HP1003型磨煤機(jī)靈活性改造研究

文_馮成凱 沈利 李金龍 浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司

火電制粉組靈活性是電力系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵指標(biāo)，也是電力系統(tǒng)靈活性的核心組成部分。火電制粉組靈活性通常指火電機(jī)組的運(yùn)行靈活性，即適應(yīng)出力大幅波動(dòng)、快速響應(yīng)各類變化的能力，主要指標(biāo)包括調(diào)峰幅度、爬坡速率及啟停時(shí)間等。我國(guó)火電機(jī)組在設(shè)計(jì)階段時(shí)基本都沒(méi)有考慮深度調(diào)峰工況，只能通過(guò)技術(shù)改造提高機(jī)組靈活性。前期主要工作為診斷試驗(yàn)，包括主汽輪機(jī)、輔汽輪機(jī)、鍋爐以及磨煤機(jī)等設(shè)備低負(fù)荷運(yùn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，找出限制機(jī)組深度調(diào)峰和穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸，挖掘鍋爐最低穩(wěn)燃能力和機(jī)組負(fù)荷提升能力，為靈活性運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

制約制粉系統(tǒng)不足的因素主要涉及低負(fù)荷震動(dòng)較大，煤質(zhì)摻燒出力下足，煤粉細(xì)度不合格，均勻性差以及流場(chǎng)惰性區(qū)較大等，對(duì)于磨煤機(jī)本體來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部在風(fēng)粉沖刷的情況下，殼體易磨損，碾磨件壽命降低，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行存在不同隱患。

1 概述

1.1 HP1003磨煤機(jī)工作原理

給煤機(jī)將煤從磨煤機(jī)中心落煤管進(jìn)入，煤落到旋轉(zhuǎn)的磨碗上，在離心力的作用下沿徑向朝外移動(dòng)到研磨環(huán)。由于徑向和周向的移動(dòng)，煤在可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥下通過(guò)。三個(gè)獨(dú)立的彈簧加載磨輥按相隔120°分布安裝于磨碗上部，磨輥與磨碗之間保持一定的間隙，兩者并無(wú)直接接觸。磨輥利用彈簧加壓裝置施以必要的研磨壓力，當(dāng)煤通過(guò)磨碗與磨輥之間時(shí)，煤就被磨制成煤粉。這種磨煤機(jī)主要是利用磨輥與磨碗對(duì)它們之間的煤進(jìn)行壓碎和研磨來(lái)實(shí)現(xiàn)磨煤，磨制出來(lái)的煤粉由于離心力的作用繼續(xù)向外移動(dòng)，最后沿磨碗周緣溢出。在煤的研磨過(guò)程中，較小較輕的顆粒被熱空氣（一次風(fēng)）連續(xù)地從磨碗上吹起來(lái)。

磨煤干燥用的熱空氣由磨碗底進(jìn)入，空氣通過(guò)磨碗周圍的環(huán)隙流經(jīng)旋轉(zhuǎn)磨碗的外徑。裝在磨碗上的葉片（稱為“葉輪”）使氣流趨于垂直方向。在磨碗外徑的較小較輕的煤粒被氣流攜帶向上，而重的不易磨碎的外來(lái)雜物穿過(guò)氣流落入側(cè)機(jī)體區(qū)域。在此，外來(lái)雜物通過(guò)側(cè)機(jī)體底板由裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的裙罩上的刮板裝置掃出磨煤機(jī)，然后進(jìn)入石子煤排放系統(tǒng)。

1.2 磨煤機(jī)運(yùn)行后期存在問(wèn)題

1.2.1 磨損

由于風(fēng)粉混合物的相互沖刷作用，不同型號(hào)的磨煤機(jī)均會(huì)出現(xiàn)磨煤機(jī)內(nèi)部磨損的情況，如殼體磨損，碾磨件磨損，分離器葉片磨損等，磨煤機(jī)的內(nèi)部磨損對(duì)于整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行存在不同程度的安全隱患。

1.2.2 煤粉細(xì)度和均勻性降低

原磨煤機(jī)設(shè)計(jì)為靜態(tài)分離器，由于靜態(tài)分離器依靠擋板對(duì)煤粉細(xì)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)可控的效率較差，也是所有磨煤機(jī)的共性問(wèn)題。煤粉細(xì)度差，最終會(huì)導(dǎo)致鍋爐的燃燒不充分，煤粉燃燒不充分產(chǎn)生的氮氧化物的排放量會(huì)增加。

1.2.3 低負(fù)荷振動(dòng)明顯，調(diào)峰范圍窄

由于HP1003 型磨煤機(jī)主要是依靠作用在磨輥上的彈簧加載力對(duì)原煤進(jìn)行碾磨，加載力在運(yùn)行過(guò)程中不可調(diào)。在低負(fù)荷給煤時(shí)，磨盤上的原煤較少，煤層薄，碾磨件輥套和襯瓦在彈簧力的作用下，互相碰撞摩擦，導(dǎo)致磨煤機(jī)振動(dòng)明顯，調(diào)峰能力差。

1.2.4 磨煤機(jī)出力問(wèn)題

燃燒煤質(zhì)在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中，不同時(shí)期的煤質(zhì)會(huì)發(fā)生水分和哈式可磨度的偏離，導(dǎo)致磨煤機(jī)出力下降的問(wèn)題時(shí)常會(huì)出現(xiàn)，如原煤的水分過(guò)高，原煤不能夠及時(shí)烘干，原煤哈式可磨系數(shù)低則較難磨，出力會(huì)受到影響。

