ZGM113G型磨煤機(jī)出力不足原因診斷及改進(jìn)措施

江蘇射陽港發(fā)電有限責(zé)任公司 成黎明 劉華山 陳曉棟

ZGM113G 型中速磨煤機(jī)是北京電力設(shè)備總廠自行開發(fā)出的磨煤機(jī)系列產(chǎn)品，是以引進(jìn)德國BABCOCK 公司MPS 磨煤機(jī)先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)充分消化吸收后開發(fā)的，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如檢修周期長、石子煤排放量低、出力穩(wěn)定、噪音低和抗三塊（即鐵塊、木塊和石塊）能力強(qiáng)等[1]，某電廠5、6號機(jī)組分別配備了六臺ZGM113G 型磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)五用一備。實(shí)際運(yùn)行中，由于摻燒經(jīng)濟(jì)煤種和磨煤機(jī)磨損等原因，磨煤機(jī)最大出力僅為47.0t/h，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值59.8t/h，已影響了機(jī)組帶負(fù)荷的能力。根據(jù)ZGM113型磨煤機(jī)煤粉的制備過程（碾磨過程、干燥過程和分離過程）分析，碾磨出力、干燥出力和分離出力的不足都可能影響磨煤機(jī)出力，針對各個過程中的出力不足均有改造實(shí)施的業(yè)績，也取得了良好的效果，如磨煤機(jī)出口轉(zhuǎn)速的提升、磨輥和磨盤的改造、風(fēng)環(huán)的改造、噴嘴動靜環(huán)的改造和分離器的改造等，有單一技術(shù)應(yīng)用的、也有綜合應(yīng)用的[2-5]。

1 概述

某電廠鍋爐采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，一次中間再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒，尾部煙氣擋板調(diào)溫、平衡通風(fēng)、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼架構(gòu)、全懸吊結(jié)構(gòu)∏型鍋爐，鍋爐型號為DG2060/26.15-II2。制粉系統(tǒng)采用中速磨，一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式設(shè)計(jì)，磨煤機(jī)采用旋轉(zhuǎn)式動環(huán)及靜態(tài)分離器結(jié)構(gòu)。電動機(jī)通過減速機(jī)帶動磨盤轉(zhuǎn)動，來煤由給煤機(jī)從中間進(jìn)料口落在磨盤中央，同時(shí)熱風(fēng)從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入磨內(nèi)。隨著磨盤的轉(zhuǎn)動，物料在離心力的作用下向磨盤邊緣移動，經(jīng)過磨盤上的環(huán)形槽時(shí)受到磨輥的碾壓而粉碎，粉碎后的煤粉在磨盤邊緣被風(fēng)環(huán)高速氣流帶起，大顆粒直接落到磨盤上重新粉磨，氣流中的煤粉經(jīng)過上部分離器時(shí)粗粉從錐斗落到磨盤重新粉磨，合格細(xì)粉隨氣流一起出磨送入爐膛進(jìn)行燃燒，通過調(diào)整分離器可達(dá)到不同產(chǎn)品所需的粗細(xì)度。

目前長期運(yùn)行高負(fù)荷且摻燒經(jīng)濟(jì)煤種的情況下，磨煤機(jī)運(yùn)行中最大出力僅為47.0t/h。在520MW負(fù)荷時(shí)就需六臺磨煤機(jī)運(yùn)行，導(dǎo)致偏離設(shè)計(jì)參數(shù)（ZGM 磨煤機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)：最大研磨出力（R90=16%，HGI=80，Mt=4%）87.7t·h-1，銘牌最大出力59.8t·h-1，磨環(huán)滾道中徑2250mm，磨輥直徑1850mm，磨環(huán)轉(zhuǎn)速24.2r·min-1，磨環(huán)旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針（俯視），液壓油壓力4～16MPa，電動機(jī)轉(zhuǎn)速992r·min-1，電機(jī)額定電流75A，磨煤機(jī)通風(fēng)阻力（含分離器）≤6540Pa）。磨煤機(jī)出力不足導(dǎo)致制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力下降，給機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了隱患。

圖1 磨煤機(jī)的運(yùn)行原理示意圖

2 磨煤機(jī)出力不足原因及改進(jìn)措施

磨煤機(jī)入口一次風(fēng)流場分布不均勻。在日常檢修維護(hù)中發(fā)現(xiàn)，磨煤機(jī)的三個磨輥磨損量存在差異，一次風(fēng)管道入口正對的磨輥相較于其他磨輥磨損量更大，影響了磨煤機(jī)的正常研磨出力。流場模擬結(jié)果表明，由于兩股風(fēng)在正對磨輥時(shí)靜壓大，攜帶煤粉的能力增強(qiáng)，一次風(fēng)粉流對于該處磨輥的吹損加劇，導(dǎo)致磨輥出現(xiàn)磨損不均勻的情況。同時(shí)磨煤機(jī)磨盤及磨輥的硬度偏低，碾磨部件（耐磨件）采用高鉻鑄鐵制成，較其他電廠使用的碾磨部件耐磨性偏差，長時(shí)間運(yùn)行時(shí)加速了對內(nèi)部部件的局部磨損，造成磨煤機(jī)碾磨出力低。

