國產中速磨煤機制造技術的演變及結構特點分析

趙學斌

(山西興能發電有限責任公司，太原市，030206)

0 引言

我國從1980年起先后從美國和德國引進了RP、HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型系列中速磨煤機，上海重型機器廠、北京電力設備總廠、沈陽重型機器廠、長春發電設備總廠以設計、制造、安裝近5 000臺磨煤機的業績為引進、消化、吸收國外技術作出了重要貢獻。經過30多年的努力，我國中速磨煤機的制造、選型和運行可靠性都已達到一個較高的水平［1］。本文通過對國產 HP、ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型4 種系列中速磨煤機的結構和運行效果的分析對比，確定有利于磨煤機運行和維修的結構形式，供磨煤機選型參考。

1 中速磨煤機的技術引進

國產中速磨煤機按結構分主要有從德國BABCOCK公司引進的MPS型系列和從美國ABB-CE公司(現為ALSTOM POWER INC)引進的HP型系列磨煤機，北京電力設備總廠、沈陽重型機器廠、長春發電設備總廠均生產的是MPS型系列磨煤機，國內僅上海重型機器廠生產的是HP型系列磨煤機。

1.1 HP型系列磨煤機

上海重型機器廠于1980年從美國ABB-CE公司引進全套RP型系列碗式磨煤機制造技術，在20世紀末從美國ABB-CE公司引進HP系列碗式中速磨煤機的設計、制造技術［1］。2004年8月從美國 ALSTOM公司正式引進HP1163～HP1303型磨煤機和動態分離器的設計、制造技術［2］。HP型系列磨煤機的主要特點是采用動態分離器、旋轉噴嘴環和彈簧變加載，由于碾磨部件之間沒有直接接觸，加載裝置又有限位裝置，所以震動小、噪音低、運轉平穩。

1.2 ZGM型系列磨煤機

北京電力設備總廠1985年引進德國Babcock公司MPS225型磨煤機技術，同時引進MPS型磨煤機系列化設計核心技術——相似準則和各分部軟件技術，并通過開發形成了自己的ZGM型系列磨煤機［3］。2009年通過技術攻關，提高磨盤轉速和加載力并優化結構設計等，自主研制成功ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型中速輥式磨煤機系列產品，分檔提高轉速12% ～33%、加載力20% ～60%，研磨效率大幅提高，出力分別比基礎型產品提高12%、24%和33%。該磨煤機系列采用液壓變加載、旋轉噴嘴、動靜組合旋轉分離器等多項新技術。

1.3 MPS型系列磨煤機

沈陽重型機器廠于1985年從德國Babcock公司引進MPS系列190、225、255型3種磨煤機的制造技術，該廠已制造了國內最大的中速磨(MPS450型)［3］。MPS型系列采用了動態抬輥、外置式液壓加載、新式雙道氣動排渣系統、新型便于拆卸的下架體密封環結構等技術，同時對動靜組合旋轉分離器、旋轉噴嘴環、加載聯接形式、碾磨區域結構包括磨輥裝置也都做了較大的技術改進［4］。

1.4 MPS-HP-Ⅱ型系列磨煤機

長春發電設備總廠2003年2月引進了德國BABCOCK公司MPS-HP-Ⅱ型磨煤機專有技術。該技術是德國MPS磨煤機第三代產品，是德國BABCOCK公司的最新技術，采用了德國Babcock公司最新研制的新型煤粉分配器及動靜分離器和旋轉噴嘴環，具有反作用力變加載液壓系統，能保證機組快速響應負荷，磨煤機本體阻力較高;碾磨壓力大(最大達750 kN/m2)、出力大(比老式同型號的磨煤機出力提高20% ～50%)、實現無負荷啟動;配有液壓翻輥裝置，磨輥可以翻出檢修，使維護簡單化;磨盤由分體式改為一體式結構，增加了磨盤的強度［5］。

