ZGM113型中速磨煤機提高出力改造

魏廣鴻，王 榮,劉 吉,王 耀,常 屹

(1.內蒙古京隆發電有限責任公司，內蒙古 豐鎮 012100；2.新疆油田公司應急搶險救援中心,新疆 克拉瑪依 834000)

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。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[1-5]。

本文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，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[6-8]。

1 設備概況

京隆發電公司2×600 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，北京電力設備總廠制造的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，使用設計煤種標準出力為64.66 t/h(R90=20%，HGI=50)，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。

由于煤炭資源緊張，京隆發電公司近年來一直摻燒低成本、低熱值劣質煤。由于實際煤種遠偏離設計煤種，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。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增加磨煤機出力，加劇了磨煤機內部磨輥輥架、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。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，從安全性、經濟性方面來說都是非常必要的。磨煤機性能參數見表1。

表1 磨煤機性能參數

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目的。

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[9]。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%，加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、降低磨煤機電耗。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?；旌巷L室見圖1。

圖1 落煤管新增混合風室

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[10-11]。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。磨盤新增流化風管道見圖2。

圖2 磨盤新增流化風管道(黃色管道)

第三部分：回粉錐體優化[12-13]。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(見圖3、圖4)，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。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%。

圖3 數值模擬磨煤機中心截面煤粉濃度分布

圖4 數值模擬磨煤機內部煤粉濃度分布俯視圖

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。

a.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，提高原煤的可磨性。熱一次風取至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Φ530×5 mm無縫鋼管，接至落煤管混合風室，新增熱風管道增加100 mm厚保溫，見圖5。

圖5 落煤管加裝中心干燥風管路示意圖

b.在磨煤機入口水平段開Φ219 mm孔，加裝1臺DN200耐高溫手動蝶閥及1臺DN200開關型電動蝶閥，見圖6。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Φ95×10 mm鑄造熱一次風管，下部開口開噴嘴，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?？拷涿汗芪恢眉友b3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[14-15]。

圖6 磨煤機磨盤吹掃風改造示意圖

c.將磨煤機分離器下錐體延長與Φ630×10 mm落煤管相連接，中間連接部位為法蘭連接，便于磨煤機大修時拆除延長管，見圖7。

圖7 落煤管延長減少煤粉磨內再循環

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情況進行對比。試驗分為工況一：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；工況二：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；工況三：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

B、C、D、E磨煤機600 MW負荷試驗參數見表2—表5，B、C、D、E磨煤機改造前后出力情況對比見表6。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%。

表2 B磨煤機600 MW負荷試驗參數

表3 C磨煤機600 MW負荷試驗參數

表4 D磨煤機600 MW負荷試驗參數

表5 E磨煤機600 MW負荷試驗參數

表6 B、C、D、E磨煤機改造前后出力情況對比

表7 試驗期間各臺磨煤機煤粉細度R90平均值對比 單位：%

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平均值由29.5%、21.15%、36.96%、26.26%下降至24.7%、14.23%、28.43%、21.43%。見表7。

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6500 h，F磨煤機按照1年運行3000 h統計，磨煤單耗按8 kWh/t計算，煤量按40 t/h估算，上網電價按0.29元/kWh計算，全年預計節約電費27.84萬元。改造后B、C、D、E磨除D磨單耗增加外，其他3臺磨磨煤單耗都有所下降。按B、C、D、E磨煤機每臺每年運行4000 h，按每臺磨煤量50 t/h估算，全年節約電費約11.46萬元。改造后全年節約電費約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，改造后的磨煤機出力增加約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，機組高負荷五用一備的運行方式，還可降低制粉單耗，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他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，可供磨煤機出力不足、電耗偏高的電廠參考。