動靜環(huán)磨損且間隙大。動靜噴嘴環(huán)形成的環(huán)形氣流對煤粉進(jìn)行吹送，噴嘴環(huán)出口由于長時(shí)間受到煤粉的沖刷，風(fēng)環(huán)噴嘴的表面和側(cè)面磨損嚴(yán)重并改變了原有磨煤機(jī)內(nèi)部氣流的穩(wěn)定性。風(fēng)環(huán)間隙變大，較粗的煤粉不能被送到磨盤中重新研磨而落入石子煤排放箱，造成石子煤卡在風(fēng)環(huán)間隙處，進(jìn)一步加劇了風(fēng)環(huán)的磨損。同時(shí)磨盤上方存在惰性區(qū)間，如圖2所示，由于風(fēng)環(huán)磨損造成噴口流通面積增大，一次風(fēng)速降低，一旦噴嘴噴口速度過低勢必造成在惰性區(qū)域停留的煤粉增多、磨煤機(jī)通風(fēng)阻力升高，嚴(yán)重影響了磨煤機(jī)干燥和分離出力。

圖2 磨煤機(jī)內(nèi)部流場示意圖

圖3 一次風(fēng)道優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖

分離器擋板卡澀。ZGM113G 型磨煤機(jī)采用徑向檔板式粗粉分離器，屬于靜態(tài)分離器，主要由分離器殼體、折向門、內(nèi)錐體、回粉擋板、折向門操作器、出粉口、落煤管等組成，在殼體的外部可對擋板的轉(zhuǎn)角進(jìn)行凋整。作用是將研磨區(qū)送來的氣粉混合物中的粗顆粒分離出來，通過回粉擋板返回研磨區(qū)，符合燃燒要求的煤粉通過出粉口送入鍋爐。進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)部檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，分離器檔板卡澀嚴(yán)重，外部分離器刻度與內(nèi)部實(shí)際刻度存在偏差，從而分離效率低、煤粉細(xì)度R90偏大、磨煤機(jī)阻力加大，出口粉管送粉量不均勻，煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)特性差，影響了磨煤機(jī)分離出力。

從以上分析可知，影響磨煤機(jī)出力的主要因素為磨煤機(jī)碾磨出力、干燥出力和分離出力，提高磨煤機(jī)出力需從以上三方面入手綜合治理，以6D 磨煤機(jī)為研究對象采取了如下主要措施。

磨煤機(jī)入口一次風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計(jì)。既要考慮對于一次風(fēng)的導(dǎo)流效果，也要注意對于磨煤機(jī)本體通風(fēng)阻力的影響。通過流場數(shù)值模擬，選取了導(dǎo)流效果相對較好且阻力較低的優(yōu)化方案。該方案安裝便捷，將風(fēng)道導(dǎo)流板裝于一次風(fēng)入口的順時(shí)針方向，共計(jì)三塊，尺寸為350mm×200mm×12mm。導(dǎo)流板I不能阻擋氣道入口，與筒壁切線角度30°，導(dǎo)流板II為25°，導(dǎo)流板Ⅲ為20°，各導(dǎo)流板間距為300mm（圖3）。同時(shí)該設(shè)計(jì)可優(yōu)化一次風(fēng)旋向，降低一次風(fēng)入口對側(cè)的靜壓，使整個內(nèi)部風(fēng)場更加均勻，改善磨煤機(jī)內(nèi)部部件局部的磨損。

磨煤機(jī)碾磨材質(zhì)升級。對進(jìn)口耐磨金屬陶瓷復(fù)合輥套和襯板技術(shù)實(shí)施改造。金屬陶瓷復(fù)合輥套、襯板是陶瓷顆粒與高鉻鑄鐵一次性澆筑成型的。它是在高鉻材料表面注入陶瓷顆粒形成金屬陶瓷復(fù)合材料層，金屬陶瓷復(fù)合材料層結(jié)合緊密，兼具陶瓷與高鉻的特性，既有陶瓷的高耐磨性能、同時(shí)具備高鉻鑄鐵的機(jī)械性能，不易碎裂、剝落。同時(shí)將輥套裝置骨架油封、O 型密封圈更換為進(jìn)口長壽命產(chǎn)品，以保證整套裝置檢修周期同步。根據(jù)數(shù)據(jù)跟蹤檢測，金屬陶瓷復(fù)合輥套磨損速率大大下降，約為普通高鉻磨輥套使用周期3.5～4倍（圖4），整體磨煤效率平穩(wěn)。

