磨煤機(jī)出力的影響因素及改善措施

北京電力設(shè)備總廠有限公司 張治鋒 孫 明 王 皓 黃金龍 杜永旭 姚盼亮

磨煤機(jī)負(fù)責(zé)為燃煤鍋爐提供合格的煤粉，是燃燒系統(tǒng)的重要組成部分，其研磨分級(jí)后的合格煤粉送入鍋爐爐膛進(jìn)行懸浮燃燒。目前所有熱電廠均采用直吹式制粉系統(tǒng)，主要將磨煤機(jī)研磨后的合格煤粉直接吹入爐膛，磨煤機(jī)的出力就是鍋爐的燃煤量，制粉系統(tǒng)與鍋爐之間一直保持著物料的供需平衡。因此，如果鍋爐的負(fù)荷發(fā)生變化后，可采用調(diào)節(jié)或改變給煤量的方法來控制磨煤機(jī)的出力，同時(shí)在鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)出力需要進(jìn)一步增加，在原設(shè)計(jì)煤質(zhì)情況下，磨煤機(jī)出力能夠達(dá)到鍋爐系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。由于后期磨煤機(jī)系統(tǒng)和燃用煤質(zhì)的改變，其出力不能夠滿足原設(shè)計(jì)的水平，對(duì)鍋爐的負(fù)荷造成巨大的沖擊。

磨煤機(jī)作為電廠鍋爐前端的制粉系統(tǒng)，其出力的大小直接制約著鍋爐的燃燒水平。隨著磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加和煤質(zhì)發(fā)生了變化，磨煤機(jī)的出力較原設(shè)計(jì)降低，磨煤機(jī)機(jī)組需要全部開啟，無備用磨煤機(jī)，有很大的安全隱患。為了詳細(xì)的分析影響磨煤機(jī)出力的因素，我公司通過對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的磨煤機(jī)的運(yùn)行情況來進(jìn)行合理分析及調(diào)整，其影響因素主要包括原煤參數(shù)，一次風(fēng)量及風(fēng)溫，旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)及磨輥裝置的磨損等，借此以更好的指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)目前多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況來看，磨煤機(jī)的出力在后期大大的衰減，其出力降低的原因各不相同，本文主要介紹磨煤機(jī)出力降低的分析和改善措施。

1 概述

在國(guó)內(nèi)，各類磨煤機(jī)的運(yùn)行原理幾乎相同，以ZGM型磨煤機(jī)為例，原煤經(jīng)過落煤管進(jìn)入到磨煤機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)的磨盤，在加載力的作用下，通過磨輥對(duì)磨盤襯板的相互作用，將磨盤上的原煤進(jìn)行擠壓、研磨和成粉。煤粉在一次熱風(fēng)的作用下被干燥，合格的煤粉通過分離器進(jìn)行分離，不合格的煤粉重新返回磨盤進(jìn)行再次碾磨。磨煤機(jī)總體示意圖如圖1。

圖1 磨煤機(jī)總體示意圖

理論上，影響磨煤機(jī)的出力主要是碾磨出力、干燥出力以及分離出力。碾磨最大出力是基于物料研磨理論基礎(chǔ)之上進(jìn)行修正的，其計(jì)算公式為：Bm=BO×fG×fM×fR×fF，式中：BO為磨煤機(jī)的基本出力，fG為原煤可磨性修正系數(shù)，fM為原煤水分修正系數(shù)，fR為原煤細(xì)度影響系數(shù)，fF為分離器型式影響系數(shù)。由此可以看出，影響磨煤機(jī)碾磨出力的主要因素取決于原煤的工業(yè)參數(shù)，原煤中水分和哈式可磨性系數(shù)對(duì)出力影響較大。

