HP 型中速磨煤機綜合提效治理方法研究

盛曦葵

（浙江大唐能源營銷有限公司，浙江 杭州310016）

1 概述

目前國內(nèi)新建及大容量燃煤發(fā)電機組制粉系統(tǒng)主流配套設(shè)計為HP 碗式中速磨煤機，該型號磨煤機是上海重型機器廠在引進(jìn)RP 系列磨煤機基礎(chǔ)上又向ABB-CE 公司引進(jìn)了全套HP 系列碗式中速磨煤機設(shè)計和制造技術(shù)進(jìn)行國產(chǎn)化生產(chǎn)的。根據(jù)該磨煤機的設(shè)計參數(shù)、運行情況和磨損程度，以及實際運行和日常維護(hù)的情況來看，設(shè)備整體及襯板、輥套等部件通過周期2 年的大修定期更換或修復(fù)可以滿足設(shè)備安全運行的要求。但是，在設(shè)備使用過程中也存在一些因設(shè)計或?qū)嶋H情況而產(chǎn)生的突出問題，需要進(jìn)行研究、改進(jìn)，以保證機組運行的可靠性，降低設(shè)備維護(hù)費用。

2 設(shè)備概況

烏沙山發(fā)電公司4*600MW機組采用中速磨冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配備6 臺上重HP1003 碗式中速磨煤機，每臺磨煤機帶鍋爐的1 層燃燒器，磨煤機運行參數(shù)見表1。以神府東勝煤作為設(shè)計煤種，以大同塔山煤作為校核煤種，可磨系數(shù)（HGI）為55，設(shè)計煤種煤粉細(xì)度R90=18%，煤粉水分為4.5%，入磨煤粒度小于35mm。

磨煤機設(shè)備的工作環(huán)境差，磨輥周圍充滿煤粉顆粒，原設(shè)計密封風(fēng)壓較低且密封方式不當(dāng)，加之磨輥裝置檢修的質(zhì)量問題，導(dǎo)致磨輥裝置軸承箱易進(jìn)粉，致使?jié)櫥唾|(zhì)惡化，磨煤機振動增大，磨輥的振動又加快了密封圈進(jìn)一步損壞，如此產(chǎn)生惡性循環(huán)，大多磨輥裝置骨架油封的使用壽命達(dá)不到22000h 的設(shè)計要求，最終出現(xiàn)磨輥軸承損壞、磨輥停轉(zhuǎn)等問題。更換磨輥需使磨煤機強制退出運行且檢修時間較長，降低了機組運行的安全可靠性。磨煤機的振動還有可能對減速機等其他部件造成損傷，磨輥軸承價格也較為昂貴，檢修過程中需要動用起重、焊接等特種作業(yè)，整個檢修維護(hù)環(huán)節(jié)占用了大量人力、物力。

表1 HP1003 磨煤機運行參數(shù)

3 問題分析及治理方法

3.1 磨輥裝置密封風(fēng)系統(tǒng)改造

3.1.1 原磨輥裝置密封風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計缺陷。磨輥裝置軸承箱密封風(fēng)設(shè)計不合理，使得軸承箱進(jìn)粉、密封裝置損壞成為影響磨煤機安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行的主要問題之一。

HP 碗式中速磨煤機是通過磨輥與磨盤不停碾磨，再由分離器的篩選制出合適細(xì)度的煤粉，由一次風(fēng)攜帶入爐膛燃燒。由于在碾磨過程中，磨輥頭需要不停的旋轉(zhuǎn)，就必然存在動靜磨損的問題，因此磨輥裝置結(jié)構(gòu)上設(shè)置了油封與磨輥軸耐磨套作為磨損面。另外，為了延長其使用壽命同時設(shè)計了磨輥襯板和磨輥密封風(fēng)，其部分目的就是降低磨輥密封處的煤粉濃度、減少煤粉進(jìn)入軸承箱的概率。但磨煤機磨輥裝置原有的密封風(fēng)設(shè)計在磨輥外部，設(shè)計原理是將磨輥軸封處的煤粉吹散，但是實際運行過程中密封風(fēng)在將煤粉吹走的同時，有可能將煤粉吹到密封圈內(nèi)，這些細(xì)小堅硬的煤粉滲入磨輥裝置的密封面更加劇了油封和耐磨套的磨損，發(fā)生油封損壞、磨輥軸承箱進(jìn)粉油質(zhì)變差，若檢查不及時甚至損壞磨輥軸承、造成磨輥停轉(zhuǎn)。

