HP 系列磨煤機工作原理及在電站脫硫工程中的應用改進

葉國運 上海重型機器廠有限公司 (200245）

葉國運（1979年～），男，畢業于上海交通大學，碩士，現于上海重型機器廠有限公司任主任設計師。主要從事新型磨煤機及大型水泥立磨的研究。

0 概述

HP系列磨煤機的功能是碾磨原煤，將原煤粉碎至能在爐內有效燃燒的細度，該設備主要應用于電站制粉系統中，其外觀見圖1。

HP型磨煤機是在RP磨煤機的基礎上改進、發展起來的又一種新型中速磨煤機，它不僅革新和創造了新型部件結構，還吸收了其他中速磨煤機的優點，是具有90 年代世界先進水平的中速磨煤機。上海重型機器廠有限公司在引進RP系列磨煤機基礎上，1989年又向美國ABB-CE公司引進了全套HP系列碗式中速磨煤機設計和制造技術，并按照質量不低于美國ABB-CE公司同類產品的標準的轉化原則，在HP磨煤機國產化工程中，對于達不到ABB-CE標準的零件仍然進口，例如行星減速器中的齒輪軸承，磨輥裝置中的軸承和加載彈簧等，保證了國產HP磨煤機的質量。上海重型機器廠有限公司已完成了HP583、HP743、HP803、HP863、HP943、HP1003、HP1103、HP1203、HP1303共9大系列30 個規格的HP磨煤機圖樣和技術文件的轉化和國產化工作，并已向國內外50～1 000MW電站機組提供了2 000多臺HP系列磨煤機，積累了豐富的經驗。

圖1 HP磨煤機外觀

1 HP系列磨煤機介紹

1.1 HP磨煤機結構

HP碗式磨煤機主要由以下部件組成（見圖2），中心落煤管、排出閥與多出口裝置、分離器頂蓋裝置、分離器體裝置、內錐體裝置、文邱利和葉片裝置、彈簧加載裝置、磨輥裝置、磨碗和葉輪裝置、側機體裝置、刮板裝置（長、短）、縫隙氣封裝置、行星齒輪減速箱、潤滑油站、聯軸器、電動機、密封氣封系統等。

圖2 HP磨煤機主要部件

其中，電動機是動力設備，它為磨煤機提供動力；行星齒輪減速箱為驅動設備，帶動磨碗和葉輪裝置一起轉動；三個磨輥裝置屬于碾磨設備，對磨碗上的原煤進行碾磨；三個彈簧加載裝置分別對磨輥裝置提供碾磨力；刮板裝置將無法碾磨的石塊或其他不可碾磨的物料清掃出磨煤機；分離器頂蓋屬于選粉設備，將不合格的煤粉反送至磨碗上繼續碾磨；中心落煤管則將需要碾磨的原煤輸送至磨碗上；潤滑油站為減速箱提供潤滑及冷卻；內錐體裝置將不合格的煤粉反送至磨碗上，使其繼續受到碾磨，直至達到要求細度為止。

1.2 HP磨煤機工作原理

HP磨煤機的功能是碾磨原煤，使其達到能在爐內有效燃燒的細度（見圖3）。

圖3 HP磨煤機工作原理

磨煤機的最大碾磨出力取決于下列三個因素：

（1）磨煤機的規格；

（2）原煤特性—哈氏可磨度和含水量；

（3）煤粉細度。

原煤（顆?！?8mm）經由聯接在給煤機的中心落煤管喂入旋轉的磨碗上。正常情況下，給煤率由燃燒控制系統根據機組需要的發電量、煤質情況和磨煤機投運臺數自動控制。原煤落入磨碗上后，在離心力的作用下沿徑向朝外移動，在磨碗上形成一層煤床。煤床在可繞軸轉動的磨輥裝置下通過，這時，彈簧加載裝置產生的碾磨力通過轉動的磨輥施加在煤上，煤在磨碗襯板與磨輥之間被碾磨成粉，已磨成的煤粉顆粒繼續向外移動，越過磨碗邊緣進入輸送介質通道。典型的輸送介質是熱空氣，主要有三個作用：

（1）為磨煤機提供必要的動力，使煤粉進行分離（控制煤粉細度）；

（2）熱空氣在煤的碾磨過程中，不斷對其干燥使煤易于碾磨；

（3）將煤粉輸送到爐膛。

在煤的碾磨過程中，較小較輕的煤顆粒被氣態輸送介質（熱空氣）連續地從磨碗上吹起來。輸送空氣可由位于磨煤機上游的一次風或位于磨煤機下游的獨立的排粉機供給，一次風提供正壓(用于電廠)，排粉機提供負壓（用于鋼廠高爐噴粉）。熱空氣從側機體進入，然后沿著旋轉的磨碗外徑上升，裝在磨碗上的葉片（葉輪裝置）使氣流趨于垂直方向，在磨碗外緣上較小較輕的煤粒被氣流攜帶向上，而重的不易磨碎的外來雜物穿過氣流落入側機體區域。