磨煤機(jī)的干燥出力主要取決于磨煤機(jī)入口的一次風(fēng)溫和風(fēng)量，風(fēng)溫和風(fēng)量需控制在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中。一次風(fēng)入口溫度過低，原煤不能夠及時(shí)進(jìn)行烘干，導(dǎo)致磨煤機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的碾磨效率降低、出力降低。同時(shí)一次風(fēng)溫過高，磨煤機(jī)出口溫度升高，對(duì)于干燥無灰基揮發(fā)分較高的原煤會(huì)造成煤粉的自燃。一次風(fēng)量的控制也是影響磨煤機(jī)出力的因素之一。常規(guī)情況下風(fēng)煤比控制在1.8左右，風(fēng)量太高造成磨煤機(jī)壓差加大，內(nèi)部易損件在風(fēng)粉流場(chǎng)的作用下壽命降低。故合理的一次風(fēng)溫和風(fēng)量對(duì)磨煤機(jī)的出力有一定的影響。

磨煤機(jī)的分離出力主要取決于分離器的型式，動(dòng)態(tài)分離器較靜態(tài)分離器的選粉效率高，同時(shí)分離器的外殼直徑對(duì)其出力有一定影響。

2 磨煤機(jī)出力探討

2.1 原煤因素

某公司使用磨煤機(jī)為我公司生產(chǎn)的ZGM型磨煤機(jī)，按照煤質(zhì)計(jì)算磨煤機(jī)理論出力為35t/h，而現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行磨煤機(jī)實(shí)際出力僅為24t/h。磨煤機(jī)增加給煤量后，其震動(dòng)較為嚴(yán)重，震動(dòng)波動(dòng)較大，最高達(dá)到5.3mm/s。煤粉細(xì)度隨著給煤量的增加變的不可控，最大達(dá)到R90為18.9,按照鍋爐燃燒要求，煤粉細(xì)度需要降低至R90為5左右，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，將不同時(shí)刻磨煤機(jī)運(yùn)行情況總結(jié)為表1。

表1 磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)以上參數(shù)可以看出，隨著給煤量由24t/h提高至30t/h的過程中，磨煤機(jī)壓差由5.257kPa增加至6.357kPa，呈現(xiàn)不斷升高的態(tài)勢(shì)，同時(shí)磨煤機(jī)震動(dòng)加劇，煤粉細(xì)度不可控，為保證磨煤機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，最終調(diào)整一次風(fēng)量和一次風(fēng)溫將磨煤機(jī)出力降至26t/h，但磨煤機(jī)震動(dòng)依舊存在波動(dòng)趨勢(shì)。磨煤機(jī)排渣量較以前大大提高，暫停試驗(yàn)。

2.1.1 問題排查

經(jīng)過停機(jī)檢查，對(duì)影響磨煤機(jī)出力的原因進(jìn)行排查，磨煤機(jī)本體基本不存在異常情況。在針對(duì)磨煤機(jī)內(nèi)部磨盤進(jìn)行煤粉取樣，其煤粉內(nèi)部殘留大部分燃料為橡膠顆粒。同時(shí)對(duì)磨煤機(jī)排渣進(jìn)行取樣，排渣大部分為橡膠粒。同期，對(duì)原煤倉(cāng)庫(kù)煤質(zhì)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，原煤質(zhì)屬于較小的顆粒，屬于煤粉粒狀結(jié)構(gòu)。

通過合理性驗(yàn)證，影響磨煤機(jī)出力的主要因素為煤質(zhì)發(fā)生了偏離性變化。由于近期原煤價(jià)格的上漲，原煤摻雜可燃性物料比例不一，橡膠粒屬于彈性物質(zhì)，在磨煤機(jī)加載力的作用下，不能夠有效碾磨為細(xì)粉，其具有附著性，導(dǎo)致磨煤機(jī)出粉細(xì)度不能滿足要求，同時(shí)因分離器的選粉作用，粗粉在磨煤機(jī)內(nèi)部往復(fù)循環(huán)，磨煤機(jī)壓差上升，隨著時(shí)間的積累磨煤機(jī)排渣量增加，最終導(dǎo)致磨煤機(jī)整體出力的下降。

