国产中速磨煤机制造技术的演变及结构特点分析

赵学斌

(山西兴能发电有限责任公司，太原市，030206)

0 引言

我国从1980年起先后从美国和德国引进了RP、HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型系列中速磨煤机，上海重型机器厂、北京电力设备总厂、沈阳重型机器厂、长春发电设备总厂以设计、制造、安装近5 000台磨煤机的业绩为引进、消化、吸收国外技术作出了重要贡献。经过30多年的努力，我国中速磨煤机的制造、选型和运行可靠性都已达到一个较高的水平［1］。本文通过对国产 HP、ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型4 种系列中速磨煤机的结构和运行效果的分析对比，确定有利于磨煤机运行和维修的结构形式，供磨煤机选型参考。

1 中速磨煤机的技术引进

国产中速磨煤机按结构分主要有从德国BABCOCK公司引进的MPS型系列和从美国ABB-CE公司(现为ALSTOM POWER INC)引进的HP型系列磨煤机，北京电力设备总厂、沈阳重型机器厂、长春发电设备总厂均生产的是MPS型系列磨煤机，国内仅上海重型机器厂生产的是HP型系列磨煤机。

1.1 HP型系列磨煤机

上海重型机器厂于1980年从美国ABB-CE公司引进全套RP型系列碗式磨煤机制造技术，在20世纪末从美国ABB-CE公司引进HP系列碗式中速磨煤机的设计、制造技术［1］。2004年8月从美国 ALSTOM公司正式引进HP1163～HP1303型磨煤机和动态分离器的设计、制造技术［2］。HP型系列磨煤机的主要特点是采用动态分离器、旋转喷嘴环和弹簧变加载，由于碾磨部件之间没有直接接触，加载装置又有限位装置，所以震动小、噪音低、运转平稳。

1.2 ZGM型系列磨煤机

北京电力设备总厂1985年引进德国Babcock公司MPS225型磨煤机技术，同时引进MPS型磨煤机系列化设计核心技术——相似准则和各分部软件技术，并通过开发形成了自己的ZGM型系列磨煤机［3］。2009年通过技术攻关，提高磨盘转速和加载力并优化结构设计等，自主研制成功ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型中速辊式磨煤机系列产品，分档提高转速12% ～33%、加载力20% ～60%，研磨效率大幅提高，出力分别比基础型产品提高12%、24%和33%。该磨煤机系列采用液压变加载、旋转喷嘴、动静组合旋转分离器等多项新技术。

1.3 MPS型系列磨煤机

沈阳重型机器厂于1985年从德国Babcock公司引进MPS系列190、225、255型3种磨煤机的制造技术，该厂已制造了国内最大的中速磨(MPS450型)［3］。MPS型系列采用了动态抬辊、外置式液压加载、新式双道气动排渣系统、新型便于拆卸的下架体密封环结构等技术，同时对动静组合旋转分离器、旋转喷嘴环、加载联接形式、碾磨区域结构包括磨辊装置也都做了较大的技术改进［4］。

1.4 MPS-HP-Ⅱ型系列磨煤机

长春发电设备总厂2003年2月引进了德国BABCOCK公司MPS-HP-Ⅱ型磨煤机专有技术。该技术是德国MPS磨煤机第三代产品，是德国BABCOCK公司的最新技术，采用了德国Babcock公司最新研制的新型煤粉分配器及动静分离器和旋转喷嘴环，具有反作用力变加载液压系统，能保证机组快速响应负荷，磨煤机本体阻力较高;碾磨压力大(最大达750 kN/m2)、出力大(比老式同型号的磨煤机出力提高20% ～50%)、实现无负荷启动;配有液压翻辊装置，磨辊可以翻出检修，使维护简单化;磨盘由分体式改为一体式结构，增加了磨盘的强度［5］。

