ZGM113G型磨煤機出力不足原因診斷及改進措施

江蘇射陽港發電有限責任公司 成黎明 劉華山 陳曉棟

ZGM113G 型中速磨煤機是北京電力設備總廠自行開發出的磨煤機系列產品，是以引進德國BABCOCK 公司MPS 磨煤機先進技術為基礎充分消化吸收后開發的，具有很多優點，如檢修周期長、石子煤排放量低、出力穩定、噪音低和抗三塊（即鐵塊、木塊和石塊）能力強等[1]，某電廠5、6號機組分別配備了六臺ZGM113G 型磨煤機，設計五用一備。實際運行中，由于摻燒經濟煤種和磨煤機磨損等原因，磨煤機最大出力僅為47.0t/h，嚴重偏離設計值59.8t/h，已影響了機組帶負荷的能力。根據ZGM113型磨煤機煤粉的制備過程（碾磨過程、干燥過程和分離過程）分析，碾磨出力、干燥出力和分離出力的不足都可能影響磨煤機出力，針對各個過程中的出力不足均有改造實施的業績，也取得了良好的效果，如磨煤機出口轉速的提升、磨輥和磨盤的改造、風環的改造、噴嘴動靜環的改造和分離器的改造等，有單一技術應用的、也有綜合應用的[2-5]。

1 概述

某電廠鍋爐采用東方鍋爐廠生產的超超臨界變壓運行直流鍋爐，一次中間再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒，尾部煙氣擋板調溫、平衡通風、露天島式布置、固態排渣、全鋼架構、全懸吊結構∏型鍋爐，鍋爐型號為DG2060/26.15-II2。制粉系統采用中速磨，一次風機正壓直吹式設計，磨煤機采用旋轉式動環及靜態分離器結構。電動機通過減速機帶動磨盤轉動，來煤由給煤機從中間進料口落在磨盤中央，同時熱風從進風口進入磨內。隨著磨盤的轉動，物料在離心力的作用下向磨盤邊緣移動，經過磨盤上的環形槽時受到磨輥的碾壓而粉碎，粉碎后的煤粉在磨盤邊緣被風環高速氣流帶起，大顆粒直接落到磨盤上重新粉磨，氣流中的煤粉經過上部分離器時粗粉從錐斗落到磨盤重新粉磨，合格細粉隨氣流一起出磨送入爐膛進行燃燒，通過調整分離器可達到不同產品所需的粗細度。

目前長期運行高負荷且摻燒經濟煤種的情況下，磨煤機運行中最大出力僅為47.0t/h。在520MW負荷時就需六臺磨煤機運行，導致偏離設計參數（ZGM 磨煤機設計參數：最大研磨出力（R90=16%，HGI=80，Mt=4%）87.7t·h-1，銘牌最大出力59.8t·h-1，磨環滾道中徑2250mm，磨輥直徑1850mm，磨環轉速24.2r·min-1，磨環旋轉方向順時針（俯視），液壓油壓力4～16MPa，電動機轉速992r·min-1，電機額定電流75A，磨煤機通風阻力（含分離器）≤6540Pa）。磨煤機出力不足導致制粉系統調節能力下降，給機組安全、經濟運行帶來了隱患。

圖1 磨煤機的運行原理示意圖

2 磨煤機出力不足原因及改進措施

磨煤機入口一次風流場分布不均勻。在日常檢修維護中發現，磨煤機的三個磨輥磨損量存在差異，一次風管道入口正對的磨輥相較于其他磨輥磨損量更大，影響了磨煤機的正常研磨出力。流場模擬結果表明，由于兩股風在正對磨輥時靜壓大，攜帶煤粉的能力增強，一次風粉流對于該處磨輥的吹損加劇，導致磨輥出現磨損不均勻的情況。同時磨煤機磨盤及磨輥的硬度偏低，碾磨部件（耐磨件）采用高鉻鑄鐵制成，較其他電廠使用的碾磨部件耐磨性偏差，長時間運行時加速了對內部部件的局部磨損，造成磨煤機碾磨出力低。

