一種新型實現(xiàn)磨煤機節(jié)能及磨棍延壽系統(tǒng)

瓦明達

（廣東國華粵電臺山電廠，廣東 臺山 529228）

0 引言

磨煤機是火力發(fā)電機組碾磨原煤，將煤塊破碎并磨成煤粉的機械，使其達到能在爐內有效地燃燒細度的重要輔助設備，屬于鍋爐重要輔機之一。工作原理為：原煤從進料口落在磨盤中央，同時熱風（一次風）從進風口進入磨內。隨著磨盤的轉動，顆粒小且干燥的煤粉仍逗留在氣流中并被攜帶至分離器，大顆粒煤粉則回落至磨碗被進一步碾磨，而較小的煤粒則離開分離器進至煤粉管道，送至鍋爐燃燒。

1 現(xiàn)狀分析

磨煤機具有三個磨輥，沿圓周方向均勻布置在磨盤滾道上，磨輥的碾磨力由液壓加載系統(tǒng)（或彈簧加載系統(tǒng)）提供，碾磨力均勻作用至三個磨輥上。這個力是經(jīng)磨環(huán)、磨輥、壓架、拉桿裝置、傳動盤裝置、減速機構、液壓缸執(zhí)行后通過底板傳至基礎，如圖1所示。

圖1 液壓加載系統(tǒng)示意圖

液壓加載系統(tǒng)（或彈簧加載系統(tǒng)）的加載力是根據(jù)磨煤機煤粉細度和單耗確定試驗，在不同磨煤機出力情況下得出的最佳加載力。這樣，對于同一臺磨煤機來說，不論磨煤機新舊程度、煤種是否變化，在給煤機給煤量恒定的情況下，則加載力不變。由于加載力不能根據(jù)磨輥的磨損情況和煤種的變化進行自適應調節(jié)，導致磨煤機布恩那個處于最有方式運行，加劇了磨煤機的磨損，同時導致單耗上升[1]。具體分析如下：

1）同樣給煤量的情況下，隨著磨煤機運行時間的增加磨輥必有磨損，由于加載力不能自適應調節(jié)，此時，相對于該磨在未磨損狀態(tài)下，磨輥與磨碗之間的間隙必然變大，則墊煤層厚度變厚，磨煤機磨輥破碎能力降低，效率降低，磨煤機單耗上升。

2）運行中的磨煤機，特別是在低負荷情況下，加載力不足（相對于最優(yōu)加載力而言），磨煤機碾磨出力下降，合格煤粉比例下降，大量粗煤粉經(jīng)分離器后返回磨碗再度碾磨，出粉率下降；而進煤量不變，磨碗上積煤增加，磨碗與磨輥間的墊煤厚度增加，更進一步加劇了磨煤機碾磨出力下降，合格煤粉比例下降，進的煤量不變，出粉率越來越小，直至形成新的平衡，磨煤機單耗大幅上升；或者形成惡性循環(huán)，墊煤層越來越厚，在加載力恒定的情況下，碾磨達到要求的細粉越來越少，進而出煤平衡被打破，最終造成堵煤[2]。如圖2所示。

圖2 磨煤機運行過程堵煤分析圖

3）運行中的磨煤機，特別是在低負荷情況下，加載力過大，磨煤機碾磨出力增強，合格煤粉比例上升，少量粗煤粉經(jīng)分離器后返回磨碗再度碾磨，磨碗上積煤減少，磨碗與磨輥間的墊煤厚度變薄，原先夾雜在原煤中的石子煤、雜物等較大徑塊狀物接觸到磨輥和磨碗面，引起硬磨，甚至引起磨碗與磨輥間干磨，加劇磨煤機磨損速率，同時增加磨煤機不必要的單耗,如圖3所示。

圖3 磨碗與磨輥間干磨分析圖

4）恒定加載力對多煤種的適應能力差，當煤種發(fā)生變化時，不同的煤種研磨成鍋爐燃燒煤粉細度時，所需要的研磨力不同：對于硬度大難磨的煤，若加載力不加大，則墊煤層越磨越厚，產(chǎn)生積煤、堵煤，使磨煤機單耗上升；而對于易磨的煤，在同樣的加載力的情況下，墊煤層越磨越薄，而石子煤直接滾到磨輥與磨碗處，產(chǎn)生干磨現(xiàn)象，造成磨輥與磨碗磨損加大，石子煤排放量減少 。

