ZGM113型中速磨煤機(jī)提高出力改造

魏廣鴻，王 榮,劉 吉,王 耀,常 屹

(1.內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn) 012100；2.新疆油田公司應(yīng)急搶險救援中心,新疆 克拉瑪依 834000)

近年來，受燃煤短缺及價格上漲等不利因素影響，越來越多的燃煤發(fā)電機(jī)組開始摻燒劣質(zhì)煤降低發(fā)電成本。由于實際燃用煤種偏離設(shè)計煤種，導(dǎo)致鍋爐制粉系統(tǒng)出現(xiàn)干燥出力不足、煤粉管堵塞、制粉系統(tǒng)磨損嚴(yán)重等一系列問題。有的電廠根據(jù)實際燃用煤種特性對磨煤機(jī)進(jìn)行了適當(dāng)技術(shù)改造，提高劣質(zhì)煤摻燒比例，進(jìn)一步降低發(fā)電成本[1-5]。

本文針對京隆發(fā)電公司磨煤機(jī)選型偏小、出力不足和制粉電耗偏高的問題，以優(yōu)化磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉流場、提高磨盤研磨及煤粉分離效率為目的，采用大型氣固兩相流數(shù)值模擬等技術(shù)，創(chuàng)造性地提出在磨煤機(jī)內(nèi)部加裝切斷分離器裝置及噴嘴干燥風(fēng)裝置，在保證制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下增加磨煤機(jī)出力、降低制粉系統(tǒng)電耗，進(jìn)一步提高劣質(zhì)煤摻燒比例，降低燃料成本，緩解企業(yè)經(jīng)營壓力[6-8]。

1 設(shè)備概況

京隆發(fā)電公司2×600 MW亞臨界空冷機(jī)組，鍋爐采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，北京電力設(shè)備總廠制造的ZGM113型中速輥式磨煤機(jī)，最大通風(fēng)量為100.87 t/h，轉(zhuǎn)速為24.2 r/min，分離器型式為靜態(tài)離心擋板式，使用設(shè)計煤種標(biāo)準(zhǔn)出力為64.66 t/h(R90=20%，HGI=50)，磨煤機(jī)最大出力為72.78 t/h。每臺爐配6臺磨煤機(jī)，設(shè)計煤種為準(zhǔn)格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤。燃燒設(shè)計煤種時，5臺運(yùn)行，1臺備用。

由于煤炭資源緊張，京隆發(fā)電公司近年來一直摻燒低成本、低熱值劣質(zhì)煤。由于實際煤種遠(yuǎn)偏離設(shè)計煤種，導(dǎo)致鍋爐制粉系統(tǒng)干燥出力不足，磨煤機(jī)出口溫度在50～55 ℃左右，曾多次發(fā)生磨煤機(jī)滿煤、煤粉管堵塞的情況。通過提高一次風(fēng)壓、一次風(fēng)速、增加磨煤機(jī)風(fēng)煤比及開大磨煤機(jī)分離器出口擋板等手段最大限度增加磨煤機(jī)出力，加劇了磨煤機(jī)內(nèi)部磨輥輥架、筒體、噴嘴環(huán)、靜環(huán)和煤粉管道的磨損，同時磨煤機(jī)及一次風(fēng)機(jī)電耗也會增加。因此，根據(jù)現(xiàn)有煤種特性對磨煤機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改造，提高出力，降低電耗，保證制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下實現(xiàn)高負(fù)荷磨煤機(jī)五運(yùn)一備的目的，從安全性、經(jīng)濟(jì)性方面來說都是非常必要的。磨煤機(jī)性能參數(shù)見表1。

表1 磨煤機(jī)性能參數(shù)

2 改造思路

在總結(jié)公司歷年來磨煤機(jī)進(jìn)行增速、分離器內(nèi)部改造等經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出充分優(yōu)化磨煤機(jī)內(nèi)部流場、提高磨盤研磨及煤粉分離效率的技術(shù)路線，以達(dá)到減少合格煤粉多次碾壓的目的，進(jìn)一步提高磨煤機(jī)出力和降低制粉電耗，最終實現(xiàn)滿負(fù)荷磨煤機(jī)五運(yùn)一備的目的。

因B、C、D、E磨為主力磨，A磨作為等離子點火磨要保證煤質(zhì)，F(xiàn)磨作為五運(yùn)一備的備用磨，因此選擇對B、C、D、E共4臺磨煤機(jī)進(jìn)行改造，改造主要分為三部分：中心干燥+磨盤流化+回粉錐體優(yōu)化。