2 中速磨煤機的結構對比分析

2.1 磨盤與噴嘴

HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機磨盤與噴嘴環均是分體結構。分體結構的優點是噴嘴環在磨損后可以很方便地進行更換;缺點是固定部分如不牢固，極易造成脫落。ZGM型磨煤機的噴嘴動環與磨盤鑄成一體，從根本上解決了噴嘴環脫落的問題［6］。噴嘴動環的葉片較厚，具備較長的耐磨壽命，動環葉片頂部與靜環間隙在9 mm左右，硬石子煤擠壓在葉片頂部與靜環之間時，在動環旋轉的帶動下，會進入葉片之間掉入一次風室，防止了硬石子煤在動靜之間長時間摩擦而導致磨煤機過載。而 HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型磨煤機的噴嘴環外緣與固定靜止部件之間的間隙不僅會擠入硬石子煤，還會造成旁路漏風。

2.2 固定折向板與噴嘴靜環

HP型磨煤機在磨煤機分離器體上設置固定折向板。固定折向板具備初級分離的作用，可將研磨后的粗、細粉混合物中最重的煤粒分離出來，返回磨碗中進行研磨，煤粉混合物對磨煤機分離器體壁沖刷很小［7］。通過對運行情況的觀察發現，有固定折向板的HP型磨煤機外殼壁磨損輕微，分離器體壁在運行中溫度也很低，磨煤機本體對外散熱很小。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機的機殼壁(中架體)上的噴嘴靜環只起到限制煤粉混合物流向的作用，外殼壁溫度很高，約為130℃。停運后打開磨煤機檢查，磨煤機的機殼壁沖刷磨損很嚴重，部分磨輥檢查門板也受到了沖刷。

2.3 磨輥與襯板間隙

HP型磨煤機和部分ZGM型磨煤機說明書上要求磨輥與襯瓦(襯板)的研磨間隙為 3 ～5 mm［6，8］，磨輥與磨碗襯板無直接金屬接觸，運行時可空載起動亦可帶負荷起動，起動力矩小，運行安全平穩，停機時磨碗中沒有存煤。大多數ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型磨煤機繼承了MPS型磨煤機的特點，沒有研磨間隙，磨輥直接壓在磨盤襯板上。磨煤機剛啟磨時負荷較小，磨盤上存煤不多，磨煤機會產生劇烈振動。這類磨煤機均采用了抬磨輥啟磨，再布煤，最后加載的啟動方式，基本解決了啟動初期振動的問題。從運行效果看，磨煤機磨輥與襯瓦之間有間隙運行的安全、可靠性更高一些，但出力要受到損失。

2.4 磨盤密封裝置

ZGM型磨煤機的磨盤密封采用碳精密封環［6］。碳精密封環共有2圈，每圈18根。碳精密封環外部設置彈簧緊固，有自調節性能，能夠保持適當的密封間隙。其他3種磨煤機均采用2道金屬環形成的梳形迷宮密封，無自調節功能，易使磨碗轂劃傷和磨損。在運行時，使用碳精密封環的磨煤機在磨盤下聽不到密封漏風的聲音，而未使用碳精密封環的磨煤機磨盤下有較大的密封漏風聲音，明顯有漏風現象。

2.5 加載裝置

ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機均采用了液壓變加載技術。ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型磨煤機加載壓力在改進中比ZGM型分別提高20%、40%、60%;MPSHP-Ⅱ型采用了大直徑液壓缸，如MPS225-HP-Ⅱ型采用了活塞直徑270 mm，活塞桿直徑130 mm的液壓缸;同一級別的ZGM225G型采用了缸徑200 mm，活塞桿直徑125 mm的液壓缸;MPS225-HP-Ⅱ型加載壓力幾乎是ZGM225G型的2倍多［9］。液壓變加載的優點是調整靈活，可實現自動抬輥功能;缺點是系統復雜，事故率較高。據ABB-CE公司統計，RP型磨煤機故障中有60%是由液壓變加載引起的［10］。HP型磨煤機采用彈簧變加載。彈簧加載系統具有荷載較低、運行平穩、檢修率較低、可靠性較高和附加動力較少等優點，缺點是無法實現自動抬輥功能。所有HP型磨煤機加載形式都采用外置式彈簧加載裝置，彈簧組件不會腐蝕和磨損，外彈簧組件的部件比液壓加載系統的部件少得多，所以初期成本較低，更換部件的費用較少，維修次數也相應減少。

