風扇磨煤機改輕型打擊輪后的性能研究

劉柏林 孟凡榮 孫英臣

摘 要：風扇磨煤機的通風量直接影響其出力。運行證明，風扇磨煤機的研磨出力富裕度較大，其出力主要由通風出力決定。文章主要論述風扇磨煤機由重型打擊輪改為輕型打擊輪后，對磨煤機通風出力及相關參數(shù)的影響。

關鍵詞：風扇磨煤機;打擊輪;風量;壽命;啟動時間

中圖分類號：TK224.1 文獻標識碼：A

1 原理及結構

1.1 風扇磨煤機結構及原理

風扇磨煤機是燃煤電站中為鍋爐提供燃料的制粉破碎設備，集制粉、輸粉、干燥三種功能于一身。原料煤與干燥介質經(jīng)干燥段落煤管進入磨煤機期間充分混合。干燥介質蒸發(fā)掉原料煤部分水分，得到初步干燥。原料煤進入風扇磨后，其粉碎過程可分解為兩步：一是在干燥介質的熱量作用下，煤的外在水分被蒸發(fā)，煤顆粒體積由于失去水分發(fā)生收縮。由于煤顆粒的內(nèi)部收縮比外部收縮慢，因而產(chǎn)生內(nèi)部應力，進而導致煤顆粒表面產(chǎn)生裂紋，直至完全破裂，此現(xiàn)象被稱為干燥破碎;二是煤顆粒在風扇磨內(nèi)受到旋轉打擊輪的高速沖擊產(chǎn)生破碎，并被拋到風扇磨周向襯板上破碎。在流動氣體介質的帶動下，破碎的煤粉粒沿圓周方向螺旋護板做環(huán)流運動，大的粉粒由于自重而從氣流中分離出來，重新進入打擊破碎區(qū)域，又被拋到周向襯板上，這種反復的循環(huán)過程被稱為“撞擊破碎”。

原煤顆粒由于不斷破碎，其新的表面水分不斷蒸發(fā)，進而表面又重新產(chǎn)生龜裂，有利于再一次的撞擊破碎。經(jīng)過這兩種破碎方式的交替進行，將原煤顆粒破碎到一定的粒徑。風扇磨其自身結構具有低效風機的功能特性，通過其送風功能將上述兩種綜合作用破碎，達到一定粒徑的煤粉送向磨煤機上部。在上部分離器內(nèi)進行慣性分離及重力分離，合格的粉粒經(jīng)輸粉管道送往鍋爐，經(jīng)燃燒器后進入煤粉鍋爐燃燒，分離出來的粗粉經(jīng)回粉管返回風扇磨內(nèi)重新破碎。

風扇磨煤機主要由檢修關斷用插板伸縮節(jié)，連接落煤管和改變輸送方向的大門，打擊破碎的打擊輪，包裹打擊輪并承載分離器重量的機殼，煤粉分離用的分離器（上、下節(jié)），連接電機和打擊輪并承載打擊輪懸臂重量的軸承箱，固定打擊輪的軸端固定裝置，密封打擊輪前后盤的密封裝置，連接電機和軸承箱的聯(lián)軸器，連接軸承箱和基礎、并承載軸承箱重量的軸承箱底座、基礎等裝配部件組成。

1.2 輕型打擊輪特點

打擊輪是風扇磨煤機內(nèi)部對原煤進行破碎的關鍵部件，安裝在磨煤機軸承箱主軸的懸臂端。輕型打擊輪由前盤、后盤、焊接結構的聯(lián)接梁[1]、堆焊耐磨打擊板、前、后盤襯板（用于防止前、后盤內(nèi)側磨損）、護環(huán)（用于防護后盤磨損）、擋塊（用于固定打擊板）等件組成。輕型打擊輪的結構特點如下。

以高韌性材料為基體，采用合理的堆焊工藝，制造出表面附有耐磨材料的復合打擊板，有效提升了整體打擊板的耐磨強度。同時，內(nèi)打擊板設計為異形打擊板，在易磨損處做了局部加強，有效保證了打擊板的使用壽命。