四臺機組以往每年至少更換磨輥裝置12 套，設(shè)備維護(hù)費用消耗巨大，而且更換磨輥是磨煤機檢修維護(hù)中較為繁重的工作之一，更換一個磨輥至少需要5 個工人工作20 個小時，作業(yè)過程中還涉及到大量起重工作，有相當(dāng)大的難度和危險性，有時因為設(shè)備退備時間較長還易造成機組負(fù)荷受限。

3.1.2 創(chuàng)新優(yōu)化解決方法及其先進(jìn)性。在磨輥軸端面加油孔上方沿軸向鉆一個Φ10 的孔（如圖1），并從骨架油封的油封和灰封（約有30mm的寬度）中間的位置徑向垂直引出，同時打穿耐磨套，使壓縮空氣可進(jìn)入油封和灰封中間形成高壓風(fēng)環(huán)，磨輥頭為全封閉結(jié)構(gòu)，因而壓縮空氣只會從油封和耐磨套的縫隙向磨輥裝置外噴出，對磨輥軸承箱潤滑油和軸承均無影響，且壓力遠(yuǎn)大于一次風(fēng)和原有密封風(fēng)壓力（壓差大于30KPa）。通過對磨輥軸及軸承箱密封方式和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)造性改造，使壓縮空氣可進(jìn)入油封和灰封中間形成高壓風(fēng)環(huán)，并只能向磨輥外出風(fēng)，改變了磨輥裝置軸承箱原有不合理的密封形式，有效防止煤粉等顆粒進(jìn)入磨輥軸承箱，從根本解決了該問題。

圖1 磨煤機磨輥軸改進(jìn)示意圖

3.2 葉輪裝置噴口的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2.1 原葉輪裝置噴口設(shè)計存在的缺陷。由于煤炭資源緊張或不平衡，火電廠實際使用的燃料與設(shè)計煤種偏差很大，通常需要進(jìn)行配煤摻燒，但由于葉輪裝置存在設(shè)計性缺陷，噴口處形成漩渦、局部損失大，嚴(yán)重影響了一次風(fēng)速、對不同煤種的適應(yīng)性能較差，不及時調(diào)整易造成磨煤機出力不足的問題。

葉輪裝置原設(shè)計是根據(jù)不同煤質(zhì)情況和運行效果在噴口處加裝或調(diào)整空氣節(jié)流環(huán)，用來滿足磨煤機正常運行通風(fēng)要求，空氣節(jié)流環(huán)與葉輪裝置立面形成了90°直角空間，熱風(fēng)流經(jīng)噴口處時形成漩渦、局部損失大，嚴(yán)重影響了一次風(fēng)速，存在較大的優(yōu)化空間。