2.6 磨煤機轉速

HP型磨煤機的轉速在各型中速磨煤機中是最高的，如HP1003Dyn型的轉速達到了33 r/min。德國最新技術的MPS225-HP-Ⅱ型磨煤機的轉速為30 r/min;ZGM113 G型轉速為24.2 r/min;ZGMⅠ、Ⅱ、Ⅲ型轉速在ZGM型基礎上分別提高了10%、20%、30%;MPS225型轉速為24.1 r/min。通過提高磨煤機轉速，磨煤機出力得到了提高，電廠可選用煤種范圍變寬，煤種不太好的時候，現有的磨煤機仍能在有備用磨煤機的情況下滿足機組滿負荷發電的需求。

2.7 磨煤機排出裝置與機殼內壁的防磨

磨煤機轉速的提高必然帶來磨煤機內部磨損加劇的問題。隨著防磨技術的發展，采用防磨新工藝完全能克服因轉速提高而引起的磨損過快的副作用，如磨輥與襯板全部采用耐磨合金堆焊工藝，表面硬度可達到HV700以上。磨煤機內部的高溫環境，使粘貼防磨材料的效果受到了限制，故現在普遍推廣的是在磨煤機內部的易磨損部位堆焊耐磨材料，或者焊接陶瓷片。在磨煤機排出部位因溫度相對較低(100℃左右)，還可粘貼高溫耐磨膠泥防磨，耐磨膠泥施工極方便，不受粘貼形狀限制。這些耐磨材料的應用，能確保磨煤機1個檢修期的安全、可靠運行。

2.8 翻輥裝置

4種磨煤機均配帶了翻輥裝置，ZGM、MPS、MPSHP-Ⅱ型3種磨煤機均采用液壓翻輥裝置，拆裝專用工具相對費力，而HP型磨煤機采用起吊裝置輔助的翻輥裝置，不用額外安裝設備，操作簡單。

2.9 分離器

4種磨煤機均設計有動、靜結合的旋轉分離器。HP型磨煤機的分離裝置包括安裝在分離器體上的固定折向板和動態旋轉分離器2個部分。固定折向板起初級分離的作用，動態分離器是2個支承軸承位于最高端的立式懸吊籠體結構，具有靜撓度為0、設備重心明顯下置的二大特點。旋轉分離器從下至上通流面積逐步遞減的結構，有利于風粉混合物相對均勻地接近籠體的葉片，使機頂蓋上部的渦流流動及其能量損失亦相應減少。分離出來的粗粉沉降在吊籠下部小端之外，只參加了占輾磨全程不到三分之一的局部細研，防止了粗煤粉的重復輾碎［2］。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機的分離裝置包括靜止的分離器葉片和旋轉分離器2個部分，靜態的和動態的分離器結合在一起。煤粉先經靜態葉片得到初次分離，而后再經動態葉片得到第2次分離，煤粉細度的調節靠改變動態葉片轉速來實現［11］。

從結構和效率上看，HP型磨煤機的分離裝置因固定折向板離磨盤很近，煤粉混合物中的最重的粗粉粒在最短時間和最小距離內被分離出來送回磨盤內重磨，并且動態分離器的粗粉回粉位置防止了重復輾碎，顯然分離效率更高。

2.10 絕緣隔層

HP型磨煤機系列在磨煤機側機體上裝有厚的絕緣隔層。絕緣隔板的主要作用有:消除磨煤機的外部溫度對人身的危害，減少磨機的熱消耗，提高熱效率;進一步減少傳導到齒輪裝置的熱量，并有效地防止有關的熱應力問題。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3種磨煤機均沒有這種結構。