2.1.2 改善措施

為解決原煤對(duì)出力的影響，該公司將原煤煤質(zhì)進(jìn)行了可行性更換，其煤質(zhì)依舊為粉狀顆粒結(jié)構(gòu)，其哈式可磨性系數(shù)較以前增加，水分控制在10～12%左右。通過前期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，此種煤質(zhì)所需一次風(fēng)溫度不宜過高，溫度過高磨煤機(jī)震動(dòng)加劇，同時(shí)壓差迅速增加，主要原因?yàn)榉蹱钊剂嫌陕涿汗苓M(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)部在一次熱風(fēng)的作用下被迅速烘干、在磨煤機(jī)中部懸浮達(dá)到飽和狀態(tài)造成的。為了保證磨煤機(jī)產(chǎn)量的穩(wěn)定性，將一次風(fēng)溫降低至150℃左右，出口溫度控制在45℃左右。最終磨煤機(jī)出力可以調(diào)整為最大31.5t/h，其中煤粉細(xì)度達(dá)到R90=5%左右，溫度低，煤粉水分維持在1.5～2之間。

2.2 磨煤機(jī)內(nèi)部易損件因素

2.2.1 磨輥輥套和襯板的磨損

磨煤機(jī)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，內(nèi)部研磨件磨輥裝置和襯板相互作用造成磨損，其碾磨破碎示意圖如圖2所示，圖中F為加載力；D為磨輥直徑；d為顆粒直徑；u為磨輥線速度。

圖2 ZGM型磨煤機(jī)碾磨破碎示意圖

對(duì)于采用液壓變加載的中速磨煤機(jī)而言，磨輥在加載力的作用下致使磨輥產(chǎn)生徑向磨損，產(chǎn)生“犁劃”磨損現(xiàn)象，同時(shí)襯板磨損現(xiàn)象也較為明顯[1]，如圖3、圖4所示。從多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輥套襯板磨損情況來看，輥套襯板的磨損，會(huì)造成磨煤機(jī)單位時(shí)間內(nèi)碾磨的效率降低，進(jìn)而增加了物料破碎的單位能耗，磨煤機(jī)出力降低，最大降低10%～15%出力。

圖3 磨輥輥套磨損

圖4 磨盤襯板磨損

磨輥裝置是通過加載壓架連接鉸軸座固定的，其碾壓角度維持在15°，示意圖如圖5。當(dāng)輥架與鉸軸座之間經(jīng)過長(zhǎng)期的相互接觸后，由于摩擦作用導(dǎo)致相互之間產(chǎn)生磨損，磨損產(chǎn)生間隙，此部分間隙由于風(fēng)粉混合物的沖刷將會(huì)越來越大。在加載力的作用下，碾壓角度α＞15°發(fā)生偏離，磨輥將偏離原有運(yùn)行節(jié)圓軌道，造成磨煤機(jī)輥套和襯板型線不能合理的匹配，磨輥啃邊運(yùn)行，導(dǎo)致磨煤機(jī)出力下降、排渣量增加，同時(shí)磨煤機(jī)震動(dòng)將加劇，此部分磨損會(huì)降低磨煤機(jī)出力5%左右。

圖5 輥架與鉸軸座裝配示意圖

2.2.2 旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)磨損或設(shè)計(jì)因素

旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)是中速磨煤機(jī)不可或缺的部件，直接影響中速磨煤機(jī)的通風(fēng)阻力和磨煤機(jī)石子煤排放量。噴嘴環(huán)處的阻力變化十分復(fù)雜，與磨機(jī)負(fù)荷、熱風(fēng)溫度、原煤粒度、入磨風(fēng)量等有關(guān)[2]。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，旋轉(zhuǎn)噴嘴動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的磨損會(huì)不斷加大，動(dòng)靜環(huán)間隙增加，其磨煤機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)呈現(xiàn)紊亂的狀態(tài)，最終導(dǎo)致磨煤機(jī)一次風(fēng)攜帶煤粉的能力降低，磨煤機(jī)出力下降。

旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)設(shè)計(jì)是按照現(xiàn)用燃料進(jìn)行合理校核計(jì)算的，其通風(fēng)面積與實(shí)際燃用煤質(zhì)具有匹配性，若通風(fēng)面積小將導(dǎo)致磨煤機(jī)磨碗壓差增加，內(nèi)部流速過快，加劇易損件的磨損[3]。若通風(fēng)面積大，一次風(fēng)攜帶煤粉的能力降低。合理的噴嘴環(huán)通風(fēng)面積對(duì)磨煤機(jī)的壓差和出力具有一定的影響。在磨煤機(jī)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，操作人員按照磨煤機(jī)通風(fēng)阻力要求控制在一定范圍之內(nèi)，磨煤機(jī)壓差較大，操作人員將降低其給煤量導(dǎo)致磨煤機(jī)出力的降低。

同時(shí)，對(duì)于劣質(zhì)煤種、磨煤機(jī)排渣量較大，為控制其排渣量，旋轉(zhuǎn)噴嘴動(dòng)環(huán)上部增加擋渣環(huán)。擋渣環(huán)的安裝在一定程度上降低磨煤機(jī)的排渣量，由于石子煤無法順利排出，導(dǎo)致石子煤在磨盤積累堆積，磨煤機(jī)主電機(jī)電流波動(dòng)較為嚴(yán)重，磨輥和襯板之間的對(duì)原煤的碾磨效率大大降低，從而導(dǎo)致磨煤機(jī)總體出力的下降。

2.3 改善措施

對(duì)于磨輥輥套和襯板的磨損，建議定期對(duì)磨煤機(jī)輥套和襯板磨損情況進(jìn)行檢查分析，磨損厚度超過30%時(shí)，對(duì)輥套和襯板進(jìn)行可行性堆焊，保證其碾磨型線的合理匹配，同時(shí)輥套襯板堆焊次數(shù)不易過多，一般控制在3～5次，堆焊前檢查其內(nèi)部裂紋情況，若部分產(chǎn)生裂紋建議不宜堆焊。輥套襯板可以采用進(jìn)口的陶瓷材質(zhì)，在一定條件下提高了輥套襯板的耐磨性，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于輥架和鉸軸座的磨損，可以在磨損間隙之間增加墊片，調(diào)整磨輥的運(yùn)行軌道。同時(shí)，條件允許的情況下將輥架以及鉸軸座進(jìn)行整體更換。由于輥架采用的材質(zhì)為QT400-15，其焊接性能較差，不建議對(duì)其進(jìn)行焊接修復(fù)。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)的磨損，可對(duì)動(dòng)靜環(huán)進(jìn)行可行性修復(fù)，同時(shí)對(duì)旋轉(zhuǎn)噴嘴動(dòng)靜環(huán)進(jìn)行更換，需根據(jù)現(xiàn)有煤質(zhì)參數(shù)重新進(jìn)行系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算，確定所需一次風(fēng)體積流量和入口溫度，進(jìn)而確定噴嘴的通流面積，將通過噴嘴環(huán)的一次風(fēng)流速控制在65m/s～75m/s合理范圍之內(nèi)，以保證磨煤機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。新動(dòng)靜環(huán)可采用流線型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，減小由于磨煤機(jī)進(jìn)風(fēng)區(qū)的尖角或階梯變化產(chǎn)生的渦流,消除渦流的干擾有助于使氣流更均勻地向上流入通道,噴嘴磨損更加均勻。

綜上，針對(duì)磨煤機(jī)的出力的影響因素不局限于煤質(zhì)發(fā)生變化以及磨煤機(jī)內(nèi)部易損件的磨損，其次還包含操控人員的操控規(guī)定，對(duì)于原煤頻繁變化的情況，如水分變化和哈式可磨性系數(shù)變化，在磨煤機(jī)不同工況下所需一次風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)溫、加載壓力需要根據(jù)煤質(zhì)進(jìn)行合理調(diào)整，以保證磨煤機(jī)的運(yùn)行及出力的穩(wěn)定性。