HP磨煤機磨損后期出力下降的分析

上海電氣上重碾磨特裝設備有限公司 上海 200245

1 問題描述

HP磨煤機廣泛應用于火力發電煤粉鍋爐領域,是火力發電機組的重要輔機之一。HP磨煤機具有結構緊湊、體積小、占地面積小、投資低、檢修方便、煤粉均勻性好等優點。確保HP磨煤機穩定運行,尤其是確保HP磨煤機的出力穩定,對整個火力發電機組而言尤為重要。筆者通過對HP磨煤機磨損后期出力下降進行分析,通過結構和裝置改進,起到改善出力下降率的目的。

HP磨煤機是當今主流中速磨煤機之一,最早起源于RP磨煤機,在RP磨煤機的基礎上進行改進,成為現在的HP磨煤機。HP磨煤機具有制粉效率高、故障率低、檢修方便等諸多優點。根據DL/T 5145—2012《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》,煤粉鍋爐在燃用設計煤種時,需考慮在留有一臺備用磨煤機的情況下,總出力不低于鍋爐連續最大蒸發量工況燃煤量的110%[1]。同時,該出力需考慮在磨煤機磨損后期出力下降的情況。正常設計的MPS磨煤機,在碾磨件質量減小低于15%時沒有變化。在質量減小22%時,將加載力增大10%,出力約為最大出力的95%。RP磨煤機和HP磨煤機磨損后期調整磨輥間隙后,出力約為初期出力的90%。可見,改善HP磨煤機的出力下降率是一個值得研究的問題,尚有很大的優化空間。

2 碾磨原理

應用HP磨煤機,將直徑不大于38 mm的原煤經由連接至給煤機的中心給煤管送入旋轉的磨碗中[2]。原煤落入磨碗后,在離心力的作用下沿徑向向外移動至研磨環。由于徑向和周向的移動,煤在可繞軸轉動的磨輥裝置下通過,加載裝置產生的碾磨力通過轉動的磨輥施加在煤上。磨輥裝置使煤在磨輥下形成煤床,并在磨環與磨輥之間研磨為煤粉。在煤的研磨過程中,較小、較輕的煤粉被氣態的輸送介質連續從磨碗中吹起。輸送介質有三個作用:① 將煤粉從磨煤機輸送至爐膛;② 在磨煤機內提供必要的動力,使煤粉分離,控制出口煤粉細度;③ 被加熱輸送介質在煤粉的碾制過程中對煤進行干燥,使其易于研磨。輸送介質由位于磨煤機上游的一次風機供給,一次風機提供正壓。熱空氣從磨碗底部進入,在磨碗外徑處的較小、較輕煤粉被氣流攜帶向上,而重的、不易磨碎的外來雜物則穿過氣流落入側機體區域。外來雜物通過側機體底板,由裝在轉動裙罩裝置上的刮板裝置掃離磨煤機。通過分離器的重煤粒直接返回磨碗,進一步碾磨為更小的煤粉[2]。較輕的煤粉被氣流攜帶至分離器頂蓋,進行第二級分離。在此處,彎曲的可調葉片使風粉混合物產生旋風運動,重煤粉失去動量,進而從煤流中降落。分離器分離出的較重煤粒經過內錐體返回至磨碗的研磨區域,錐體將磨煤機紊流區域的顆粒從分離器中分離出來,無紊流區域的煤粒在重力作用下返回磨碗。風粉混合物經過煤粉管，風粉分配均勻[4-8]。煤粉管將風粉混合物引入爐膛進行燃燒。

HP磨煤機具有獨特的碗式磨盤和錐形磨輥結構,如圖1所示。錐形磨輥和磨碗在空載時形成3～5 mm間隙。當負載運行時,原煤通過中心落煤管進入磨碗,填充磨輥和磨碗之間的間隙,形成煤床,同時抬升磨輥,壓縮彈簧。彈簧給予磨輥裝置一個反向加載力,原煤得以在磨輥和磨碗襯板之間碾磨。