在磨碗上方，被空氣攜帶的較輕的煤粒經歷了三級分離過程；第一級分離正好發生在磨碗的水平面上，安裝在分離器體上的固定傾斜的襯板使最重的煤粒突然改變方向，失去動能并直接回到磨碗上重磨；較輕的煤粒被空氣攜帶至分離器頂蓋進行第二級分離，此處彎曲的可調葉片使風粉混合物產生旋風運動，導致重顆粒失去動能而落入內錐體內并沿著內錐體內壁重新落入磨碗上重磨；較輕的煤粒被空氣攜帶至文邱利管內，在文邱利管內的傾斜葉片上進行第三級分離，此處傾斜的葉片使重的煤粒突然改變方向失去動能而落入內錐體內，并沿著內錐體內壁重新落入磨碗上重磨。為了降低通過內錐體口進入內錐體氣流速度，在內錐體的內部裝了一個倒錐體，但應保證倒錐體不能阻止較重的煤粒返回磨碗。被空氣攜帶至文邱利管的風粉混合物，先被濃縮，然后再擴大使得每根粉道中風粉均勻分配，煤粉管道把合格細度的風粉混合物引入爐膛進行燃燒。穿過氣流落入側機體區域內的不易磨碎的外來雜物被安裝在磨碗裙罩上的刮板裝置刮入側機體底板上的孔內，然后進入石子煤收集系統排出。外來雜物通常是由煤層中的巖石和采煤機械零件組成，因此把這些進入磨煤機的雜物數量減到最少是有好處的。石子煤收集系統裝有閥門，磨煤機正常運行時閥門打開，石子煤排入收集斗中，僅在清理收集斗時才關閉閥門，如果磨煤機運行時閥門關閉，則石子煤會留在側機體內并與刮板支架和襯板碾磨，以至造成這些零件的額外磨損，并形成潛在的著火隱患。磨煤機在正壓下運行，密封空氣系統向磨碗殼周圍、磨輥耳軸及彈簧加載裝置等處供給清潔空氣，以防止熱空氣和煤粉逸出污染環境或者防止煤粉進入磨煤機部件導致機件損壞。

2 HP系列磨煤機可用在電站脫硫工程中的原理分析

電站鍋爐煙氣脫硫系統中所使用的主要原材料是石灰石，其工作原理就是將石灰石碾磨成粉，再將碾磨好的粉制成石灰石漿，電站鍋爐煙氣通過石灰石漿，煙氣中的SO2與石灰石起化學反應，形成石膏，從而達到脫硫效果。

原煤磨成粉與石灰石磨成粉具有相同的物理效果，都是將原材料制成合格的粉，以滿足工程需要，但這兩種原材料的物理特性是有很大區別的，物理特性的不同導致磨機結構有所不同。其具體區別如下：

2.1 原材料可燃性不一樣

煤是可燃物，具有揮發性，其揮發性隨煤粉細度變細而增加。當通風條件不好或風粉混合物溫度過高時，煤粉在某些誘導前提下會自燃，因此磨機必須有防爆、防自燃措施；而石灰石不是可燃物，因此磨機也不要采取任何防爆、防自燃措施，從而降低了磨機的要求。

2.2 原材料質地不一樣

煤的質地松軟，而石灰石質地堅硬，其主要成分是CaO；煤的哈氏可磨系數（哈氏可磨系數越大代表對象越難被碾磨）一般要大于45，而石灰石的哈氏可磨系數一般在35左右；另外，原煤的雜質里面主要含粘土、SiO2等，石灰石的雜質里面主要含SiO2、MgO等。因此，石灰石比煤要難碾磨的多，這時需要提高磨機碾磨件的硬度，這一點目前國內是可以做到的。

2.3 終端產品細度要求不一樣

煤粉細度一般要求是200目篩過篩率為70%~85%（即一英寸的篩子有200目眼，煤粉通過該篩子的百分比為70%~85%）；而石灰石粉細度一般要求是325目篩過篩率為大于90%，其細度遠遠大于煤粉細度，要達到產品細度要求，必須改變磨機分離器的結構，而這一點國內可以做到，可以選擇旋轉分離器，以增強煤粉分離效果。

2.4 原材料含水性不一樣

煤的含水量一般在5%～40%，而石灰石含水量一般小于10%，因此在碾磨原煤時需要的熱空氣量要多，或者熱空氣的溫度要高，以便原煤充分干燥后碾磨。這些要求對磨機來說沒有太大影響，只是與磨機相關設備有關，例如空氣預熱器、一次風機。

2.5 終端產品收集方式不一樣

電站制粉系統是直吹正壓系統，原煤磨成粉后直接被熱空氣帶進鍋爐進行燃燒，鍋爐每層一般有4~6個燃燒器，因此每臺磨煤機需要有對應的4~6個送粉管；而電站脫硫項目中制粉系統是負壓倉儲式系統，也就是說石灰石磨成粉后被熱空氣送到大布袋收集起來，等到要用時再送到制漿區制漿，因此，磨機的出口只需要一個送粉管即可。解決送粉管不一樣的問題是很方便的，只是結構稍作改進即可。

