探究HP型磨煤機實際應用中性能改進的方法

張忠翼

（神華集團有限責任公司，北京 100011）

近年來，大型火力發電機組在我國日益普及，600 MW火電機組因其具有容量大、可靠性高、參數高、能耗低、污染低等優點，現已成為我國火力發電廠的主力機型。制粉系統是火力發電機組輔機設備的重要組成部分，中速磨煤機在我國大都被應用在大容量鍋爐的制粉系統中。中速磨煤機與鋼球磨煤機相比，具有結構緊湊、體積小、質量輕、占地少、金屬消耗量少、投資低、磨煤電耗低、噪聲小、煤粉的均勻性好等優點。HP型碗式磨煤機是繼RP碗式磨煤機后新開發的產品，其結構原理體現了先進的磨煤技術，具有運行電耗低、檢修方便等優越性。目前，在600 MW機組中得到了最廣泛使用。但由于目前我國能源市場煤炭價格一直處于高位，火力發電廠在實際生產運行期間往往不能燃用設計煤種，甚至會偏差很大。磨煤機磨煤部件易磨損、出力不足等問題也為設備的安全可靠運行提出了新的挑戰。

1 火力發電廠磨煤機種類

磨煤機是制粉系統的主要設備，磨煤機主要是依靠撞擊、碾壓、擠壓等作用原理，將煤磨制成煤粉，各種磨煤機是以一種作用力為主，同時兼有其他作用力。

根據磨煤部件的工作轉速，電廠磨煤機可分為以下3種類型：①低速磨煤機。轉速為15～25 r/min，常見的是筒型鋼球磨煤機，簡稱球磨機。②中速磨煤機。轉速為50～300 r/min，如中速平盤磨煤機、中速鋼球式磨煤機（E型磨）、中速碗式磨煤機（簡稱碗式磨，如RP型、改進HP型磨）、中速輥環式磨煤機（簡稱輥環式磨，如ZGM磨）。③高速磨煤機。轉速為600～1500 r/min，常用的是風扇式磨煤機。

2 HP型磨煤機結構及工作原理

我國HP型磨煤機是上海重型機器廠引進美國CE公司碗式磨煤機制造技術，用于電廠煤粉的制備和干燥。由于磨煤機內研磨表面形似深碟或碗，所以稱之為碗式磨煤機。

機組原煤倉中的原煤經給煤機按燃煤量需求輸入磨煤機內，從磨煤機上面的落煤管進入旋轉的磨碗上。由于離心力的作用，原煤順著徑向朝外的方向移動至研磨環，從可繞軸旋轉的磨輥裝置下面通過。原煤經過這一系列移動后，在受到液壓加載裝置產生的碾磨力后，煤在磨碗襯板與磨輥套之間形成煤床，并逐漸被粉碎，研磨成粉。

熱一次風由磨碗底下側機體進入，并通過磨碗周圍的間隔縫隙流經旋轉磨碗的外徑，由于葉輪上導流板的特殊設計而使氣流能夠趨于垂直方向。一些較小、較輕的煤粒在磨碗的外側，被熱一次風攜帶向上，而一些不易磨碎的重的外來雜物在重力的作用下落到側機體區域。外來雜物通過側機體底板，由裝在裙罩裝置上的能夠旋轉的刮板裝置從排渣口掃出磨煤機，最后進入石子煤排出系統。由熱一次風和相對較輕、較細小的煤粒在磨碗上面組成風粉混合物，這種混合物在分離器的固定空氣折向器上經歷一個三級篩分過程：第一級篩分是在磨碗水平面上的導向襯板上進行的。在這里，顆粒較大并且比較重的煤粉將返回磨碗，進行新一輪碾磨后變成更小的顆粒，而顆粒較小、重量較輕的煤粉將由氣流帶入分離器頂蓋進行第二級篩分，在此處風粉混合物所產生的旋風被彎曲的可調葉片不斷擾動。在這個過程中，相對重一些的煤粒將從煤流中降落，接著風粉混合物穿越叫作文丘利套管的垂直插管進行下一步篩分，直至達到調整所需的煤粉細度。較重煤粒從分離器葉片和文丘利套管里分離出來，并經過內錐體返回到磨碗中央重新進入研磨區域。出來的風粉混合物經過文丘利套管，通過先濃縮、后擴大的過程，加之安裝在煤粉管道上的可調縮孔的共同作用，使得風粉在每一根煤粉管中都能很均勻地分布。最后，符合要求的風粉混合物從煤粉管進入鍋爐進行燃燒。

