裂。對(duì)其他沒有爆炸的磨煤機(jī)夾層鉆孔釋放蒸汽，避免了其他磨煤機(jī)的爆炸。

3 解決方案

3.1 優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行

在滿足鍋爐運(yùn)行要求的前提下，適當(dāng)降低磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)量。在BMCR負(fù)荷下維持6臺(tái)磨運(yùn)行，在其余負(fù)荷段盡可能保持多磨投用，以降低一次風(fēng)速和煤粉細(xì)度，從而降低風(fēng)煤比。建議在500 MW以上負(fù)荷時(shí)，風(fēng)煤比控制在1.8以下；360～500 MW負(fù)荷時(shí)，風(fēng)煤比控制在2.0～1.8；360 MW以下負(fù)荷時(shí)，風(fēng)煤比按原設(shè)計(jì)控制。將一次風(fēng)粉調(diào)平，在各磨4個(gè)風(fēng)管之間進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，適當(dāng)開大磨損嚴(yán)重粉管的節(jié)流縮孔。適當(dāng)增加磨煤機(jī)的加載油壓，降低出粉中大顆粒的份額。在不影響制粉總出力的情況下，適當(dāng)降低分離器的轉(zhuǎn)速，降低煤粉細(xì)度。將各粉管的一次風(fēng)量和風(fēng)速進(jìn)行標(biāo)定，減小實(shí)際風(fēng)量、風(fēng)速與表盤風(fēng)量、風(fēng)速的誤差。

根據(jù)磨煤機(jī)的技術(shù)條件制作圖7所示的風(fēng)量—入口風(fēng)溫曲線，供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中參照。該曲線所對(duì)應(yīng)的出口風(fēng)溫為75℃，原煤水分為15%，煤粉水分為4.55%。

圖7 風(fēng)量—入口風(fēng)溫曲線

3.2 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，建議加強(qiáng)磨煤機(jī)設(shè)備維護(hù)。根據(jù)煤質(zhì)及磨損情況重新檢查，調(diào)整磨煤機(jī)內(nèi)部的各間隙，需更換的耐磨件應(yīng)及時(shí)更換。嚴(yán)格控制原煤質(zhì)量，控制入磨煤的尺寸，盡量排除煤中所含有的各類雜質(zhì)。

建議在原煤倉頂部增加一道篩網(wǎng)，篩網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸為50 mm×50 mm，以除去原煤中顆粒過大的石塊等雜質(zhì)。并建議在輸煤系統(tǒng)中增加除鐵器數(shù)量，以除去原煤中的鐵塊及其他鐵件等雜質(zhì)。

3.3 托輥焊接修復(fù)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)磨煤機(jī)的磨輥及磨碗襯板進(jìn)行了磨損量檢測(cè)，3個(gè)磨輥?zhàn)畲竽p量分別為32.5 mm、35.5 mm和34mm，磨碗襯板最大磨損量為35mm。其總運(yùn)行時(shí)間為3 946 h，總投煤量為20.3萬t，建議對(duì)該磨輥進(jìn)行堆焊或?qū)δポ佪佁准耙r板進(jìn)行更換。

針對(duì)不同母材的材質(zhì)及其工況條件，需要選用不同成分的堆焊修復(fù)材料。應(yīng)對(duì)原磨輥材料進(jìn)行取樣化驗(yàn)，以確定焊絲的成分。堆焊層一般分為過渡層和硬化層。過渡層所用焊絲既要保證其與基體良好熔合，又無脆性相產(chǎn)生，并應(yīng)防止裂紋向基體擴(kuò)展。硬化層既要保證不脫層，又要有一定的耐磨性能。耐磨性與碳化物的數(shù)量和分布有關(guān)，含有大量一次碳化物的耐磨性好。

高鉻合金鑄鐵堆焊時(shí)，金屬的裂紋傾向很大，焊層會(huì)有細(xì)密的網(wǎng)狀裂紋，這是釋放應(yīng)力所必須的，有利于防止焊層大面積剝落。實(shí)踐證明，這些裂紋并不會(huì)擴(kuò)展，且對(duì)耐磨性影響不明顯。宜采用自動(dòng)埋弧焊機(jī)進(jìn)行焊接修補(bǔ)。過渡層焊完后，堆焊耐磨層。焊接層次不限，以符合磨輥尺寸標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。