根據以上分析，HP系列磨煤機是可以應用到電站脫硫工程中，但結構上需要作相應的改進。

3 HP系列磨煤機用在電站脫硫工程中所作的結構改進

通過以上分析，HP系列磨煤機可以用于電站脫硫工程中，但磨機結構需要作相應改進，以滿足磨石灰石的各項要求。磨機需要在四個方面進行結構改進，改進方案如下（見圖4）：

（1）由于石灰石不具有可燃性，從而取消防爆蒸汽接口、惰性氣體接口及CO檢測接口，使設備簡化，運行平穩可靠。

（2）由于石灰石質地堅硬，必須提高磨碗襯板及磨輥套的硬度。磨輥套采用進口硬質耐磨合金焊絲堆焊制成（國內尚無該種焊絲替代產品），磨輥表面硬度大于62HRC。磨碗襯板采用改進型高鉻鑄鐵，增加襯板中的某些微量元素如釩、鉻等，以增加磨碗襯板的耐磨性；同時改變襯板加工工藝，（原有襯板表面硬度大于58HRC），以增強襯板對石灰石的破碎功能。

（3）由于石灰石的終端產品細度比煤粉細度要高得多，因而在原有零部件的基礎上增加動態分離器，以增加石灰石粉的分離效果。動態分離器裝置主要由葉片式轉子、軸承座、傳動裝置、變頻電機及變頻器等組成。葉片式轉子是采用耐磨合金鋼制成，該轉子可以通過變頻器、變頻電機調速，以達到粉的分離功能。動態分離器屬于磨機的第三次分離，石灰石粉隨熱空氣通過分離器折向門后到達動態分離器葉片式轉子。當氣流接近轉子時，氣流中的顆粒因受到轉子的撞擊，較大的顆粒就會被轉子拋出，回到內錐體并沿內壁滑下至磨碗上繼續被碾磨；較小的顆粒被允許通過轉子，離開分離器進入送粉管到。不同產品細度可以通過調節分離器折向門葉片及調整動態分離器轉子轉速得到，顆粒經過磨機的三次分離以后完全可以達到325目篩過篩率90%的細度。

圖4 HP磨煤機改進方案

（4）由于石灰石終端產品的收集方式為倉儲式，因此風粉排出口只需要一個。根據所需熱空氣量及控制排出口的風粉流速計算出單出口的內徑，一般來說，排出口風粉流速為18~28m/s，熱風量要比磨煤時的熱風量大，主要是因為石灰石的比重比煤大，風粉比一般要大于2，這些參數最終確定了單出口的內徑大小。

（5）與煤比較，石灰石表面較滑，含水較低，根據這些物理特性，在碾磨石灰石過程中向石灰石噴灑適量的水，以便于碾磨。在兩兩磨輥之間加裝一個水的噴頭，根據運行需要，向磨碗上的原料噴灑適量的水。

磨機除了以上改進外，其余結構均與原來一樣，保留那些成熟的經過實踐檢驗的結構，確保設備運行安全可靠。當然，改進后的結構也是可信的，完全可以將改進后的磨機應用到電站脫硫工程中，磨機的運行參數可以達到設計值。

4 碾磨石灰石時的運行維護要求

磨機在碾磨石灰石時的運行要求與磨機在碾磨原煤時的運行維護要求是有區別的，但大部分運行維護要求是相同的，相同的運行條件如下：

（1）磨機啟動過程一樣。都是先啟動減速箱潤站，再啟動密封風機，當潤滑油溫度達到35℃時才可以啟動主電動機，磨機開始空轉，接下來用熱空氣暖磨，以保證磨機開始碾磨原材料時的效率高。

（2）磨機停機過程一樣。都是先停止運行給料機，再減少熱風量及降低熱風溫度，直到磨碗上的被碾磨對象全部吹干凈后，熱風改成冷風，以冷卻磨機，然后停止運行主電機，停止通風，最后停止運行減速箱潤滑站及密封風機。

運行維護要求不一樣的地方有兩點：

（1）正常運行時控制要求不一樣。兩者都有風粉排出口溫度測量元件，但根據測量溫度作出的反應不一樣。碾磨原煤時，如果風粉溫度異常偏高，則需要向磨機內通消防蒸汽或惰性氣體；碾磨石灰石時，如果風粉溫度異常偏高，則需要降低磨機入口熱風溫度。

（2）緊急停機的處理方式不一樣。碾磨原煤時，如果磨機緊急停機，則繼續向磨機通風，此時熱風的溫度降低到77℃左右，如果需要長時間停機，則需要停止通風，并打開磨機，工作人員進入磨機將磨碗上的存煤鏟除到磨機外面，以防著火；碾磨石灰石時，如果緊急停機，則可以馬上停止通風，不需要作太多的處理，等故障解除運行磨機即可。

5 小結

經過以上分析，HP系列磨煤機可以應用到電站脫硫工程中。另外，與HP系列磨煤機相似的磨機已經有碾磨石灰石的成功經驗，如MPS系列磨煤機等，其運行原理與HP系列磨煤機的運行原理基本一致，因此，其碾磨石灰石的運行經驗是可以作為HP系列磨煤機碾磨石灰石的依據。