HP型磨煤機主要由以下部分組成：①電動機驅動減速箱，減速箱由行星齒輪組成并直接與磨碗相連。由于其轉速可以根據需要按照比例適當降低，所以能夠起到使磨碗達到要求轉速的作用。②側機體內安裝多塊襯板，在磨碗周圍組成進風口，并對分離器體能夠起到支承作用，熱一次風從進風口進入并沿磨碗周圍上升，從而起到烘干和輸送煤粉的作用。磨碗由減速箱帶動，原煤在磨碗襯板和磨輥間研磨成粉。③磨碗外周安裝葉輪裝置，熱一次風在經過葉輪裝置上的導流板后能夠垂直向上，在葉輪裝置與分離器體之間的間隔縫隙通過后，能夠分布得非常均勻，這樣就能有效地控制磨煤機碾磨區域內風粉混合物的流向。④在磨碗上方，分離器內懸掛著3只單獨液壓加載的磨輥裝置，當磨輥與磨碗之間充滿原煤時，磨輥經過不停的旋轉、碾壓，使原煤逐漸變為粉末。⑤分離器體、導向襯板、裝有折向裝置和內錐體的分離器頂蓋以及分離器，這些部件的主要作用是容納煤粉并使風粉流向朝上。當風粉通過折向裝置時，顆粒較大、較重的煤粉將從風粉混合物中被篩分出來，然后落到磨碗內，再進行重新碾壓、研磨。⑥出口文丘利和多孔出口裝置，當風粉混合物通過這些部件時，能夠被分成多股均勻的風流，以滿足再篩分的需要。⑦多孔出口裝置的上部安裝有排出閥裝置，這個裝置由多個閥組成。當磨煤機停用或檢修時，如果磨煤機內還有存煤，可以由排出閥裝置將磨煤機和還在運行的鍋爐分開。

3 HP型磨煤機運行注意事項

HP型磨煤機在運行操作中應按正確的操作方法執行，避免以下不正確的和危險的操作情況出現。①磨煤機的排渣量過大。因為煤會在側機體內堆積起易結焦，結焦后較大的焦塊會堵塞排渣口成為磨煤機著火的重大隱患。②磨煤機長期在出口溫度低于要求范圍的條件下運行。煤如果不能充分干燥，會導致其附著在磨煤機內部和煤粉管中，從而造成煤粉管堵塞，嚴重時會造成磨煤機及煤粉管道著火。③磨煤機長期在出口溫度高于要求范圍的條件下運行。出口溫度高會導致揮發粉從煤中逸出，嚴重時會導致燃料著火。④磨煤機在通風量低于要求范圍的條件下運行。通風量過低時，煤粉管里輸送煤粉的速度也會相應下降，會導致煤粉沉積，從而增加了煤粉管道堵塞甚至著火的風險。⑤磨煤機在通風量高于要求范圍的條件下運行。通風量較高使得煤粉管道和磨煤機內部磨損加速，影響磨煤機的安全經濟運行，同時可能降低煤粉細度。⑥磨煤機在石子煤排出口閘門關閉的情況下運行。這樣會阻止雜物的排出，若長時間不能正常排渣，理應排出的雜物會積存在側機體里，對刮板裝置會產生嚴重的損壞。⑦磨煤機在給煤之前暖磨不夠充分。如果暖磨溫度不夠，可能導致煤粉附著在磨煤機內部和煤粉管道里，這樣制粉系統發生火災的風險將增加。⑧磨煤機在停機之前冷卻不夠充分。如果停機冷卻不足，可能會造成磨煤機內溫度超過安全規定的情況發生，當磨煤機檢修或停機時，磨煤機或煤管發生火災的風險將增加。⑨磨煤機的輸出煤粉細度過細。當煤粉細度細得已經超過規定范圍時會使磨煤機出力降低，磨煤機電動機的耗電量增大。⑩磨煤機的輸出煤粉細度太粗。當煤粉細度粗到超過規定范圍時，爐膛的工作將會受到影響。

4 提高HP型磨煤機性能方法

4.1 提高HP型磨煤機出力方法

4.1.1 加裝動態分離器

HP型磨煤機常規配置有靜態分離器，在利用靜態分離器把細煤粉從粗煤粉中分離出來時，會使細煤粉在磨煤機里再次循環。這樣，研磨效率和磨機研磨能力（磨煤機出力）會受到含有細煤粉的研磨區域影響而降低。加裝動態分離器可改善煤粉細度，從而提高燃料熱效率并改善鍋爐燃燒狀況。在研磨低揮發分煤或磨機的研磨能力下降時，動態分離器的設計可以使系統能夠處于常規狀態，完成出力調節。

動態分離器通過可調整變頻器和可編程控制器，由一個交流電動機進行驅動。動態分離器的轉速取決于給煤速度，當給煤速度加快時，分離器的轉速也隨之增加。分離器的轉速隨著磨煤機給煤速度相應變化。動態分離器在減少細煤粉在磨煤機內部的循環次數、提高研磨效率和磨煤機能力等方面都能夠起到非常顯著的作用。動態分離器主要是利用空氣動力學和離心力將細煤粉從粗煤粒中分離出來。可以根據原煤變化和燃燒隨時調整動態分離器，從而較快地實現磨煤機煤粉細度的調整，較以往手動調節的分離器更方便，更及時。