2 中速磨煤机的结构对比分析

2.1 磨盘与喷嘴

HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3种磨煤机磨盘与喷嘴环均是分体结构。分体结构的优点是喷嘴环在磨损后可以很方便地进行更换;缺点是固定部分如不牢固，极易造成脱落。ZGM型磨煤机的喷嘴动环与磨盘铸成一体，从根本上解决了喷嘴环脱落的问题［6］。喷嘴动环的叶片较厚，具备较长的耐磨寿命，动环叶片顶部与静环间隙在9 mm左右，硬石子煤挤压在叶片顶部与静环之间时，在动环旋转的带动下，会进入叶片之间掉入一次风室，防止了硬石子煤在动静之间长时间摩擦而导致磨煤机过载。而 HP、MPS、MPS-HP-Ⅱ型磨煤机的喷嘴环外缘与固定静止部件之间的间隙不仅会挤入硬石子煤，还会造成旁路漏风。

2.2 固定折向板与喷嘴静环

HP型磨煤机在磨煤机分离器体上设置固定折向板。固定折向板具备初级分离的作用，可将研磨后的粗、细粉混合物中最重的煤粒分离出来，返回磨碗中进行研磨，煤粉混合物对磨煤机分离器体壁冲刷很小［7］。通过对运行情况的观察发现，有固定折向板的HP型磨煤机外壳壁磨损轻微，分离器体壁在运行中温度也很低，磨煤机本体对外散热很小。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3种磨煤机的机壳壁(中架体)上的喷嘴静环只起到限制煤粉混合物流向的作用，外壳壁温度很高，约为130℃。停运后打开磨煤机检查，磨煤机的机壳壁冲刷磨损很严重，部分磨辊检查门板也受到了冲刷。

2.3 磨辊与衬板间隙

HP型磨煤机和部分ZGM型磨煤机说明书上要求磨辊与衬瓦(衬板)的研磨间隙为 3 ～5 mm［6，8］，磨辊与磨碗衬板无直接金属接触，运行时可空载起动亦可带负荷起动，起动力矩小，运行安全平稳，停机时磨碗中没有存煤。大多数ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型磨煤机继承了MPS型磨煤机的特点，没有研磨间隙，磨辊直接压在磨盘衬板上。磨煤机刚启磨时负荷较小，磨盘上存煤不多，磨煤机会产生剧烈振动。这类磨煤机均采用了抬磨辊启磨，再布煤，最后加载的启动方式，基本解决了启动初期振动的问题。从运行效果看，磨煤机磨辊与衬瓦之间有间隙运行的安全、可靠性更高一些，但出力要受到损失。

2.4 磨盘密封装置

ZGM型磨煤机的磨盘密封采用碳精密封环［6］。碳精密封环共有2圈，每圈18根。碳精密封环外部设置弹簧紧固，有自调节性能，能够保持适当的密封间隙。其他3种磨煤机均采用2道金属环形成的梳形迷宫密封，无自调节功能，易使磨碗毂划伤和磨损。在运行时，使用碳精密封环的磨煤机在磨盘下听不到密封漏风的声音，而未使用碳精密封环的磨煤机磨盘下有较大的密封漏风声音，明显有漏风现象。

2.5 加载装置

ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3种磨煤机均采用了液压变加载技术。ZGM-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型磨煤机加载压力在改进中比ZGM型分别提高20%、40%、60%;MPSHP-Ⅱ型采用了大直径液压缸，如MPS225-HP-Ⅱ型采用了活塞直径270 mm，活塞杆直径130 mm的液压缸;同一级别的ZGM225G型采用了缸径200 mm，活塞杆直径125 mm的液压缸;MPS225-HP-Ⅱ型加载压力几乎是ZGM225G型的2倍多［9］。液压变加载的优点是调整灵活，可实现自动抬辊功能;缺点是系统复杂，事故率较高。据ABB-CE公司统计，RP型磨煤机故障中有60%是由液压变加载引起的［10］。HP型磨煤机采用弹簧变加载。弹簧加载系统具有荷载较低、运行平稳、检修率较低、可靠性较高和附加动力较少等优点，缺点是无法实现自动抬辊功能。所有HP型磨煤机加载形式都采用外置式弹簧加载装置，弹簧组件不会腐蚀和磨损，外弹簧组件的部件比液压加载系统的部件少得多，所以初期成本较低，更换部件的费用较少，维修次数也相应减少。

