風扇磨煤機的特性及結構設計原則

◎金英淑 王立芳

風扇磨煤機的特性及結構設計原則

◎金英淑 王立芳

風扇磨煤機是直吹式制粉系統的燃煤電站鍋爐提供合格煤粉的制粉設備。它屬于高速磨煤機。本文介紹了風扇磨煤機的特性及結構設計原則，根據風扇磨煤機性能參數設計最合理的結構，能滿足100MW-1000MW機組的要求，以推動風扇磨煤機在高水份褐煤鍋爐發電機組的應用。

風扇磨煤機的特點及應用

風扇磨煤機是直吹式制粉系統的燃煤電站鍋爐提供合格煤粉的制粉設備。它屬于高速磨煤機類。

風扇磨煤機的結構與風機相似，具有較高的自身通風能力，純空氣狀態下壓頭可達2000到3300Pa。它的特點是在磨煤機中可同時完成干燥、制粉、和輸送三個工作過程，因此簡化了制粉系統。

在直吹式風扇磨煤機制粉系統中，可以采用高溫爐煙+低溫爐煙+熱風做干燥劑，且煤在磨煤機中大部分處于懸浮狀態，所以干燥過程非常強烈，因而它特別適合磨制高水份褐煤，泥煤等。并可推廣到磨制油母頁巖及高水分、高揮發分的煙煤。風扇磨煤機具有結構簡單、易于控制、尺寸緊湊、占地面積小、對雜物敏感性不強等優點。由于尺寸小，磨煤機內存煤量較少，因此對鍋爐負荷的變化適應性非常好，且制粉電耗為最低。

風扇磨煤機的工作原理及結構特性

風扇磨煤機的工作原理。原煤經干燥豎井進入磨煤機前得到強烈的干燥，大部分外在水分被蒸發掉。原煤在熱應力的作用下，體積膨脹，表面產生龜裂直至完全破裂，此種現象稱之為干燥破碎。

原煤經軸向進入磨煤機后，其破碎過程可分解為二種方式。一種仍為干燥破碎；另一種為機械破碎。煤粒徑機械破碎后不斷產生新的表面，在干燥劑的作用下，新表面的水分被蒸發，隨之體積產生膨脹，盡管不如進入磨煤機前劇烈，但仍有利于下一次機械破碎。

煤在磨煤機內受到高速旋轉的打擊輪的沖擊，破碎后被拋到磨煤機護鉤上進一步破碎。被破碎的煤粒在氣流的帶動下沿磨煤機蝸殼做環流運動。大的顆粒由于自重無法輸送出去，而從氣流中脫離出來重又進入打擊輪中，經再一次破碎后又被拋到護鉤上進一步破碎。此種反復循環的過程稱之為撞擊破碎。

煤粒在經打擊輪撞擊破碎后，與打擊板粗糙的表面產生平面相對摩擦運動，使煤粒得到細化；同樣煤粒在沿蝸殼內做環流運動時也與蝸殼產生相對摩擦運動，使煤粒得到細化。以上兩種使煤粒得到細化的方式稱為摩擦破碎。

撞擊破碎與摩擦破碎都稱為機械破碎。

經過干燥及機械兩種方式的不斷交替進行，將原煤破碎到一定的粒度，借助于風扇磨煤機的風機功能，將煤粉送入分離器內進行重力分離、撞擊分離及慣性分離。合格的煤粉被繼續送入燃燒器內進爐膛燃燒；被分離出來的粗粉經回粉管返回磨煤機內重新破碎。

風扇磨煤機的結構特性。風扇磨煤機主要由打擊輪、機殼、分離器等裝配部件組成。

打擊輪：打擊輪位于機殼內部，其結構類似于風機的葉輪，打擊板相當于葉片。運行時，打擊輪與電機同步轉動。打擊輪背面裝有通風背筋，當打擊輪高速旋轉時吸來自密封風管道的熱風，在打擊輪背面與機殼形成正壓區，阻止煤粉進入，以防后盤輪緣及盤面磨損，并杜絕軸端漏粉。

