中速輥式磨煤機運行參數(shù)測量與優(yōu)化

魏明東

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441000）

引言

磨煤機是目前電力、冶金、建材、化工等行業(yè)的主要制粉設(shè)備。其中在電廠中的應(yīng)用更為廣泛，是電廠重要的輔助動力設(shè)備，是電廠制粉系統(tǒng)的重要組成部分。其主要任務(wù)是將煤塊破碎并磨成煤粉，提供給鍋爐設(shè)備[1]。磨煤機的工作直接影響著整個機組的安全性和經(jīng)濟性[2]。在現(xiàn)代火力發(fā)電機組中，鍋爐向大容量方向的發(fā)展，磨煤機成為制粉系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的設(shè)備，它具有啟動迅速、調(diào)節(jié)靈活、阻力小、單位磨煤金屬磨耗小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小及制粉系統(tǒng)簡單、單位電耗低、噪音低等優(yōu)點[3]。但傳統(tǒng)的固定式磨輥加載系統(tǒng)由于磨輥加載力不能隨磨煤機出力變化而變化，導致磨煤機出力降低，電耗增大，研磨件金屬磨損大及磨煤機振動大等問題。

除了上述磨煤機在長期工作條件下會出現(xiàn)的問題之外，在計劃更改系統(tǒng)工況、擴展系統(tǒng)容量的情況下[4]，也需要將制粉系統(tǒng)進行擴容，在不添加新的磨煤機的情況下，就要對現(xiàn)有的磨煤機加以改造以提高整體出力，因此磨煤機改造是目前大規(guī)模制粉系統(tǒng)節(jié)能改造中的研究熱點[5]，也是目前最容易實現(xiàn)的技術(shù)手段[6]。本文將以改造磨煤機的方式對整個制粉系統(tǒng)加以改造，并在改造后通過數(shù)值模擬和實驗兩種方法來驗證本次磨煤機改造方案的有效性。

1 系統(tǒng)基本介紹

本文選取案例機組為內(nèi)蒙古某2×600 MW亞臨界直接空冷機組，機組鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、控制循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固體排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的π型汽包爐，鍋爐燃燒器為擺動直流燃燒器，燃燒方式為四角切向燃燒。鍋爐設(shè)計煤種為準格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤；鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 059 t/h，保證熱效率為93.16%（設(shè)計煤種）。

案例機組磨煤機為北京電力設(shè)備總廠制造的ZGM113G中速輥式磨煤機，最大通風量100.87 t/h，使用設(shè)計煤種時，磨煤機標準出力為64.66 t/h（R90=20%HGI=50，WY=10%）。案例機組每臺爐配備6臺磨煤機，5臺運行，1臺備用。

機組自投產(chǎn)以來，磨煤機實際燃用煤種的熱值與設(shè)計煤種基本一致，但是水分和灰分與設(shè)計煤種相差較大，嚴重偏離磨煤機選型設(shè)計范圍，造成磨煤機實際運行時出力大幅下降。同時，由于該機組未來可能會進行擴容改造已達到660 MW的容量，以目前磨煤機的實際狀況，現(xiàn)有的磨煤機運行過程中無法達到擴容后的機組負荷要求，因此進行本次提高磨煤機出力的實驗研究，從而使本機組的磨煤機能夠滿足機組擴容至660 MW后的“五運一備”的運行要求。因此，本文擬對案例機組進行磨煤機落煤管干燥風和磨盤吹掃風的改造試驗研究，以提升磨煤機的出力。

2 改造方案介紹

2.1 落粉管干燥風改造

磨煤機分離器下錐體管被延長，一方面使得分離器分離出的粗粉直接與原煤混合，避免了分離器內(nèi)部粗粉再次飛揚循環(huán)，另一方面粗粉直接回到磨輥主研磨區(qū)進行研磨，有效降低了通風風阻。另外，改造后的磨煤機在延長分離器落煤管管道上加裝四組干燥流化風，增加了原煤干燥風，提高了原煤的可磨性。

