ZGM113型中速磨煤機提高出力改造方案

王 榮，賈志軍，王 耀

(1.內蒙古京隆發電有限責任公司，內蒙古 豐鎮 012100；2.內蒙古機電職業技術學院，呼和浩特 015501；3.新疆油田公司應急搶險救援中心，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

近年來，受燃煤短缺及價格上漲等不利因素影響，越來越多的燃煤發電機組開始摻燒劣質煤降低發電成本。由于實際燃用煤種偏離設計煤種，導致鍋爐制粉系統出現干燥出力不足、煤粉管堵塞、制粉系統磨損嚴重等一系列問題[1]。有的電廠根據實際燃用煤種特性對磨煤機進行了適當技術改造，提高劣質煤摻燒比例，進一步降低發電成本。

針對京隆發電公司磨煤機選型偏小、出力不足和制粉電耗偏高的問題，以優化磨煤機內部煤粉流場、提高磨盤研磨及煤粉分離效率為目的，采用大型氣固兩相流數值模擬等技術，創造性地提出在磨煤機內部加裝切斷分離器裝置及噴嘴干燥風裝置[2]，在保證制粉系統安全穩定運行的前提下，增加磨煤機出力、降低制粉系統電耗，進一步提高劣質煤摻燒比例，降低燃料成本，緩解企業經營壓力。

1 設備概況

京隆發電公司2臺600 MW亞臨界空冷機組，鍋爐采用中速磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統，ZGM113型中速輥式磨煤機，最大通風量為100.87 t/h，轉速為24.2 r/min，分離器型式為靜態離心擋板式。磨煤機性能參數見表1。使用設計煤種，標準出力為64.66 t/h，磨煤機最大出力為72.78 t/h。每臺爐配6臺磨煤機，設計煤種為準格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤。燃燒設計煤種時，5臺運行，1臺備用。

表1 磨煤機性能參數Table 1 Performance parameters of coal mill

由于煤炭資源緊張，京隆發電公司近年來摻燒低成本、低熱值劣質煤。因實際煤種遠偏離設計煤種，水分較大，導致鍋爐制粉系統干燥出力不足，磨煤機出口溫度在50～55 ℃左右，曾多次發生磨煤機滿煤、煤粉管堵塞的情況[3]。通過提高一次風壓、一次風速、增加磨煤機風煤比及開大磨煤機分離器出口擋板等手段，最大限度地增加磨煤機出力，加劇了磨煤機內部磨輥架、筒體、噴嘴環、靜環和煤粉管道的磨損，同時磨煤機及一次風機電耗也會增加[4]。因此，根據現有煤種特性對磨煤機進行適當改造，提高出力、降低電耗，保證制粉系統安全穩定運行的前提下，實現高負荷磨煤機五運一備的目的，對提升電廠安全性、經濟性是非常必要的。

2 改造思路

在總結公司歷年來磨煤機進行增速、分離器內部改造等經驗的基礎上，提出充分優化磨煤機內部流場、提高磨盤研磨及煤粉分離效率的技術路線，以達到減少合格煤粉多次碾壓的目的，進一步提高磨煤機出力和降低制粉電耗，最終實現滿負荷磨煤機五運一備的運行方式。

因B、C、D、E磨為主力磨，A磨作為等離子點火磨要保證煤質，F磨作為五運一備的備用磨，因此選擇對B、C、D、E共4臺磨煤機進行改造，改造主要分為三部分：中心干燥+磨盤流化+回粉錐體優化。

第一部分：中心干燥。采用多級配風方式，在給煤機下插板后1 m的位置，增加原煤干燥風，提高原煤的可磨性。該部分改造是將磨煤機熱一次風提前與原煤混合，經計算此部分風量約占單臺磨煤機入口總風量的5%，接入落煤管可提高原煤溫度約15 ℃，能有效提高磨煤機研磨出力、降低磨煤機電機電耗[5]。經計算，抽取熱一次風總量的5%，對噴嘴環風速的影響可忽略不計。混合風室見圖1。

圖1 落煤管新增混合風室示意圖Fig.1 Schematic diagram of newly added mixing air chamber in falling coal pipe

第二部分：磨盤流化。從落煤管下落的原煤經過磨輥磨盤研磨，細粉混合在原煤里，不易分離。通過加裝磨盤吹掃風，原煤在一次熱風吹掃、干燥、流化擾動作用下，合格煤粉被分離卷吸從分離器進入爐膛燃燒，避免合格煤粉多次碾壓，增加電機出力[6]。

第三部分：回粉錐體優化。切斷分離器分離粗顆粒再次循環途徑。由于原煤水分存在不確定性，根據現場實際，延長分離器下錐體管，將分離器分離粗粉直接與原煤混合，阻斷分離器粗粉在磨煤機內部再次循環，直接回到磨輥主研磨區進行研磨，有效降低風阻。對磨煤機內部煤粉濃度流場進行模擬，這部分一次風由于沒有經過噴嘴環，通風風阻略有減小，速度略有增加，致使磨煤機的阻力降低約350 Pa[7]。通風攜帶煤粉能力有所提高，煤粉濃度則由原來的0.53 kg/m3增加到0.60 kg/m3，煤粉濃度可提高約13.2%。

3 改造方案

改造結合機組檢修進行，改造及后續調試總工期約20天。

1)在給煤機出口插板門后落煤管上加裝干燥流化風裝置，增加原煤干燥風，提高原煤可磨性。熱一次風取自磨煤機入口熱風調門后熱一次風道，開Φ530 mm孔，接Φ530 mm金屬膨脹節，安裝DN500高溫蝶閥及DN500電動調節風門，電動調節風門后接Φ530 mm×5 mm無縫鋼管至落煤管混合風室，新增熱風管道增加100 mm厚保溫，見圖2。

