HP1003型磨煤機靈活性改造研究

文_馮成凱 沈利 李金龍 浙江浙能樂清發電有限責任公司

火電制粉組靈活性是電力系統靈活性的關鍵指標，也是電力系統靈活性的核心組成部分。火電制粉組靈活性通常指火電機組的運行靈活性，即適應出力大幅波動、快速響應各類變化的能力，主要指標包括調峰幅度、爬坡速率及啟停時間等。我國火電機組在設計階段時基本都沒有考慮深度調峰工況，只能通過技術改造提高機組靈活性。前期主要工作為診斷試驗，包括主汽輪機、輔汽輪機、鍋爐以及磨煤機等設備低負荷運行適應性試驗，找出限制機組深度調峰和穩定運行的瓶頸，挖掘鍋爐最低穩燃能力和機組負荷提升能力，為靈活性運行提供基礎數據。

制約制粉系統不足的因素主要涉及低負荷震動較大，煤質摻燒出力下足，煤粉細度不合格，均勻性差以及流場惰性區較大等，對于磨煤機本體來說，其內部在風粉沖刷的情況下，殼體易磨損，碾磨件壽命降低，對整個系統的安全穩定運行存在不同隱患。

1 概述

1.1 HP1003磨煤機工作原理

給煤機將煤從磨煤機中心落煤管進入，煤落到旋轉的磨碗上，在離心力的作用下沿徑向朝外移動到研磨環。由于徑向和周向的移動，煤在可繞軸轉動的磨輥下通過。三個獨立的彈簧加載磨輥按相隔120°分布安裝于磨碗上部，磨輥與磨碗之間保持一定的間隙，兩者并無直接接觸。磨輥利用彈簧加壓裝置施以必要的研磨壓力，當煤通過磨碗與磨輥之間時，煤就被磨制成煤粉。這種磨煤機主要是利用磨輥與磨碗對它們之間的煤進行壓碎和研磨來實現磨煤，磨制出來的煤粉由于離心力的作用繼續向外移動，最后沿磨碗周緣溢出。在煤的研磨過程中，較小較輕的顆粒被熱空氣（一次風）連續地從磨碗上吹起來。

磨煤干燥用的熱空氣由磨碗底進入，空氣通過磨碗周圍的環隙流經旋轉磨碗的外徑。裝在磨碗上的葉片（稱為“葉輪”）使氣流趨于垂直方向。在磨碗外徑的較小較輕的煤粒被氣流攜帶向上，而重的不易磨碎的外來雜物穿過氣流落入側機體區域。在此，外來雜物通過側機體底板由裝在轉動的裙罩上的刮板裝置掃出磨煤機，然后進入石子煤排放系統。

1.2 磨煤機運行后期存在問題

1.2.1 磨損

由于風粉混合物的相互沖刷作用，不同型號的磨煤機均會出現磨煤機內部磨損的情況，如殼體磨損，碾磨件磨損，分離器葉片磨損等，磨煤機的內部磨損對于整個機組的運行存在不同程度的安全隱患。

1.2.2 煤粉細度和均勻性降低

原磨煤機設計為靜態分離器，由于靜態分離器依靠擋板對煤粉細度進行調節，調節可控的效率較差，也是所有磨煤機的共性問題。煤粉細度差，最終會導致鍋爐的燃燒不充分，煤粉燃燒不充分產生的氮氧化物的排放量會增加。

1.2.3 低負荷振動明顯，調峰范圍窄

由于HP1003 型磨煤機主要是依靠作用在磨輥上的彈簧加載力對原煤進行碾磨，加載力在運行過程中不可調。在低負荷給煤時，磨盤上的原煤較少，煤層薄，碾磨件輥套和襯瓦在彈簧力的作用下，互相碰撞摩擦，導致磨煤機振動明顯，調峰能力差。

1.2.4 磨煤機出力問題

燃燒煤質在長期使用的過程中，不同時期的煤質會發生水分和哈式可磨度的偏離，導致磨煤機出力下降的問題時常會出現，如原煤的水分過高，原煤不能夠及時烘干，原煤哈式可磨系數低則較難磨，出力會受到影響。