3 中速磨煤機的運行效果對比

HP型磨煤機由于噴嘴環的流通面積問題和研磨部件的能力有限，其排石子煤量較其他3種磨煤機要大，但其良好的分離裝置、彈簧加載裝置、磨盤運行速度，在同一級別的磨煤機里出力比較高。運行缺陷主要集中在石子煤排放系統，噴嘴環;由于葉片較薄，需經常檢查磨損情況，排矸刮板因石子煤量大損壞較頻繁［12］。

ZGM、MPS型磨煤機最大的缺點是排石子煤能力有限，導致在原有基本型的轉速下，煤粉在機內循環倍率較高，出力較低。目前在裝的ZGM基本型磨煤機正逐漸列入改造為ZGMⅠ、Ⅱ、Ⅲ型的計劃，最新引進的MPS-HP-Ⅱ型磨煤機的加載力和轉速得到了較大的提升，磨煤機出力得到有效提高。運行缺陷主要集中在液壓系統、加載拉桿密封裝置。

4種磨煤機的煤粉排出口均無可靠的防磨措施，需在維修中進行完善。

4 結語

MPS型和HP型系列磨煤機經過多年的研究發展，設備結構已形成自身傳統的優勢。MPS型系列磨煤機在研磨部分具有較強的優勢，而HP型系列磨煤機在粗、細粉分離和磨煤機檢修方面有著獨特的結構，效率更高。因此，中速磨煤機的發展趨勢應是各型磨煤機技術的融合。具體為采用ZGM型磨煤機的一體化帶噴嘴動環磨盤、襯板、磨輥、磨盤密封結構;同時采用HP型磨煤機的磨盤運行速度、固定折向板和動態分離器結構、翻輥和彈簧變加載技術;將磨煤機的排粉口進行防磨處理。經技術融合的磨煤機無論從研磨能力、分離效率、維護保養、停磨檢修方面都有著各流派磨煤機無法比擬的優勢。

［1］石金興，王泓，龍輝.中速磨煤機的國產化及發展趨勢分析［J］.水利電力機械，2003(1):1-4.

［2］陸志厚.1 000 MW機組帶旋轉分離器的HP1163/Dyn型碗式中速磨煤機的結構設計特征淺析［J］.電站輔機，2006(1):20-27.

［3］許桂琴，陳昭，龍輝.600 MW機組中速磨煤機選型設計［J］.吉林電力，2001(6):31-33.

［4］沈陽重型機械集團有限責任公司.MPS190輥盤式磨煤機使用說明書［M］.沈陽:沈陽重型機械集團有限責任公司，2005.

［5］長春發電設備有限責任公司.MPS225HP-Ⅱ型中速磨煤機說明書［M］.長春:長春發電設備有限責任公司，2006.

［6］北京電力設備總廠.ZGM113G型中速輥式磨煤機使用和維護說明書［M］.北京:北京電力設備總廠，2006.

［7］劉壽忠，劉祥玲.HP與MPS中速磨煤機的比較［J］.江西電力職業技術學院學報，2006(2):20-23.

［8］上海重型機器廠有限公司.HP963/Dyn、HP983/Dyn、HP1003/Dyn碗式中速磨煤機運行維護手冊［M］.上海:上海重型機器廠有限公司，2008.

［9］裘立春，張書謹，應劍，等.中速磨煤機MPS-225與HP-863性能比較研究［J］.浙江電力，1998(3):13-18.

［10］石金興，王泓，龍輝.中速磨煤機的國產化及發展趨勢分析(續)［J］.水利電力機械，2003(2):4-6，23.

［11］解其林.MPS中速磨煤機旋轉式煤粉分離器的改造及應用［J］.中國電力，2005，38(3):62-66.

［12］孫榮華，盛浩明.HP、MPS、MBF中速磨的性能比較［J］.華東電力，1999，27(9):28-31.