3.4 風(fēng)環(huán)裝置加裝鍥型防護(hù)蓋板

當(dāng)一次風(fēng)較大時(shí)，固定防護(hù)罩的螺栓會(huì)被磨損壞，從而導(dǎo)致護(hù)罩脫落。應(yīng)設(shè)計(jì)安裝鍥型護(hù)板，以降低一次風(fēng)阻力，保證較高的風(fēng)壓，且使其均勻穩(wěn)定流暢。由于在葉輪裝置連接處加裝了保護(hù)蓋板來保護(hù)螺栓，設(shè)備使用壽命可超過20 000 h。圖8所示為鍥型防護(hù)蓋板。

圖8 鍥型防護(hù)蓋板

3.5 更換管道

更換磨煤機(jī)的煤粉出口管道?？蓪⑵涓鼡Q為耐磨損的陶瓷管道，但其安裝工藝要求較高，且一次性投資也較高。目前通常采用更換管道鋼材的方法加以解決。表2所示為磨煤機(jī)煤粉出口管道更換前后的對(duì)比結(jié)果。

表2 磨煤機(jī)煤粉出口管道更換前后對(duì)比

3.6 引風(fēng)至無風(fēng)區(qū)域

保持總風(fēng)量不變，負(fù)荷風(fēng)分出一路到落煤管吹向惰性區(qū)，對(duì)原煤進(jìn)行預(yù)烘干，以提高研磨出力，且有吹散惰性區(qū)的功能。導(dǎo)向篩采用新的動(dòng)、靜風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)，使一次風(fēng)傾斜一定角度吹向磨碗中心，只有真正的石子煤才能穿過并排出磨外，以減少原煤損失。磨輥中心增加通風(fēng)結(jié)構(gòu)，吹散磨碗上方的惰性區(qū)，以提高煤粉排出效率，避免過度研磨。調(diào)整中心預(yù)干燥熱風(fēng)和磨輥側(cè)風(fēng)的流向角度，以改善弱風(fēng)區(qū)域的熱風(fēng)量。圖9為預(yù)干燥熱風(fēng)和側(cè)風(fēng)流動(dòng)示意圖。

圖9 預(yù)干燥熱風(fēng)和側(cè)風(fēng)流動(dòng)示意圖

4 結(jié)語

為了保證磨煤機(jī)正常運(yùn)行，建議在原煤倉頂部增加一道篩網(wǎng)，以控制原煤粒度，并防止大塊雜質(zhì)入磨。在輸煤系統(tǒng)增加除鐵器數(shù)量，以避免大量金屬進(jìn)入，防止對(duì)磨煤機(jī)造成破壞性磨損。

在實(shí)際運(yùn)行中，可采取諸多相應(yīng)的技術(shù)措施以減緩磨損，延長設(shè)備的使用壽命。例如，可根據(jù)磨煤機(jī)的技術(shù)條件和前期配合數(shù)據(jù)表，針對(duì)煤種制作參考曲線；將磨煤機(jī)的出口管道更換為陶瓷管道或采用硬度高的耐磨管；采用針對(duì)性的堆焊工藝修復(fù)磨煤機(jī)托輥；對(duì)葉輪風(fēng)環(huán)固定螺栓進(jìn)行防護(hù)；改善中速磨弱風(fēng)區(qū)域空氣動(dòng)力場(chǎng)等。

［1］肖永輝，高殿臣.MPS255中速磨煤機(jī)噴嘴環(huán)改造［J］.熱力發(fā)電，2007（12）：90-91.

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

Causes and Solutions of the Medium-speed Pulverizer Damage

Medium-speed pulverizers are widely used in coal-fired power plants because of their low cost，low auxiliary power consumption and better pulverized coal uniformity.But actual operating conditions often seriously deviate from design values，resulting in severe wear damage to the pulverizers and their lower output.This paper analyzes causes of pulverizer wear damage in detail and proposes feasible solutions accordingly in the perspectives of operation，maintenance，structure and system transformation.These solutions can effectively mitigate wear damage and greatly extend service life，and are therefore of great significance for operation and management of coal pulverizing systems.

medium-speed pulverizer；wear analysis；solutions；service life

TK223.25

：B

：1007－9904（2014）06－0066－04

2014-10-11

張留中（1975），男，工程師，從事發(fā)電廠工程技術(shù)管理工作；

袁明（1976），男，高級(jí)工程師，從事電力建設(shè)管理工作。