動靜環磨損且間隙大。動靜噴嘴環形成的環形氣流對煤粉進行吹送，噴嘴環出口由于長時間受到煤粉的沖刷，風環噴嘴的表面和側面磨損嚴重并改變了原有磨煤機內部氣流的穩定性。風環間隙變大，較粗的煤粉不能被送到磨盤中重新研磨而落入石子煤排放箱，造成石子煤卡在風環間隙處，進一步加劇了風環的磨損。同時磨盤上方存在惰性區間，如圖2所示，由于風環磨損造成噴口流通面積增大，一次風速降低，一旦噴嘴噴口速度過低勢必造成在惰性區域停留的煤粉增多、磨煤機通風阻力升高，嚴重影響了磨煤機干燥和分離出力。

圖2 磨煤機內部流場示意圖

圖3 一次風道優化結構示意圖

分離器擋板卡澀。ZGM113G 型磨煤機采用徑向檔板式粗粉分離器，屬于靜態分離器，主要由分離器殼體、折向門、內錐體、回粉擋板、折向門操作器、出粉口、落煤管等組成，在殼體的外部可對擋板的轉角進行凋整。作用是將研磨區送來的氣粉混合物中的粗顆粒分離出來，通過回粉擋板返回研磨區，符合燃燒要求的煤粉通過出粉口送入鍋爐。進入磨煤機內部檢查時發現，分離器檔板卡澀嚴重，外部分離器刻度與內部實際刻度存在偏差，從而分離效率低、煤粉細度R90偏大、磨煤機阻力加大，出口粉管送粉量不均勻，煤粉細度調節特性差，影響了磨煤機分離出力。

從以上分析可知，影響磨煤機出力的主要因素為磨煤機碾磨出力、干燥出力和分離出力，提高磨煤機出力需從以上三方面入手綜合治理，以6D 磨煤機為研究對象采取了如下主要措施。

磨煤機入口一次風道優化設計。既要考慮對于一次風的導流效果，也要注意對于磨煤機本體通風阻力的影響。通過流場數值模擬，選取了導流效果相對較好且阻力較低的優化方案。該方案安裝便捷，將風道導流板裝于一次風入口的順時針方向，共計三塊，尺寸為350mm×200mm×12mm。導流板I不能阻擋氣道入口，與筒壁切線角度30°，導流板II為25°，導流板Ⅲ為20°，各導流板間距為300mm（圖3）。同時該設計可優化一次風旋向，降低一次風入口對側的靜壓，使整個內部風場更加均勻，改善磨煤機內部部件局部的磨損。

磨煤機碾磨材質升級。對進口耐磨金屬陶瓷復合輥套和襯板技術實施改造。金屬陶瓷復合輥套、襯板是陶瓷顆粒與高鉻鑄鐵一次性澆筑成型的。它是在高鉻材料表面注入陶瓷顆粒形成金屬陶瓷復合材料層，金屬陶瓷復合材料層結合緊密，兼具陶瓷與高鉻的特性，既有陶瓷的高耐磨性能、同時具備高鉻鑄鐵的機械性能，不易碎裂、剝落。同時將輥套裝置骨架油封、O 型密封圈更換為進口長壽命產品，以保證整套裝置檢修周期同步。根據數據跟蹤檢測，金屬陶瓷復合輥套磨損速率大大下降，約為普通高鉻磨輥套使用周期3.5～4倍（圖4），整體磨煤效率平穩。