3.2.2 創(chuàng)新優(yōu)化解決方法及其先進(jìn)性。在葉輪通流孔內(nèi)、外側(cè)加焊弧型導(dǎo)流隔板（如圖2，δ=10mm 錳鋼板），使葉輪的通流孔處形成流線型漸縮通道，使一次風(fēng)暢流以減少氣流局部壓強損失。通流孔剩余空間的剖面距離為50mm，以保證當(dāng)流量Q=102knm3/h 時，流速達(dá)到V=64.5M/S（經(jīng)過計算得出通流面的剖面距離為50mm）。改造前的局部損失系數(shù)ξ=0.5*（1-A2/A1），約為0.35 左右；改造后的的局部損失系數(shù)ξ 隨著進(jìn)口的圓滑程度而大大降低，對于圓形勻滑的邊緣，ξ 在0.02-0.04 之間，但由于葉輪裝置葉片不可改造，因此此處的局部損失系數(shù)ξ 約為0.1 左右。利用流體運行規(guī)律，通過在葉輪通流孔內(nèi)、外側(cè)加焊弧型導(dǎo)流隔板，使葉輪的通流孔處形成流線型漸縮通道的優(yōu)化，使一次風(fēng)暢流以減少氣流局部壓強損失，改造后的局部損失系數(shù)大大降低。

圖2 葉輪裝置改造前后對比示意圖

4 成果實施及應(yīng)用效果介紹

4.1 設(shè)備性能提升

我公司#1-#4 機組24 臺HP1003 磨煤機進(jìn)行了綜合提效治理改造研究，多年來對設(shè)備實際運行情況觀察的實踐證明，通過加裝磨輥氣密封、葉輪噴嘴漸縮改造，磨煤機運行情況良好，對各個磨輥軸承箱的油質(zhì)油位檢查情況良好，未發(fā)生因磨輥裝置密封損壞引起的缺陷，設(shè)備退備次數(shù)明顯減少，可靠性顯著提升，同時大大減輕了檢修維護(hù)人員的工作量和勞動強度，降低了設(shè)備的維護(hù)費用。

另外，通過對葉輪裝置噴口進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，原本在風(fēng)環(huán)噴口處形成較強的紊流，現(xiàn)將不規(guī)則的噴嘴改為漸縮型，減小紊流，降低系統(tǒng)阻力，提高風(fēng)環(huán)風(fēng)速，增強磨煤機的帶負(fù)荷能力，改造前最大出力50t/h，改造后最大出力55t/h。主要是因為風(fēng)環(huán)改造提高了通過風(fēng)環(huán)一次風(fēng)的風(fēng)速，減少了一次風(fēng)壓強損失，改造后可應(yīng)對各種不同煤質(zhì)的要求，為電廠經(jīng)濟(jì)配煤摻燒提供了有力保障。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益顯著

4.2.1 磨輥裝置密封風(fēng)系統(tǒng)改造。磨煤機磨輥裝置檢修成本較高，HP1003 型中速磨煤機磨輥裝置骨架油封約6000 元/套，耐磨套約3000 元/個，磨輥軸承約50000 元/套，磨輥裝置的檢修人工費為9000 元/套，根據(jù)烏沙山發(fā)電廠磨煤機以往檢修維護(hù)情況來看，四臺機組每年至少更換磨輥裝置12 套，一年因磨輥密封裝置損壞而檢修、更換備件的費用約為45 萬元，磨輥裝置加裝密封風(fēng)改造每臺爐的材料、人工費為4 萬元，全廠4 臺機組改造總計16萬元，不到半年即可收回成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2.2 葉輪裝置噴口優(yōu)化改造。從提高磨煤機出力、增強經(jīng)濟(jì)配煤摻燒角度考慮，葉輪噴口改造材料、人工費全廠4 臺機組改造總計50 萬元。

（1）石子煤排量減少，石子煤熱值降低。風(fēng)環(huán)改造前后，各取十天為試驗標(biāo)本，改造前石子煤排量平均為6t/8 小時，改造后石子煤排量平均為5t/8 小時；改造前石子煤化驗熱值為3700cal/g，改造后石子煤化驗熱值為3000cal/g。改造前后全年節(jié)省燃煤總價為：

G＝（6*3700/7000-5*3000/7000）*3*365*845＝95.3 萬元

（2）入爐煤所需熱值降低，對于摻配煤具有重要意義。風(fēng)環(huán)改造前，為了滿足氮氧化物達(dá)標(biāo)排放，不限制機組負(fù)荷，入爐煤熱量均值為5100cal/g，改造后同樣條件限制下，入爐煤熱量均值下降為4900cal/g。經(jīng)設(shè)備部、燃料部統(tǒng)計計算，這兩種煤的標(biāo)煤單價相差20 元/t。