隨著機組的運行,碾磨區域的構件會不可避免地產生磨損,磨損的構件主要集中在磨輥輥套和磨碗襯板中。然而,碗式磨盤和錐形磨輥的特殊構造導致磨損并非呈線性分布,在磨輥輥套和襯板的某一特定區域,磨損尤其嚴重。磨輥磨損形式如圖2所示。當設備處于磨損后期時,由于特定區域的嚴重磨損,導致局部區域煤床厚薄不一,加載力作用不均衡,從而導致出力下降。可見,如何盡量避免磨損區域的不均衡是改善出力下降率的關鍵。在設備檢修維護中,可以在不修復輥套的前提下對磨輥和磨碗間隙進行縮小,磨煤機出力會得到一定程度的恢復。但由于磨損不均衡部位無法通過間隙進行調整,磨輥輥套和磨碗襯板之間存在較大空間,因此設備性能還是無法完全恢復。

圖1 HP磨煤機碗式磨盤和錐形磨輥結構

圖2 磨輥磨損形式

3 碾磨構件制造工藝

目前,HP磨煤機主要碾磨構件之一的磨碗襯板有兩種主流制造工藝。一種是采用特殊調配的耐磨鑄鐵鑄造而成,具有成批量后生產成本低,使用壽命長等優點。另一種是整圈襯板進行堆焊后再切割,這一制造工藝成本較鑄造高,但能獲得更長的使用壽命。

磨輥輥套是磨煤機的另一主要碾磨構件,目前在HP磨煤機上使用的磨輥輥套,其主流制造工藝為使用特殊的合金焊絲,在全自動埋弧焊焊機上進行堆焊制造。這一制造工藝能使磨輥輥套獲得較長的使用壽命。

4 改善出力下降率的方法

4.1 改善磨輥輥套和磨碗襯板制造工藝

碾磨構件磨損如圖3所示。在磨輥輥套磨損過程中,首先磨損的地方為區域A。而在區域B,輥套的金屬材料幾乎呈線性磨損。磨碗襯板在使用過程中,同樣存在區域A和區域B磨損不均衡的問題。如果能同時解決磨輥輥套和磨碗襯板的線性磨損問題,那么就可以在磨煤機磨損后期通過縮小磨輥和磨碗之間的間隙來實現磨煤機出力的恢復。在磨輥輥套制造工藝方面,區域A通過工藝改進,使洛氏硬度(HRC)達到62左右;區域B通過工藝改進,使洛氏硬度(HRC)達到57左右。同樣對于磨輥襯板,使用不同的堆焊工藝,使區域A和區域B產生硬度差。這樣,在設備運行過程中,即可獲得幾乎線性的磨損曲線輪廓,對于磨煤機在磨損后期維持出力有非常大的幫助。

圖3 碾磨構件磨損

4.2 改變磨輥裝置加載力

在獲得碾磨構件磨損線性均勻變化的基礎上,相應增大磨煤機的加載力。碾磨壓力越大,磨輥與磨盤之間的煤或煤粉越容易被壓碎,同時可以減少碾磨次數。經過碾磨壓碎的小顆粒煤粉被磨盤旋轉離心力甩離,進入風粉氣流輸送通道被吹出[9]。增大加載力的目的是補償實際作用在原煤上的加載力缺失。目前主流的HP磨煤機,其加載方式有彈簧變加載和液壓變加載,其中彈簧變加載使用較廣泛。當使用彈簧加載時,需要在設備停機時進行彈簧預加載力變更。而使用液壓加載方式時,則只需要在分布式控制系統中進行系統壓力的調節[10]。

5 結束語

通過對磨輥輥套和磨碗襯板制造工藝的改進,獲得了理想的磨損曲線輪廓,再配合對加載力進行適當增大,可以將HP磨煤機磨損后期的出力下降率控制在5%左右,與其它中速磨煤機相同。這樣做對于提高HP磨煤機的市場競爭力有非常大的幫助。同時,對于現有運行機組,普遍遇到實際使用煤質偏離設計煤種,導致機組帶負荷能力下降的問題。針對這一情況,使用筆者所介紹的方法,同樣可以恢復機組帶負荷的能力。