輕型輪是在保證原設安全系數(shù)的情況下，提高部件的材料性能，改變輪盤等部件的幾何尺寸，對前、后盤、打擊板、聯(lián)接梁都進行減薄設計的輕型結構。結構上，打擊輪前后盤、聯(lián)接梁、打擊板采用了止口的連接結構，加強了結構強度。材料上，前、后盤采用組織性更好的9NiMn5材料進行焊接，聯(lián)接梁也由鑄造形式更改為性能更好的鋼板焊接形式[1]。經(jīng)過輕量化設計后，輕型打擊輪的前、后盤厚度比較重型打擊輪減薄約35%，內(nèi)外打擊板的重量減輕近40%。在相同工況下，其轉動慣量大幅度下降，從而降低了磨煤機電耗。

由于輕型輪因各部件減薄，聯(lián)接梁也變小，輪體通流面積增大（增加約20%），磨煤機通風效率也會相應增加，從而提高制粉效率。

2 使用情況對比

霍煤鴻駿鋁電電力分公司的100MW鍋爐，為武漢鍋爐廠生產(chǎn)制造的WGZ-410/9.8-13型單鍋筒，具有自然循環(huán)、Ⅱ形布置、平衡通風、風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)、六角切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、全鋼板架、懸吊結構等特點。每臺爐配備6臺FM275.550型風扇磨煤機（5臺運行、1臺備用）。

電力分公司150MW鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)制造的型號為WGZ480/13.7-5型鍋爐，單鍋筒具有自然循環(huán)、一次中間再熱、Ⅱ形布置、平衡通風、緊身封閉、風扇磨直吹制粉系統(tǒng)、六角切圓燃燒方式、尾部雙煙道煙氣擋板調溫、固態(tài)排渣、全鋼構架、懸吊結構等特點。每臺爐配備6臺FM275.755型風扇磨煤機（5臺運行，1臺備用）。

2.1 原結構存在的問題

通過系統(tǒng)運行畫面以及運行人員反饋，所用煤質與設計初期煤種變化后，風扇磨煤機磨損后期提升壓頭偏小，風扇磨煤機在高負荷運行時各個參數(shù)接近極限數(shù)值，余量較小。

原打擊輪的結構為老式重型打擊輪結構，主要存在的問題有：打擊輪后盤使用壽命短，原煤經(jīng)大門軸向進入磨煤機，由于大門內(nèi)側勻流環(huán)的導向作用，煤流對后盤輪轂與輪盤交接處造成沖刷磨損，長時間的磨損使該位置形成環(huán)形的溝槽，造成后盤強度降低，不僅會影響后盤使用壽命，而且會造成運行安全事故;前后盤處護圈磨損嚴重，使用壽命約為2000h;打擊板使用壽命短，使用壽命約為2200h，每年需要進行3～4次的檢修維護。

原風扇磨煤機采用的重型打擊輪轉動慣量較大，在磨煤機啟動時電流較高，對主電機的鼠籠條有一定的傷害，影響電機使用壽命，同時也是對能源的一種浪費。

2.2 改造措施

將重型打擊輪改為輕型打擊輪，并對磨煤機打擊輪及內(nèi)部易磨損位置做優(yōu)化變更：去掉原大門內(nèi)側的勻流環(huán)，避免煤流對后盤輪轂與輪盤交接處造成沖刷磨損;在打擊輪內(nèi)側增加護環(huán)，對后盤盤面起到保護作用;將前、后盤的厚度由原來重型輪的100mm改為65mm，打擊板厚度改為50mm，并在打擊板表面堆焊一定厚度的堆焊耐磨層，以保證打擊板的使用壽命;前、后盤與聯(lián)接梁、打擊板的結合方式，由以前的止口形式改為現(xiàn)在的燕尾槽形式;為了方便更換前、后盤背筋，將背筋的連接方式由焊接改為螺栓連接;在大門內(nèi)側增加梯形落料板，保證內(nèi)打擊板磨損更加均勻，延長內(nèi)打擊板使用壽命。