以09 年全年耗煤547 萬噸，全年入爐煤熱量均值為5153cal/g來計算，理論上風(fēng)環(huán)改造可以節(jié)省開支為：

G＝20*547*5153/7000＝8053 萬元

該計算取決于實際摻配煤情況，實際效果將低于理論效果。

（3）磨煤機風(fēng)環(huán)阻力降低，降低風(fēng)機單耗。理論上風(fēng)環(huán)改為漸縮噴嘴式之后，減少局部紊流，降低通風(fēng)阻力，但實際數(shù)據(jù)表明，阻力降低有限，風(fēng)機單耗下降并不明顯。改造前的局部損失系數(shù)ξ=0.5*（1-A2/A1），約為0.35 左右；改造后的的局部損失系數(shù)ξ隨著進(jìn)口的圓滑程度而大大降低，對于圓形勻滑的邊緣，ξ 在0.05-0.06 之間，但由于葉輪裝置葉片不可改造，因此此處的局部損失系數(shù)ξ 約為0.1 左右。

（4）磨煤機容量增加。磨煤機最大出力從改造前的50t/h 升高至55t/h，但從改造前后的數(shù)據(jù)來看，同樣磨煤機臺數(shù)的時候，磨煤機單耗幾乎不變，原因是風(fēng)環(huán)改造的作用僅僅是提高風(fēng)環(huán)風(fēng)速，而磨煤機本體并沒有實質(zhì)性的改變，因此單耗沒有本質(zhì)改變。但是風(fēng)環(huán)改造引起的出力變化可能改變部分負(fù)荷段的磨煤機運行臺數(shù)，從而降低磨煤機單耗和風(fēng)機單耗，可以從全年統(tǒng)計結(jié)果來體現(xiàn)。

（5）磨煤機啟停節(jié)點適當(dāng)推后，氮氧化物排放壓力減輕

磨煤機風(fēng)環(huán)改造后，隨著磨煤機容量的提高，只要入爐煤熱量均值大于4900cal/g，五臺磨煤機就能帶滿負(fù)荷，氮氧化物達(dá)標(biāo)排放壓力大為減輕。由于風(fēng)環(huán)風(fēng)速提高，低負(fù)荷時，一次風(fēng)量可以進(jìn)一步降低，合適的風(fēng)煤比也能保證低負(fù)荷時的氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。

5 成果應(yīng)用范圍及推廣前景預(yù)測

針對HP 型磨煤機多年來國產(chǎn)化應(yīng)用后出現(xiàn)的問題，結(jié)合實際設(shè)備運行要求，公司積極組織專業(yè)進(jìn)行溝通研討，研究制定設(shè)備改造方案，通過改變磨輥密封風(fēng)的形式結(jié)構(gòu)，使壓縮空氣在原機械密封中間形成高壓風(fēng)環(huán)，有效防止了煤粉等顆粒進(jìn)入磨輥軸承箱；對葉輪噴口結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，噴口形成漸縮式過渡減少局部損失有效提高了一次風(fēng)速、增加磨煤機出力及碾磨不同煤質(zhì)的適應(yīng)能力。

該研究成果改造施工方便、工作量小，改造時間短，結(jié)合磨煤機檢修就可實施應(yīng)用，我公司24 臺磨煤機均已完成了改造工作、且實踐效果顯著。同時，該項成果可適用于HP 型系列磨煤機的所有型號，對磨煤機出力、煤種適應(yīng)能力、磨輥軸承箱密封性能的提升將取得顯著效果，設(shè)備可靠性大幅提高，經(jīng)濟(jì)性收益豐厚，行業(yè)推廣前景及市場巨大。