圖4 陶瓷復(fù)合輥套、襯板對比應(yīng)用圖

更換新型噴嘴。為提高磨煤機(jī)干燥和分離出力、減少煤粉循環(huán)倍率，需提高噴嘴出口的局部流速。泰美科專利噴嘴的氣道采用了扭曲擠壓的流線型設(shè)計(jì)，在同樣的一次風(fēng)量下可達(dá)到更高的出口流速（圖5）所示，同時(shí)保證氣道的阻力比常規(guī)的噴嘴更低。該設(shè)計(jì)提高了一次風(fēng)的送粉效率，高耐磨合金材料鑄造也保證了設(shè)備的高效保效性。泰美科噴嘴在結(jié)構(gòu)上改變了原有動靜環(huán)的密封形式，通過噴嘴部分與密封部的配合形成了水平、豎直兩個方向的間隙，既保證動靜環(huán)之間無接觸，又能使動靜環(huán)間隙保持一個很低的狀態(tài)，使得動靜環(huán)間隙漏風(fēng)率減少到忽略不計(jì)。改造后隨磨盤一起旋轉(zhuǎn)的是噴嘴部分，主要起到組織利用一次風(fēng)的作用，也起到維持噴嘴裝置與磨盤之間密封效果的作用。安裝后噴嘴與密封部間同時(shí)形成水平和豎直間隙，動環(huán)與靜環(huán)之間間隙允許范圍在10（±5）mm，動環(huán)與擋環(huán)之間間隙允許范圍在8（±2）mm。

圖5 泰美科噴嘴氣道型式及其流場分布

分離器擋板的修復(fù)。檢修檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)分離器檔板掛有異物并卡澀嚴(yán)重。對異物進(jìn)行了清理，卡澀檔板進(jìn)行逐片拆除并修復(fù)，保證每片檔板葉片活動自如。重新連接后整體回粉擋板無異物卡塞，擺動靈活自如。檔板殼體外部可對擋板的轉(zhuǎn)角刻度與內(nèi)部檔板實(shí)際開度進(jìn)行重新標(biāo)定一致并可自由調(diào)整，根據(jù)試驗(yàn)確定了折向門擋板開度為30°。

3 實(shí)施后的效果

采取上述措施對6D 磨煤機(jī)進(jìn)行改進(jìn)后，啟爐后進(jìn)行了最大出力驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中逐步提升磨煤機(jī)煤量，觀察磨煤機(jī)電流、差壓及石子煤等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)有堵煤跡象停止增加煤量，穩(wěn)定運(yùn)行2小時(shí)。當(dāng)煤量增加至60.0t/h 后，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓力為7.41kPa，磨出口溫度為75.4℃，磨碗差壓2.66kPa，磨煤機(jī)電流為54.7A，折向門擋板開度為30%開度，實(shí)測煤粉細(xì)度R90為22.5%（設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90=20.0%），煤粉均勻性系數(shù)為1.31，磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

同時(shí)，通過SIS 系統(tǒng)采集了6D 磨煤機(jī)三個常用出力工況下（35.0t/h、40.0t/h、45.0t/h）的運(yùn)行數(shù)據(jù)，選擇出力穩(wěn)定運(yùn)行2小時(shí)以上且一次風(fēng)量相近的數(shù)據(jù)，對改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比得出如下結(jié)果：35.0t/h、40.0t/h 和45.0t/h 煤量工況下，磨煤機(jī)改造前/后電流分別為41.4A/38.1A、43.6A/40.5A 和46.8A/41.7A；與改造前相比磨煤單耗降低了7.31～10.85%；35.0t/h、40.0t/h 和45.0t/h 煤量工況下，磨煤機(jī)改造前后進(jìn)口壓力分別為6.40kPa/4.66kPa、6.93kPa/5.64kPa 和7.16kPa/6.21kPa，與改造前相比磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)壓力降低了13.27～27.18%。

6D 磨煤機(jī)改造后效果極佳，出力達(dá)到銘牌最大出力60.0t/h，若推廣至其余磨煤機(jī)，改造后能保證機(jī)組滿發(fā)電的目標(biāo)且保證有一臺備用磨。由于制粉系統(tǒng)的耗電在廠用電占比較大，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上減少廠用電的消耗，降低廠用電率降低供電煤耗，從而提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。若按每年每臺磨煤機(jī)平均運(yùn)行200天計(jì)算的話，5臺磨煤機(jī)比6臺磨煤機(jī)運(yùn)行每年節(jié)能的費(fèi)用（估算）：6.0kV（電壓）×42A（電流）××0.85（cos ∮）×200天×24h×0.32元/kWh（電價(jià)）=57.0萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4 結(jié)語

由于磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量分布的不均勻和磨輥材質(zhì)等原因造成磨煤機(jī)磨輥磨損嚴(yán)重，且動靜環(huán)密封間隙大、分離器擋板卡澀，造成了磨煤機(jī)碾磨出力、干燥出力和分離出力的不足。停爐檢修期間，對其進(jìn)行了改造，改造后應(yīng)用效果極佳。若將該成果應(yīng)用于其余磨煤機(jī)，單臺機(jī)組每年預(yù)計(jì)可節(jié)約57.0萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。