2.2 磨盤吹掃風改造

磨煤機磨盤吹掃改造分成兩部分，一方面在每一個磨輥研磨出口加裝吹掃一次風管，風管噴嘴口向下，使得研磨合格的細粉經(jīng)過擾動、揚起，由旋轉(zhuǎn)一次風帶向分離器；另一方面在靠近落煤管位置加裝3個向上噴頭，形成向上地旋轉(zhuǎn)氣流，氣流擾動、吹掃、干燥原煤，將原煤中細煤粉進行分離，經(jīng)分離器分離合格的煤粉經(jīng)出口粉管進入爐膛燃燒器。特別地，在進行磨盤吹掃風改造時，需要綜合考慮粉管研磨及固定問題。

3 改造后試驗分析

基于案例機組磨煤機改造前后的理論分析，為了更好地深入了解磨煤機改造后的效果，本文擬對案例機組開展不同磨煤機對比試驗、磨煤機分離器擋板開度特性試驗、磨煤機開關(guān)落煤管干燥風和磨盤吹掃風試驗及磨煤機最大出力試驗等四個部分的磨煤機改造性能試驗。

3.1 試驗取樣和歸分方法

在試驗計算過程中，需要詳細知道煤樣性能參數(shù)。試驗取樣采用平頭式等速取樣器，通過磨煤機出口每根煤粉管道上安裝的取樣點，按等截面法在每點抽取相同的時間，保持每一取樣點取樣器的內(nèi)外靜壓平衡，從而保證所取的煤粉樣具有較好的代表性。同時，在不同磨煤機對比試驗中，不同磨煤機采集的煤樣采用密封保存，縮制煤樣盡快進行。

煤樣的分析結(jié)果如表1所示，可以看出，在試驗過程中，煤種的性質(zhì)基本穩(wěn)定，并沒有產(chǎn)生明顯的性質(zhì)變化，基本可以消除煤種對改造試驗效果的影響。

表1 磨煤機改造實驗過程中煤粉取樣結(jié)果分析

3.2 磨煤機基本性能分析

為了分析本次磨煤機改造項目的效果，在改造前后對磨煤機在煤量為50 t/h的工況下的運行參數(shù)進行了測定。在進行這一部分的性能測試時，磨煤機在相同時段并在相同的負荷要求下進行測試，實驗過程中基本排除了其他因素的干擾，能夠較為直接地反映本次改造項目對磨煤機的影響效果。在機組改造前后的實際運行測試中，磨煤機分離器擋板開度均穩(wěn)定維持在49°，在此工況下對磨煤機煤粉的數(shù)據(jù)進行了性能測試對比，該磨煤機經(jīng)過改造后，能夠顯著地降低磨煤電耗，改造后的磨煤機在運行過程中的煤粉細度也明顯小于改造前的煤粉細度，磨煤機經(jīng)改造后的折算出力也得到了顯著的提高，因此本次磨煤機系統(tǒng)改造工程基本達到了預(yù)期的設(shè)計目標，磨煤機經(jīng)改造后能夠提供更大的出力并且有效減小自身用電的消耗。

3.3 磨煤機分離器擋板開度試驗分析

在分離器擋板開度的實驗中，保持改造后磨煤機的出力穩(wěn)定在60 t/h，并保證通風量盡量不變且滿足實際運行情況的要求。此外在實驗過程中，保證磨煤機使用同一批次的煤種以維持磨煤機使用的煤質(zhì)穩(wěn)定，同時磨煤機的其他運行參數(shù)如一次風溫度、入口風量、液壓加載力等保持不變，以消除其他因素對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾。當上述條件保持穩(wěn)定后，解除給煤機自動工作程序，改為人工操作模式，逐步調(diào)節(jié)分離器擋板開度進行試驗。