4.1.2 HP型磨煤機葉輪風環改造

HP型磨煤機常規葉輪噴口間隙調節是通過加裝空氣節流環實現的，但加裝空氣節流環后噴口處會形成較強的紊流，嚴重降低了一次風速，削弱了一次風攜帶煤粉的能力。針對該問題，提出在磨煤機風環處加裝漸縮噴嘴，將原本不規則的噴嘴改為漸縮型，減小該處紊流，增加噴口風速，提高一次風的攜帶能力。以某電廠HP1003型磨煤機為例，該磨煤機為上海重型機械廠生產，驅動電機為湘潭電機廠生產，額定電流67A，額定轉速797rpm.磨煤機轉速33 rpm，最小通風量71 t/h，最大通風量為102 t/h，最大制粉出力62.8 t/h.在實際運行中僅能達到50 t/h的最大穩定出力，原因有：一次風機管道阻力較大，造成一次風機達不到額定風壓，否則風機將進入不穩定工作區；由于燃用煤種變化石子煤排量較大，為了減少石子煤排量將風環間隙減少到50 mm，致使磨煤機出力下降較多。針對該問題，提出在磨煤機風環處加裝漸縮噴嘴，減小該處紊流，增加噴口風速，提高一次風的攜帶能力。經過反復測算，認為可以將該處風速由現在的54 m/s提高到64.5 m/s，改造前后燃用相同煤種，出力由50 t/h增大到55 t/h，大大加強了機組燃煤摻燒的能力。

4.2 提高HP型磨煤機可靠性方法

4.2.1 磨煤機一次風道入口改造

HP型磨煤機一次風道在進入磨煤機刮板室前設計有導流板，刮板轉動的方向與導流板的導向相一致，于是在風道入口段刮板轉動的反方向形成死角。當燃用揮發分較高的煤種且石子煤量大時，石子煤在刮板的作用下進入死角，隨著堆積量的增大，如果此時一次風量相對較小，石子煤就會進入一次風道并沉積下來，進而發生自燃，燒損磨煤機一次風道入口。

在磨煤機一次風道入口死角處增加一個導流板，并用鋼板將余下的死角區滿焊封死，以消除一次風回流，并阻止石子煤在此堆積引起自燃。

4.2.2 磨輥加裝氣密封改造

HP型磨煤機磨輥裝置軸承箱的密封為骨架密封，密封面為嵌入磨輥座蓋內的三層雙唇骨架油封（一層油封、兩層灰封）和與磨輥軸配合的耐磨套。磨輥原有設計的密封風在磨輥裝置外部，密封風在將煤粉吹走的同時，由于磨輥周圍充滿煤粉顆粒，也有可能將煤粉顆粒吹進磨輥座蓋內的密封面中，這些細小堅硬的煤粉一旦滲入磨輥裝置的密封面，更加劇了油封和耐磨套的磨損，以致油封損壞、磨輥軸承箱進粉油質變差，導致磨輥軸承損壞或軸承箱內積粉嚴重，磨輥停轉。

為消除此缺陷在磨輥軸端面加油孔上方沿軸向鉆孔，并從雙唇骨架油封的油封和灰封中間的位置徑向垂直引出，同時打穿耐磨套，利用油封和灰封的結構空間使壓縮空氣進入后形成高壓風環。由于磨輥頭為全封閉結構，因而壓縮空氣只會從骨架油封和耐磨套的縫隙向磨輥裝置外噴出，對磨輥軸承箱潤滑油和軸承均無影響，且壓力遠大于一次風和原有密封風壓力（壓差大于30 kPa），有效地防止了煤粉或其他微小金屬顆粒進入磨輥軸承箱。

4.2.3 HP型磨煤機內部防磨處理

一般電廠根據自身磨煤機的設計參數、運行情況和磨損程度，以及煤質、單臺磨煤機的累積運行小時數、磨煤機利用率、檢修質量等諸多因素來制定磨煤機的大修周期。對于HP型磨煤機大修主要根據磨碗襯板、分離器襯板、磨輥套等主要磨損部位的損壞情況作為參考依據，定期進行更換。另外，HP型磨煤機人孔門四周、擋煤環上沿、延伸環迎風面、磨輥座底部在磨煤機運行過程中，由于受風粉混合物及石子煤的不斷沖刷，并且這些部位磨損后不易修復，建議在大修或臨時檢修時做好防磨處理，如在其表面堆焊耐磨焊條（Fe-05）、涂刷耐磨修補劑等。

5 結束語

目前，火力發電廠大型燃煤機組的鍋爐多配備了HP型中速磨煤機作為重要的生產設備，機組磨煤機運行狀況的好壞直接影響機組的安全經濟性。HP型磨煤機雖然自身優勢十分明顯，但在實際運行中也有許多問題需要技術人員善于發現并研究解決方法。設備的科學管理是保障設備處于良好狀態的有效手段，希望在眾多科技人員的努力下不斷改進，通過交流探討，提高HP型磨煤機的安全可靠性。

[1]鄢曉忠.鍋爐設備檢修[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]郭延秋.鍋爐分冊[M].北京：中國電力出版社，2003.