2 靈活性探討

2.1 降低磨損的優(yōu)化

目前降低內(nèi)部的殼體磨損主要是改變其防磨材質(zhì)，將材質(zhì)改變?yōu)樘沾刹馁|(zhì)或NM400／500，以提高材質(zhì)的耐磨性能。同時(shí)，磨輥的輥套和襯瓦采用堆焊的型式，定期進(jìn)行堆焊，堆焊材質(zhì)選用耐磨材料。后期為了較好的保證磨輥不被風(fēng)粉直接吹掃，可將磨輥進(jìn)行保護(hù)，磨輥裝置合適位置焊接阻風(fēng)耐磨板，以降低一次風(fēng)的吹掃。

2.2 提高煤粉細(xì)度和均勻性

分離器作為磨煤機(jī)重要的分離機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式與其內(nèi)部流場(chǎng)的分布情況決定著出粉水平和出粉效率。風(fēng)粉流場(chǎng)和不同粒度煤粉的運(yùn)行軌跡變化不一。為提高煤粉的均勻性系數(shù)，降低煤粉在磨煤機(jī)系統(tǒng)中的循環(huán)倍率，從而在一定程度上降低磨煤機(jī)的單位電耗，可將靜態(tài)分離器改變?yōu)閯?dòng)靜組合式旋轉(zhuǎn)分離器。根據(jù)磨煤機(jī)不同的出力和煤粉細(xì)度要求，對(duì)分離器殼體以及葉片數(shù)量進(jìn)行合理調(diào)整，以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)對(duì)煤粉的需求，同時(shí)動(dòng)態(tài)分離器根據(jù)當(dāng)前燃用煤質(zhì)進(jìn)行空間設(shè)計(jì)，以保證整體流場(chǎng)的均衡性，降低系統(tǒng)阻力，提高磨煤機(jī)制粉出力。

2.3 磨煤機(jī)出力提高

提高磨煤機(jī)的出力主要圍繞其上中下流場(chǎng)進(jìn)行，上部流場(chǎng)對(duì)分離器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在ZGM、MPS 和HP 型磨煤機(jī)現(xiàn)有的技術(shù)中，落煤與熱風(fēng)在磨煤機(jī)內(nèi)逆向流動(dòng)，但原煤處于磨煤機(jī)的中央，熱風(fēng)處于磨煤機(jī)的四周，熱風(fēng)對(duì)原煤幾乎不存在直接接觸干燥，這也是磨煤機(jī)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處。為了提高磨煤機(jī)的干燥出力，中部流場(chǎng)在實(shí)踐中可以增加中部預(yù)熱裝置，磨輥研磨后的原煤及煤粉及時(shí)補(bǔ)充干燥風(fēng)進(jìn)行吹掃、干燥、擾動(dòng)，讓合格煤粉及時(shí)被分離并帶入爐膛燃燒，避免合格煤粉多次碾壓，導(dǎo)致增加電機(jī)能耗。下部流場(chǎng)可以對(duì)葉輪裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低磨煤機(jī)的排渣量。

2.4 出口煤粉在線監(jiān)測(cè)

送粉管道內(nèi)的煤粉濃度和細(xì)度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，煤粉濃度的高低直接影響送風(fēng)管道內(nèi)風(fēng)粉的均勻性，煤粉濃度過(guò)高，流速過(guò)低就會(huì)導(dǎo)致送粉管道的煤粉堵塞，煤粉細(xì)度過(guò)高，鍋爐的燃燒不充分，燃燒效率降低。為了更好的適應(yīng)鍋爐的調(diào)峰能力，煤粉的細(xì)度是影響鍋爐的重要原因之一，在鍋爐低負(fù)荷燃燒時(shí)，保證鍋爐的穩(wěn)燃也是火力發(fā)電機(jī)組靈活性改造的方向。在制粉系統(tǒng)端，磨煤機(jī)應(yīng)具有更寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍、更快的變負(fù)荷速率、更高的負(fù)荷調(diào)節(jié)精度和一次調(diào)頻能力，這就對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。

煤粉在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前國(guó)內(nèi)一直在研究其測(cè)量原理并且不斷的進(jìn)行完善，其中之一主要是在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，任何兩種不同的物質(zhì)將相互感應(yīng)產(chǎn)生信號(hào)。入爐煤在線檢測(cè)系統(tǒng)正是以被測(cè)介質(zhì)流經(jīng)監(jiān)測(cè)探頭時(shí)所產(chǎn)生的無(wú)源檢測(cè)感應(yīng)信號(hào)為基礎(chǔ)，進(jìn)行煤粉流各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量。能實(shí)現(xiàn)煤粉在線的濃度、速度以及細(xì)度的準(zhǔn)確測(cè)量，并將信號(hào)傳遞到電腦終端是較為關(guān)鍵的一步。在深度調(diào)峰期間，可以在線調(diào)整煤粉細(xì)度，以保證鍋爐的穩(wěn)定燃燒。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著清潔能源裝機(jī)容量不斷增加，火力發(fā)電廠磨煤機(jī)也不斷進(jìn)行不同的靈活性改造。除了以上涉及的改造之外，未來(lái)還會(huì)涉及磨煤機(jī)入口給煤量、一次風(fēng)量、風(fēng)溫以及出口溫度、出力和煤粉細(xì)度的動(dòng)態(tài)耦合，以保證磨煤機(jī)的運(yùn)行在最佳狀態(tài)，避免無(wú)用功的浪費(fèi)。HP1003 磨煤機(jī)加載方式為彈簧定加載方式，低負(fù)荷振動(dòng)情況多有出現(xiàn)，由于磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)型式的差異，對(duì)加載方式的改變較為困難，也是未來(lái)考慮的問(wèn)題之一。