煤粉細度隨分離器擋板開度的增加逐漸上升，并且R90與R200的變化趨勢基本一致，R90從45°時的26.5%上升至65°時的40%，其中55°時達到最小值為26%。R200從45°時的9.3%上升至65°時的15.5%，其中45°時達有最小值為9.3%，其次是55°時有第二小值為9.4%。可以看出，擋板分離器在45°~55°的區(qū)間內(nèi)變化并不是很明顯，但當擋板分離器開度大于55°后，煤粉細度隨擋板開度的增大而明顯升高，因此單從煤粉細度上看，改造后的磨煤機在擋板分離器的開度介于45°~55°之間時有比較低的煤粉細度，因此在運行過程中改造后的磨煤機的分離器的擋板開度最好不要高于55°。

改造后磨煤機的電流、電耗與其折算出力隨分離器擋板開度的變化的實驗結(jié)果如圖1所示。由圖中曲線可以看出，隨著分離器擋板開度的增加，改造后磨煤機的電流先升高后降低，但整體呈降低趨勢。主要原因是因為隨著分離器擋板開度的變大，改造后磨煤機的循環(huán)倍率降低，磨內(nèi)煤量變少，改造后磨煤機的電流下降。改造后磨煤機的折算出力在分離器擋板開度介于45°與55°之間時變化不大，在分離器擋板開度為55°時改造后的磨煤機達到最大的折算出力，之后隨著分離器擋板開度的增加，折算出力逐漸降低。折算出力降低的原因為可以歸結(jié)為以下幾點，隨著分離器擋板開度的增大，磨煤機內(nèi)的煤粉細度逐漸增大，磨煤機的煤粉細度能夠直接影響磨煤機的折算基本出力，煤粉細度越大，折算基本出力越小。改造后的磨煤機電耗隨分離器擋板開度的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，主要原因是隨著分離器擋板開度的增大，磨煤機內(nèi)循環(huán)倍率會逐漸減小，并且隨著煤粉細度的增加，煤粉在磨煤機內(nèi)部停留時間會明顯縮短，因此改造后磨煤機的電耗會有所下降。

結(jié)合上述分析并結(jié)合各項參數(shù)的對比可以基本確定，改造后的磨煤機的分離器的最佳擋板開度可以確定為55°，改造后的磨煤機在分離器擋板開度為55°的情況下，具有最低的電耗，最小的煤粉細度，并且有最大的折算出力。

3.4 磨煤機最大出力試驗

為了找出目標磨煤機改造后的最大出力及各項參數(shù)情況，進行了磨煤機給煤量試驗。試驗期間維持目標磨煤機分離器擋板開度為55°并保持不變，磨煤機進口風溫基本一致。試驗結(jié)果如表2所示。

表2 磨煤機最大出力試驗

可以發(fā)現(xiàn)，隨著磨煤機給煤量的逐漸增大，煤粉細度逐漸降低，給煤量在70 t/h時，R90=54.01%；同時，磨煤機出口溫度逐漸降低，與露點溫度的差值進一步減少。本次試驗最大出力停留在給煤量為70 t/h，主要原因為一方面考慮到煤粉細度過大會影響到鍋爐的正常燃燒；第二方面，該工況下磨煤機出口溫度高于露點溫度3.08℃，進一步增大存在堵管的風險。結(jié)合試驗的實際過程發(fā)現(xiàn)，磨煤機改造完成后可長期穩(wěn)定在65 t/h下運行，此時將磨煤機出力折算到設(shè)計煤種后，折算出力為74.1 t/h，達到磨煤機的最大出力，因此建議正常運行過程中，水分大于20%時，磨煤機給煤量不要超過65 t/h。

4 結(jié)論

1）在煤量為50 t/h的工況下，改造后的磨煤機磨煤電耗比改造前的磨煤機電耗低1.07 kWh/t；改造后的磨煤機煤粉細度小于改造前的磨煤機；磨煤機改造后的折算基本出力比磨煤機改造前高2.3 t/h左右。

2）磨煤機分離器擋板特性遵循常見中速磨煤機的特點，由于分離器擋板本身的原因，在55°時達到最佳效果；

3）磨煤機可長期穩(wěn)定在65 t/h左右運行，此時折算出力為74.1 t/h，達到磨煤機的最大出力。