打擊輪的幾何尺寸決定了磨煤機的功率、工作轉速、提升壓頭、磨煤出力及通風量。

機殼：機殼是包容打擊輪的裝配部件，與打擊輪構成磨煤機的主體，是磨制煤粉的場所

機殼內部由鑄鋼護板圍成的蝸殼與打擊輪構成氣流混合物的通道。蝸殼型線的設計決定了其鑄鋼護板的使用壽命，并可影響到磨煤機的通風量及出力。

分離器：分離器是分離粗、細粉的裝置，通過改變其調節擋板的位置以改變風粉混合物的通道來達到分離粗、細粉的目的。它決定了磨煤機的制粉細度。

風扇磨煤機的結構設計原則

風扇磨煤機的結構設計中，重點為打擊輪結構、機殼結構及分離器結構。

打擊輪的結構設計原則。打擊輪的結構參數包括：打擊輪直徑、有效寬度、打擊板數等。

對帶粉的風扇磨煤機模擬試驗結果表明：較合適的打擊板寬度比：b/ D2=0.23-0.30。較合適的打擊板高度比：L/D2=0.16-0.18。打擊板數：m=8-12,最多為14。適當的圓周速度：75-85m/s。

以上試驗是綜合考慮了破碎效率和全效率（即帶粉時的通風效率）的結果。

但由于風扇磨的提升壓頭比較小，往往滿足不了設計需要，因而在選定磨煤機型號的基礎上，通常通過提高其打擊輪外緣的線速度來提高風扇磨的提升壓頭。

即取：μ2=85～90m/s

機殼結構的設計原則

機殼的結構設計主要是其內部蝸殼型線、寬度、張開度及喉部間隙的選擇。

蝸殼型線的設計。蝸殼型線的設計即要考慮氣流的流動，也要考慮煤粉順利的輸送。目前最常使用的型線為阿基米德螺線。

假設蝸殼中的平均流速為：

V=Q/A.B 式中：A-蝸殼張開度m；B-蝸殼寬度m； Q-氣體流量m3/s。

且在所有徑向界面中V保持不變，即相當于蝸殼徑向界面逐步擴大，正比于打擊輪轉角而逐漸增多的流量。

則：Rφ=r2+（A/2π）φ 式中：r2-打擊輪半徑m；Rφ-對應于轉角φ的蝸殼半徑mA-蝸殼張開度m

蝸殼寬度B的選取。從能量損失角度考慮寬度B小好。因為B小，氣體脫離打擊輪后通道面積突然擴大程度小些，相應動能損失低些，但也不能太小，否則將導致張開度過大，根據經驗： B=b+40-60 mm b-葉輪寬mm

蝸殼張開度的計算

（a）按氣體流動計算張開度

即按阿基米德螺線 A/r2=0.215

（b）按煤粉沉降速度計算張開度

蝸殼張開度的大小必須保證氣流在張開度處將煤粒全部帶出磨煤機，以避免在蝸殼內積粉。因而張開度處氣流速度必須

大于煤粒的沉降速度，才能保證順利輸粉。

不同直徑的煤粒在200℃的氣流中運動時的沉降速度如下：

從分離器回粉的分布來看，基本上是在5mm以下，因此張開度處的流速應在18～25m/s范圍內。

沉降速度和張開度的關系如下：

西德EVT公司推薦蝸殼張開度處的計算流速（即按分離器出口處流量來計算的流速）為40～60m/s（小磨取下線，大磨取上線），此流速可以認為就是張開度處的實際流速（如果考慮分離器回流，則張開度處實際流速要大，但最大張開度處的流量還不是風扇磨中最大流量，按照葉輪所轉過的角度來考慮，此處流量大概只有總流量的75%，這樣張開度處的實際流速仍舊為40～60m/s）。這個數字比我們按單顆粒計算出來的沉降速度18～25m/s要大，原因是此處煤粉濃度高，實際沉降速度并不能按單顆粒煤粒來計算。按照沉降速度和葉輪參數的關系所得出的張開度應是0.29～0.43。

蝸殼喉部間隙的選取

喉部間隙增大后會導致磨內循環風量增加，壓頭降低。因為一部分能量消耗于循環回流中。在磨煤機壓頭緊張時，適當減小喉部間隙有一定的好處。

t=20-50 mm

分離器結構的設計原則

分離器結構的設計原則應是控制容積強度和斷面強度（即斷面流速）。容積強度影響到煤粉細度R90;而斷面強度影響到R1000。容積強度Q/V（m3/h.m3）:單位體積在單位時間內所通過的氣體流量。

風扇磨煤機常用的分離器有三種型式：雷蒙式、雙流慣性式、單流慣性式。

長春發電設備總廠）