圖2 落煤管加裝中心干燥風管路系統Fig.2 Installation central drying air pipeline system of coal fall pipe

2)如圖3所示，在磨煤機入口水平段開Φ219 mm孔，加裝1個DN200耐高溫手動蝶閥及1個DN200開關型電動蝶閥。在磨煤機外筒壁切開Φ219 mm的孔接入熱一次風管，與磨煤機外粉錐密封風管下Φ159 mm環形風管相連。在三角壓架處引Φ95 mm×10 mm鑄造熱一次風管，下部開Φ8 mm噴嘴，噴嘴向下將研磨合格細粉擾動、揚起，由旋轉一次風帶向分離器[8]。靠近落煤管位置加裝3個向上噴頭形成旋轉氣流向上，擾動、吹掃原煤，將原煤中合格煤粉進行分離，隨旋轉氣 流帶向出口粉管，既可以降低磨煤機出口煤粉混合物溫度，降低煤粉發生爆炸的幾率，還能降低一次風阻力，降低一次風機電耗。

圖3 磨煤機磨盤吹掃風改造Fig.3 Windswept transformation for grinding plate of coal mill

3)將磨煤機分離器下錐體延長與Φ630 mm×10 mm落煤管相連接，中間連接部位為法蘭連接，便于磨煤機大修或在線堆焊時拆除延長管，見圖4部分。

圖4 落煤管延長減少煤粉磨內再循環Fig.4 Coal fall pipe extension to reduce coal recycling in pulverized coal mill

4 性能試驗

4.1 試驗方案

為驗證磨煤機改造后的效果，通過開關落煤管加熱擾動風和磨盤吹掃風，對B、C、D、E磨煤機出口溫度、額定出力、最大出力及磨煤單耗與改造前運行狀況進行對比。試驗分為3個工況：工況1，將流化風門和干燥風門全部關閉(開度為0%)，將磨煤機帶到最大出力；工況2，在保持原磨煤機的最大出力的同時，將流化風和干燥風打開；工況3，將流化風門和干燥風門全部打開(開度為100%)，將磨煤機帶到最大出力。所有試驗工況期間，冷風門開度0%，熱風門開度100%。

4.2 試驗結果

磨煤機試驗數據見表2～7。

表2 B磨煤機600 MW負荷試驗參數Table 2 600 MW load test parameters of B pulverizer

表3 C磨煤機600 MW負荷試驗參數Table 3 600 MW load test parameters of C pulverizer

表4 D磨煤機600 MW負荷試驗參數Table 4 600 MW load test parameters of D pulverizer

表5 E磨煤機600 MW負荷試驗參數Table 5 600 MW load test parameters of E pulverizer

表6 B、C、D、E磨煤機改造前后出力情況對比Table 6 Comparison of the output of B, C, D and E coal mills before and after the reform 單位:t/h

試驗期間，先將改造后的流化風和干燥風全部關閉，B、C、D、E磨煤機最大出力分別為52.41 t/h、51.31 t/h、51.48 t/h、51.61 t/h。將干燥風和流化風全部打開，B、C、D、E磨煤機最大出力為62.51 t/h、62.03 t/h、65.35 t/h、61.85 t/h，磨煤機出力分別增加19.13%、20.13%、26.48%、19.75%。

通過試驗數據發現改造后磨煤機出力有所增加，煤粉細度略有下降。磨煤機干燥風、流化風全關至全開，B、C、D、E磨煤機煤粉細度R90平均值分別由29.50%、21.15%、36.96%、26.26%下降至24.70%、14.23%、28.43%、21.43%。

表7 試驗期間各臺磨煤機煤粉細度對比Table 7 Comparison of pulverized coal fineness of each coal mill during the experiment 單位：%

5 經濟性計算

該改造項目總投資115萬元，包括設備購置、材料及施工費。改造后磨煤機實現五運一備，F磨煤機可以長時間停備。每年機組運行約6 500 h，F磨煤機按照一年運行3 000 h統計，磨煤單耗按8(kW·h)/t計算，煤量按40 t/h估算，上網電價按0.29元/(kW·h)計算，全年預計節省電費約27.84萬元。改造后B、C、D、E磨煤機除D磨單耗增加外，其他3臺磨煤機磨煤單耗都有所下降。按B、C、D、E磨煤機每臺每年運行4 000 h，按每臺磨煤量50 t/h估算，全年節省電費約11.46萬元。改造后完全年節約電費約共計39.3萬元，改造后2.5年便可收回成本。

6 結 語

通過對ZGM113型中速磨煤機進行中心干燥+磨盤流化+回粉錐體優化改造，有效切斷分離粗粉顆粒的再次循環途徑，將碾磨合格煤粉及時擾動分離出來，提高干燥分離效率，保證了煤粉的均勻性。從運行參數及性能試驗報告分析，改造后磨煤機出力增加約20%，個別磨煤機制粉單耗、煤粉細度下降明顯，既實現了磨煤機提高出力，機組高負荷五運一備的運行方式，又可降低制粉單耗，每年產生近40萬元的經濟效益。

該改造方案與更換減速機、改造動態分離器等其它改造方案相比成本低、效果好、檢修維護量小，代表了磨煤機改造的最新技術路線和方向。該技術為國內首創，市場應用前景非常廣闊，對于磨煤機出力不足、電耗偏高的電廠有推廣應用價值。