本次共計改造6套風扇磨煤機輕型打擊輪，分別為3套FM275.550型風扇磨煤機打擊輪，3套FM275.755型風扇磨煤打擊輪。為了增加風扇磨煤機的攜粉能力，改造后的輕型打擊輪，在保證回裝和穩(wěn)定運行的前提下，減輕打擊輪的重量，增大通風截面。同時，改善易損件的材質，提高打擊輪的使用壽命。

2.3 改造前后對比

2.3.1 改造為輕型打擊輪、增大通風截面積、減輕打擊輪重量

FM275.550型風扇磨煤機改后的打擊輪重量由原來的10 950kg變?yōu)? 093kg（重量減輕了26%），前、后盤的內(nèi)側間距由原來的755mm變?yōu)?25mm（增加了9%）;FM275.755型風扇磨煤機打擊輪重量由原來的11 915kg變?yōu)?700.4kg（重量減輕了27%），前、后盤的內(nèi)側間距由原來的550mm變?yōu)?20mm（增加了13%）。

風扇磨煤機的通風特性可按離心風機理論來計算，即結構相似、不同直徑風扇磨煤機之間，流量系數(shù)及壓頭系數(shù)皆分別相等原則。式中：

ф-風扇磨流量系數(shù);ε-風扇磨壓頭系數(shù);Qm-風扇磨的通風量，m3/s;ΔPm-風扇磨進出口壓差，Pa;ω2-輪盤外邊沿線速度，m/s;n-轉速，r/min;A2-輪盤外緣面積，m2，A2=лd2B;D2-輪體外徑，m;ρ-介質密度，kg/m3;B-有效寬度，m;

不同直徑、幾何相近的風扇磨通風量和壓頭存在以下關系：

按上述理論計算，打擊輪的通風量Q與有效寬度B成正比，改造后的輕型打擊輪風量較改造前可提高約9%～13%左右。

改造后的打擊輪重量較改造前減輕了約26%～27%，轉動慣量也相應地減少。所以，磨煤機的啟動電流也會相應降低，起到節(jié)能降耗的作用。雖然改造后的打擊輪變輕，但同時磨煤機的風量又有很大提升，所以運行電流在改造前后磨煤機的電流數(shù)值變化不大。

2.3.2 易損件材質及結構的提升

前、后盤聯(lián)接梁原設計為鑄件，改造為16Mn鋼板焊接結構，不易斷裂，安全性增強;防止前、后盤盤面磨損，增加前后盤背筋，背筋采用螺栓連接，方便更換背筋;打擊板材質改為堆焊耐磨材質，提高了打擊板的使用壽命，改造前2200h，改造后3500h;增加打擊輪防磨盤，改造后能更好地保護后盤，避免后盤與輪轂接觸處磨損;改造風扇磨煤機大門，主要是在大門內(nèi)部增加導流裝置，從而讓原煤均勻地到達打擊輪工作面，避免局部磨損過快，提高打擊板使用壽命。

2.3.3 減少磨煤機啟動時間

磨煤機改造后，比改造前磨煤機的啟動時間節(jié)省15s左右。改造為輕型打擊輪后，重量減輕，啟動時間大幅降低。雖然運行畫面上無法顯示啟動電流值，根據(jù)啟動時間推測，啟動電流也會大幅降低。

3 結語

輕型打擊輪比重型打擊輪重量輕、通風能力強、堆焊打擊板使用壽命長。改造為輕型打擊輪后，提高了風扇磨煤機的通風出力，減少了磨煤機打擊輪檢修次數(shù)，可節(jié)省大量的檢修時間及人力、物力。同時，也縮短了風扇磨煤機啟動時間，降低了磨煤機啟動電流。所以，輕型打擊輪市場前景廣闊。

參考文獻

[1] 楊益，李雁博.“S”系列風扇磨煤機的改造[J].四川電力技術，2002（6）：24-25，32.