5）對于新、舊磨煤機來說，新的磨煤機磨損程度輕，在同樣加載力的情況下，出粉效率高；而舊的磨煤機，磨損程度重，在同樣加載力情況下，墊煤層變厚，這樣易產(chǎn)生堵煤，同時效率也下降。

隨著原煤的供應日趨緊張，為了滿足實際生產(chǎn)的需要，發(fā)電廠需要經(jīng)常使用偏離設計值的煤種，這很容易造成燃煤中煤矸石、硫、石英、黃鐵礦及其它雜質含量超標和燃燒值降低。由于煤矸石的硬度大大高于煤，且其它雜質含量超標，現(xiàn)在研磨同等重量的煤，磨盤、磨輥的磨損大大高于正常值；因此對磨煤機加載系統(tǒng)的要求就更高。

2 液壓變加載控制系統(tǒng)概述與新增設備

2.1 控制系統(tǒng)原理

為防止磨輥與磨碗的磨損，提高磨煤機效率，使之處于最優(yōu)工作點上，延長磨輥的使用壽命，應從保證磨輥與磨碗間隙著手，然后根據(jù)間隙大小調整比例閥，輸出合適的加載力，這是目前其它公司尚未解決的難題[3]。為此我公司實施了液壓變加載專利技術，測量出磨碗與磨輥之間的墊煤層厚度，通過液壓變加載控制系統(tǒng)，實現(xiàn)磨煤機的節(jié)能與磨輥的延壽效果。如圖4所示。

圖4 液壓變加載控制系統(tǒng)的原理圖

由上圖可以看出，液壓變加載控制系統(tǒng)通過計算墊煤層厚度，并考慮給煤量和磨煤機運行時間對磨輥和磨碗之間的影響，最終綜合計算出一個最佳加載力輸出給比例閥。如此保證了磨煤機磨輥的加載力隨著不同給煤量、不同煤種、不同運行時間而變化。通過實驗調整能夠確保任何工況、任何時間加載力始終最佳，如此就能使磨煤機運行在最優(yōu)工況，實現(xiàn)節(jié)能及磨輥延壽的目標。

2.2 控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

液壓變加載控制系統(tǒng)包括磨煤機液壓油站、加載油壓控制裝置、磨碗與磨輥間隙測量裝置、PLC就地邏輯控制處理柜及控制軟件等幾部分。通過液壓變加載控制系統(tǒng)，能夠解決上述現(xiàn)行固定加載力磨煤機存在的種種弊端，并實現(xiàn)如下功能：

1）實時測量磨碗與磨輥間隙，輸入PLC 系統(tǒng)，計算磨煤機內磨碗上墊層煤厚度。

2）PLC 根據(jù)磨碗上墊層煤厚度及磨煤機出力控制液壓加載油最佳壓力設定，輸出信號控制加載油壓力，調整磨輥加載力，達到控制墊層煤厚度的目的。

3）較低負荷時保證合適的磨碗墊層煤厚度，防止因液壓加載力過大引起的墊層煤過薄，導致磨輥與石子煤硬磨，或磨碗與磨輥干磨，以減少磨輥在運行中的磨損，延長磨輥使用壽命；同時降低磨煤機的電流，達到節(jié)能效果[4-5]。

4）通過磨碗和磨輥間隙控制，防止磨煤機高負荷時因磨碗上墊層煤過厚，引起磨煤機堵煤，磨煤機電流偏大，達到節(jié)能效果。

5）根據(jù)磨煤機內磨碗和磨輥的間隙控制加載力，提高磨煤機對不同可磨特性的煤種的自適應性。

2.3 新增加統(tǒng)設備

增加的系統(tǒng)設計設備清單與IO清單，如表1、表2所示。

表1 系統(tǒng)設備清單

表2 系統(tǒng)IO清單

3 變加載優(yōu)化試驗

為了對比液壓變加載改造前后的情況, 進行了以下試驗:磨損初期定加載特性試驗、磨損后期定加試驗、磨損初期液壓變加載特性試驗、磨損后期液壓變加載特性試驗。

3.1 測定不同加載方式下磨煤機最小出力試驗

定加載方式穩(wěn)定運行一段時間，磨入口一次風量控制投入自動，逐步調整磨煤機給煤量，逐漸減少磨煤機煤量至最小出力。在減少磨煤機煤量的過程中觀測磨煤機通風量和磨煤機振動情況[6]。若發(fā)現(xiàn)磨煤機有振動增大的傾向，則磨煤機的保持此時的入煤量不變，在此出力下穩(wěn)定運行半小時以上, 然后在磨煤機出口處抽取煤粉樣，并用標準篩進行篩分，檢驗煤粉細度。采用同樣的工況將磨煤機調整為變加載方式，試驗磨煤機最小出力。