圖4 陶瓷復合輥套、襯板對比應用圖

更換新型噴嘴。為提高磨煤機干燥和分離出力、減少煤粉循環倍率，需提高噴嘴出口的局部流速。泰美科專利噴嘴的氣道采用了扭曲擠壓的流線型設計，在同樣的一次風量下可達到更高的出口流速（圖5）所示，同時保證氣道的阻力比常規的噴嘴更低。該設計提高了一次風的送粉效率，高耐磨合金材料鑄造也保證了設備的高效保效性。泰美科噴嘴在結構上改變了原有動靜環的密封形式，通過噴嘴部分與密封部的配合形成了水平、豎直兩個方向的間隙，既保證動靜環之間無接觸，又能使動靜環間隙保持一個很低的狀態，使得動靜環間隙漏風率減少到忽略不計。改造后隨磨盤一起旋轉的是噴嘴部分，主要起到組織利用一次風的作用，也起到維持噴嘴裝置與磨盤之間密封效果的作用。安裝后噴嘴與密封部間同時形成水平和豎直間隙，動環與靜環之間間隙允許范圍在10（±5）mm，動環與擋環之間間隙允許范圍在8（±2）mm。

圖5 泰美科噴嘴氣道型式及其流場分布

分離器擋板的修復。檢修檢查時發現分離器檔板掛有異物并卡澀嚴重。對異物進行了清理，卡澀檔板進行逐片拆除并修復，保證每片檔板葉片活動自如。重新連接后整體回粉擋板無異物卡塞，擺動靈活自如。檔板殼體外部可對擋板的轉角刻度與內部檔板實際開度進行重新標定一致并可自由調整，根據試驗確定了折向門擋板開度為30°。

3 實施后的效果

采取上述措施對6D 磨煤機進行改進后，啟爐后進行了最大出力驗證試驗。試驗過程中逐步提升磨煤機煤量，觀察磨煤機電流、差壓及石子煤等參數，發現有堵煤跡象停止增加煤量，穩定運行2小時。當煤量增加至60.0t/h 后，磨煤機入口一次風壓力為7.41kPa，磨出口溫度為75.4℃，磨碗差壓2.66kPa，磨煤機電流為54.7A，折向門擋板開度為30%開度，實測煤粉細度R90為22.5%（設計煤粉細度R90=20.0%），煤粉均勻性系數為1.31，磨煤機運行穩定。

同時，通過SIS 系統采集了6D 磨煤機三個常用出力工況下（35.0t/h、40.0t/h、45.0t/h）的運行數據，選擇出力穩定運行2小時以上且一次風量相近的數據，對改造前后的運行數據進行了對比得出如下結果：35.0t/h、40.0t/h 和45.0t/h 煤量工況下，磨煤機改造前/后電流分別為41.4A/38.1A、43.6A/40.5A 和46.8A/41.7A；與改造前相比磨煤單耗降低了7.31～10.85%；35.0t/h、40.0t/h 和45.0t/h 煤量工況下，磨煤機改造前后進口壓力分別為6.40kPa/4.66kPa、6.93kPa/5.64kPa 和7.16kPa/6.21kPa，與改造前相比磨煤機進口一次風壓力降低了13.27～27.18%。

6D 磨煤機改造后效果極佳，出力達到銘牌最大出力60.0t/h，若推廣至其余磨煤機，改造后能保證機組滿發電的目標且保證有一臺備用磨。由于制粉系統的耗電在廠用電占比較大，在保證機組安全運行的基礎上減少廠用電的消耗，降低廠用電率降低供電煤耗，從而提高機組運行的經濟性。若按每年每臺磨煤機平均運行200天計算的話，5臺磨煤機比6臺磨煤機運行每年節能的費用（估算）：6.0kV（電壓）×42A（電流）××0.85（cos ∮）×200天×24h×0.32元/kWh（電價）=57.0萬元，經濟效益可觀。

4 結語

由于磨煤機入口一次風量分布的不均勻和磨輥材質等原因造成磨煤機磨輥磨損嚴重，且動靜環密封間隙大、分離器擋板卡澀，造成了磨煤機碾磨出力、干燥出力和分離出力的不足。停爐檢修期間，對其進行了改造，改造后應用效果極佳。若將該成果應用于其余磨煤機，單臺機組每年預計可節約57.0萬元，經濟效益可觀。