第一部分：中心干燥[9]。采用多級配風(fēng)方式，在給煤機(jī)下插板后1 m的位置增加原煤干燥風(fēng)，提高原煤的可磨性。該部分改造是將磨煤機(jī)熱一次風(fēng)提前與原煤混合，經(jīng)計算此部分風(fēng)量約占單臺磨煤機(jī)入口總風(fēng)量的5%，加入落煤管可提高原煤溫度約15 ℃，能有效提高磨煤機(jī)研磨出力、降低磨煤機(jī)電耗。經(jīng)計算，抽取熱一次風(fēng)總量的5%對噴嘴環(huán)風(fēng)速的影響可忽略不計?；旌巷L(fēng)室見圖1。

圖1 落煤管新增混合風(fēng)室

第二部分：磨盤流化。從落煤管下落的原煤經(jīng)過磨輥磨盤研磨，細(xì)粉混合在原煤里，不易分離[10-11]。通過加裝磨盤吹掃風(fēng)，原煤在一次熱風(fēng)吹掃、干燥、流化擾動作用下，合格煤粉被分離卷吸從分離器進(jìn)入爐膛燃燒，避免合格煤粉多次碾壓，增加電機(jī)出力。磨盤新增流化風(fēng)管道見圖2。

圖2 磨盤新增流化風(fēng)管道(黃色管道)

第三部分：回粉錐體優(yōu)化[12-13]。切斷分離器分離粗顆粒再次循環(huán)途徑。由于原煤水分存在不確定性，根據(jù)現(xiàn)場實際，延長分離器下錐體管，將分離器分離粗粉直接與原煤混合，阻斷分離器粗粉在磨煤機(jī)內(nèi)部再次循環(huán)，直接回到磨輥主研磨區(qū)進(jìn)行研磨，有效降低風(fēng)阻。對磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉濃度流場進(jìn)行模擬(見圖3、圖4)，這部分一次風(fēng)由于沒有經(jīng)過噴嘴環(huán)，通風(fēng)風(fēng)阻略有減小，速度略有增加，致使磨煤機(jī)的阻力降低約350 Pa。通風(fēng)攜帶煤粉能力有所提高，煤粉濃度則由原來的0.53 kg/m3增加到0.60 kg/m3，煤粉濃度可提高約13.2%。

圖3 數(shù)值模擬磨煤機(jī)中心截面煤粉濃度分布

圖4 數(shù)值模擬磨煤機(jī)內(nèi)部煤粉濃度分布俯視圖

3 改造方案

改造結(jié)合機(jī)組檢修進(jìn)行，改造及后續(xù)調(diào)試總工期約20天。

a.在給煤機(jī)出口插板門后落煤管上加裝干燥流化風(fēng)裝置，增加原煤干燥風(fēng)，提高原煤的可磨性。熱一次風(fēng)取至磨煤機(jī)入口熱風(fēng)調(diào)門后熱一次風(fēng)道，開Φ530 mm孔，接Φ530 mm金屬膨脹節(jié)，安裝DN500高溫蝶閥及DN500電動調(diào)節(jié)風(fēng)門，電動調(diào)節(jié)風(fēng)門后接Φ530×5 mm無縫鋼管，接至落煤管混合風(fēng)室，新增熱風(fēng)管道增加100 mm厚保溫，見圖5。

圖5 落煤管加裝中心干燥風(fēng)管路示意圖

b.在磨煤機(jī)入口水平段開Φ219 mm孔，加裝1臺DN200耐高溫手動蝶閥及1臺DN200開關(guān)型電動蝶閥，見圖6。在磨煤機(jī)外筒壁切開Φ219 mm的孔接入熱一次風(fēng)管，與磨煤機(jī)外粉錐密封風(fēng)管下Φ159 mm環(huán)形風(fēng)管相連。在三角壓架處引Φ95×10 mm鑄造熱一次風(fēng)管，下部開口開噴嘴，噴嘴向下，將研磨合格細(xì)粉擾動、揚(yáng)起，由旋轉(zhuǎn)一次風(fēng)帶向分離器。靠近落煤管位置加裝3個向上噴頭形成旋轉(zhuǎn)氣流向上，擾動、吹掃原煤，將原煤中合格煤粉進(jìn)行分離，隨旋轉(zhuǎn)氣流帶向出口粉管，既可以降低磨煤機(jī)出口煤粉混合物溫度，降低煤粉發(fā)生爆炸的幾率，還能降低一次風(fēng)阻力，降低一次風(fēng)機(jī)電耗[14-15]。