3.2 測定不同加載方式下磨煤機最大出力

將磨煤機液壓加載系統(tǒng)在定加載方式穩(wěn)定運行一段時間，磨入口一次風量控制投入自動，逐步調整磨煤機給煤量，逐漸增加試驗磨煤機煤量至最大出力，在增大磨煤機煤量的過程中觀測確保磨煤機運行正常。若發(fā)現(xiàn)磨煤機出力已超過磨煤機最大負載時, 則暫停磨煤機出力增加。在磨煤機不堵煤或石子煤排放量正常時，磨煤機穩(wěn)定運行半小時以上，然后在磨煤機出口處抽取煤粉樣，并用標準篩進行篩分。采用同樣的工況將磨煤機調整為變加載方式，重復定加載方式相同的試驗方法，得出在變加載磨煤機的最大出力。

3.3 變加載磨煤機電耗及煤粉細度測試

磨煤機在不同出力和不同加載力下的磨煤機電耗不同，采用變加載方式后磨煤機加載力隨給煤量的變化而變化。從試驗可以得出，磨煤機在定加載模式下磨損前期、后期煤粉細度過篩率均超過70%，分別達到72%和75%。另外，當磨煤機出力低負荷時，定加載力下的電耗要高于變加載的電耗；當磨煤機出力增大時，電耗方面定加載加載力要小于變加載。因此為測定兩種不同加載方的電耗，采用正常運行時鍋爐磨煤機的出力50%時，計算磨煤電耗的加權平均值作為磨煤機實際計算電耗。

3.4 變加載運行方案

優(yōu)化磨煤機液壓加載系統(tǒng)加載曲線，磨煤機在中低出力下采用變加載方式，而在高出力下采用固定加載力[7，8]，實現(xiàn)全負荷范圍內加載力與出力的最佳匹配。從運行數(shù)據(jù)看，磨煤機在中負荷和低負荷階段運行時, 節(jié)能降耗效果顯著，可靠性增加，設備全壽命周期延長，保證磨煤機及出力及出口煤粉細度的情況下，磨煤機單耗降低到最低，達到節(jié)能目的。

4 結束語

磨煤機加載裝置由定加載模式改為變加載模式后，磨煤機始終處于最佳狀態(tài)運行因而最大限度地節(jié)省控制系統(tǒng)的能耗，提高運行的經(jīng)濟性。磨煤機能在低負荷工況下安全運行，提高了機組的負荷適應性和調峰能力。磨煤機實現(xiàn)了隨時調整加載力，大大增強了加載系統(tǒng)對磨煤機各種工況其不同煤種的適應性，在目前煤質普遍偏差的情況下，滿足磨煤機的出力要求。通過對磨煤機加載力曲線的性能優(yōu)化，可以確保磨煤機在磨輥等裝置老化或磨損后磨出的煤粉細度仍能滿足設計要求，煤粉細度的提高有利于優(yōu)化燃燒，節(jié)能減排。另外磨煤機加載力及加載曲線的合理整定可降低磨煤機電耗，提高機組節(jié)能和經(jīng)濟性。□

[1] 許潤,裘迅斌,傅海浩.火力發(fā)電廠鋼球磨機節(jié)能優(yōu)化控制及實現(xiàn)[J].軟件.2010(08).

[2] 劉德來.中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)運行特性分析[J],山西焦煤科技,2008,7.

[3] 黨國軍,陳佳新,白華寧. MPS型中速磨煤機運行狀況的分析[J].寧夏電力.2006(03).

[4] 丁寶忠.酒鋼ZGM95G型磨煤機技術改造及試驗研究[D],華北電力大學碩士論文,2009,5.

[5] Khaled Elalem,D.Y. Li. Dynamical simulation of an abrasive wear process[J]. Journal of Computer - Aided Materials Design.1999 (2-3).

[6] 王麗英.大型鍋爐中速磨煤機運行的主要問題及對策[J].電站系統(tǒng)工程.2002(01).

[7] 謝國鴻,朱光明,段學農(nóng),彭敏,陳文.ZGM133G中速磨煤機特點及運行分析[J].發(fā)電設備. 2011(01).

[8] 王金奎.關于ZGM113GI型中速磨煤機出力特性的探究[J].科技信息.2010(01).