2 靈活性探討

2.1 降低磨損的優化

目前降低內部的殼體磨損主要是改變其防磨材質，將材質改變為陶瓷材質或NM400／500，以提高材質的耐磨性能。同時，磨輥的輥套和襯瓦采用堆焊的型式，定期進行堆焊，堆焊材質選用耐磨材料。后期為了較好的保證磨輥不被風粉直接吹掃，可將磨輥進行保護，磨輥裝置合適位置焊接阻風耐磨板，以降低一次風的吹掃。

2.2 提高煤粉細度和均勻性

分離器作為磨煤機重要的分離機構，其結構形式與其內部流場的分布情況決定著出粉水平和出粉效率。風粉流場和不同粒度煤粉的運行軌跡變化不一。為提高煤粉的均勻性系數，降低煤粉在磨煤機系統中的循環倍率，從而在一定程度上降低磨煤機的單位電耗，可將靜態分離器改變為動靜組合式旋轉分離器。根據磨煤機不同的出力和煤粉細度要求，對分離器殼體以及葉片數量進行合理調整，以滿足不同現場對煤粉的需求，同時動態分離器根據當前燃用煤質進行空間設計，以保證整體流場的均衡性，降低系統阻力，提高磨煤機制粉出力。

2.3 磨煤機出力提高

提高磨煤機的出力主要圍繞其上中下流場進行，上部流場對分離器結構進行優化。在ZGM、MPS 和HP 型磨煤機現有的技術中，落煤與熱風在磨煤機內逆向流動，但原煤處于磨煤機的中央，熱風處于磨煤機的四周，熱風對原煤幾乎不存在直接接觸干燥，這也是磨煤機現有技術中存在的不足之處。為了提高磨煤機的干燥出力，中部流場在實踐中可以增加中部預熱裝置，磨輥研磨后的原煤及煤粉及時補充干燥風進行吹掃、干燥、擾動，讓合格煤粉及時被分離并帶入爐膛燃燒，避免合格煤粉多次碾壓，導致增加電機能耗。下部流場可以對葉輪裝置進行結構設計，降低磨煤機的排渣量。

2.4 出口煤粉在線監測

送粉管道內的煤粉濃度和細度是一個非常重要的參數，煤粉濃度的高低直接影響送風管道內風粉的均勻性，煤粉濃度過高，流速過低就會導致送粉管道的煤粉堵塞，煤粉細度過高，鍋爐的燃燒不充分，燃燒效率降低。為了更好的適應鍋爐的調峰能力，煤粉的細度是影響鍋爐的重要原因之一，在鍋爐低負荷燃燒時，保證鍋爐的穩燃也是火力發電機組靈活性改造的方向。在制粉系統端，磨煤機應具有更寬的負荷調節范圍、更快的變負荷速率、更高的負荷調節精度和一次調頻能力，這就對控制系統提出了更高的要求。

煤粉在線監測系統目前國內一直在研究其測量原理并且不斷的進行完善，其中之一主要是在動態狀態下，任何兩種不同的物質將相互感應產生信號。入爐煤在線檢測系統正是以被測介質流經監測探頭時所產生的無源檢測感應信號為基礎，進行煤粉流各項參數的測量。能實現煤粉在線的濃度、速度以及細度的準確測量，并將信號傳遞到電腦終端是較為關鍵的一步。在深度調峰期間，可以在線調整煤粉細度，以保證鍋爐的穩定燃燒。

3 結語

近年來，隨著清潔能源裝機容量不斷增加，火力發電廠磨煤機也不斷進行不同的靈活性改造。除了以上涉及的改造之外，未來還會涉及磨煤機入口給煤量、一次風量、風溫以及出口溫度、出力和煤粉細度的動態耦合，以保證磨煤機的運行在最佳狀態，避免無用功的浪費。HP1003 磨煤機加載方式為彈簧定加載方式，低負荷振動情況多有出現，由于磨煤機結構型式的差異，對加載方式的改變較為困難，也是未來考慮的問題之一。