圖6 磨煤機(jī)磨盤吹掃風(fēng)改造示意圖

c.將磨煤機(jī)分離器下錐體延長與Φ630×10 mm落煤管相連接，中間連接部位為法蘭連接，便于磨煤機(jī)大修時拆除延長管，見圖7。

圖7 落煤管延長減少煤粉磨內(nèi)再循環(huán)

4 性能試驗

4.1 試驗方案

為驗證磨煤機(jī)改造后的效果，通過開關(guān)落煤管加熱擾動風(fēng)和磨盤吹掃風(fēng)，對B、C、D、E磨煤機(jī)出口溫度、額定出力、最大出力及磨煤單耗與改造前運(yùn)行情況進(jìn)行對比。試驗分為工況一：將流化風(fēng)門和干燥風(fēng)門全部關(guān)閉(開度為0%)，將磨煤機(jī)帶到最大出力；工況二：在保持原磨煤機(jī)的最大出力的同時，將流化風(fēng)和干燥風(fēng)打開；工況三：將流化風(fēng)門和干燥風(fēng)門全部打開(開度為100%)，將磨煤機(jī)帶到最大出力。所有試驗工況期間冷風(fēng)門開度0%，熱風(fēng)門開度100%。

4.2 試驗結(jié)果

B、C、D、E磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗參數(shù)見表2—表5，B、C、D、E磨煤機(jī)改造前后出力情況對比見表6。試驗期間先將改造后的流化風(fēng)和干燥風(fēng)全部關(guān)閉，B、C、D、E磨煤機(jī)最大出力分別為52.41 t/h、51.31 t/h、51.48 t/h、51.61 t/h。將干燥風(fēng)和流化風(fēng)全部打開，B、C、D、E磨煤機(jī)最大出力為62.51 t/h、62.03 t/h、65.35 t/h、61.85 t/h，磨煤機(jī)出力分別增加19.13%、20.13%、26.48%、19.75%。

表2 B磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗參數(shù)

表3 C磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗參數(shù)

表4 D磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗參數(shù)

表5 E磨煤機(jī)600 MW負(fù)荷試驗參數(shù)

表6 B、C、D、E磨煤機(jī)改造前后出力情況對比

表7 試驗期間各臺磨煤機(jī)煤粉細(xì)度R90平均值對比 單位：%

通過試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)改造后磨煤機(jī)出力有所增加，煤粉細(xì)度略有下降。磨煤機(jī)干燥風(fēng)、流化風(fēng)全關(guān)至全開，B、C、D、E磨煤機(jī)煤粉細(xì)度R90平均值由29.5%、21.15%、36.96%、26.26%下降至24.7%、14.23%、28.43%、21.43%。見表7。

5 經(jīng)濟(jì)性計算

該改造項目總投資115萬元，包括設(shè)備購置、材料及施工費(fèi)。改造后磨煤機(jī)實現(xiàn)五運(yùn)一備，F(xiàn)磨煤機(jī)可以長時間停備。每年機(jī)組運(yùn)行約6500 h，F(xiàn)磨煤機(jī)按照1年運(yùn)行3000 h統(tǒng)計，磨煤單耗按8 kWh/t計算，煤量按40 t/h估算，上網(wǎng)電價按0.29元/kWh計算，全年預(yù)計節(jié)約電費(fèi)27.84萬元。改造后B、C、D、E磨除D磨單耗增加外，其他3臺磨磨煤單耗都有所下降。按B、C、D、E磨煤機(jī)每臺每年運(yùn)行4000 h，按每臺磨煤量50 t/h估算，全年節(jié)約電費(fèi)約11.46萬元。改造后全年節(jié)約電費(fèi)約39.3萬元，改造后2.5年便可收回成本。

6 結(jié)語

通過對ZGM113型中速磨煤機(jī)進(jìn)行中心干燥+磨盤流化+回粉錐體優(yōu)化改造，有效切斷分離粗粉顆粒的再次循環(huán)途徑，將碾磨合格煤粉及時擾動分離出來，提高干燥分離效率，保證了煤粉的均勻性。從運(yùn)行參數(shù)及性能試驗報告分析，改造后的磨煤機(jī)出力增加約20%，個別磨煤機(jī)制粉單耗、煤粉細(xì)度下降明顯，既實現(xiàn)了磨煤機(jī)提高出力，機(jī)組高負(fù)荷五用一備的運(yùn)行方式，還可降低制粉單耗，每年產(chǎn)生近40萬元的經(jīng)濟(jì)效益。該改造方案與更換減速機(jī)、改造動態(tài)分離器等其他改造方案相比成本低、效果好、檢修維護(hù)量小，代表了磨煤機(jī)改造的最新技術(shù)路線和方向。該技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，可供磨煤機(jī)出力不足、電耗偏高的電廠參考。