2.6 磨煤机转速

HP型磨煤机的转速在各型中速磨煤机中是最高的，如HP1003Dyn型的转速达到了33 r/min。德国最新技术的MPS225-HP-Ⅱ型磨煤机的转速为30 r/min;ZGM113 G型转速为24.2 r/min;ZGMⅠ、Ⅱ、Ⅲ型转速在ZGM型基础上分别提高了10%、20%、30%;MPS225型转速为24.1 r/min。通过提高磨煤机转速，磨煤机出力得到了提高，电厂可选用煤种范围变宽，煤种不太好的时候，现有的磨煤机仍能在有备用磨煤机的情况下满足机组满负荷发电的需求。

2.7 磨煤机排出装置与机壳内壁的防磨

磨煤机转速的提高必然带来磨煤机内部磨损加剧的问题。随着防磨技术的发展，采用防磨新工艺完全能克服因转速提高而引起的磨损过快的副作用，如磨辊与衬板全部采用耐磨合金堆焊工艺，表面硬度可达到HV700以上。磨煤机内部的高温环境，使粘贴防磨材料的效果受到了限制，故现在普遍推广的是在磨煤机内部的易磨损部位堆焊耐磨材料，或者焊接陶瓷片。在磨煤机排出部位因温度相对较低(100℃左右)，还可粘贴高温耐磨胶泥防磨，耐磨胶泥施工极方便，不受粘贴形状限制。这些耐磨材料的应用，能确保磨煤机1个检修期的安全、可靠运行。

2.8 翻辊装置

4种磨煤机均配带了翻辊装置，ZGM、MPS、MPSHP-Ⅱ型3种磨煤机均采用液压翻辊装置，拆装专用工具相对费力，而HP型磨煤机采用起吊装置辅助的翻辊装置，不用额外安装设备，操作简单。

2.9 分离器

4种磨煤机均设计有动、静结合的旋转分离器。HP型磨煤机的分离装置包括安装在分离器体上的固定折向板和动态旋转分离器2个部分。固定折向板起初级分离的作用，动态分离器是2个支承轴承位于最高端的立式悬吊笼体结构，具有静挠度为0、设备重心明显下置的二大特点。旋转分离器从下至上通流面积逐步递减的结构，有利于风粉混合物相对均匀地接近笼体的叶片，使机顶盖上部的涡流流动及其能量损失亦相应减少。分离出来的粗粉沉降在吊笼下部小端之外，只参加了占辗磨全程不到三分之一的局部细研，防止了粗煤粉的重复辗碎［2］。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3种磨煤机的分离装置包括静止的分离器叶片和旋转分离器2个部分，静态的和动态的分离器结合在一起。煤粉先经静态叶片得到初次分离，而后再经动态叶片得到第2次分离，煤粉细度的调节靠改变动态叶片转速来实现［11］。

从结构和效率上看，HP型磨煤机的分离装置因固定折向板离磨盘很近，煤粉混合物中的最重的粗粉粒在最短时间和最小距离内被分离出来送回磨盘内重磨，并且动态分离器的粗粉回粉位置防止了重复辗碎，显然分离效率更高。

2.10 绝缘隔层

HP型磨煤机系列在磨煤机侧机体上装有厚的绝缘隔层。绝缘隔板的主要作用有:消除磨煤机的外部温度对人身的危害，减少磨机的热消耗，提高热效率;进一步减少传导到齿轮装置的热量，并有效地防止有关的热应力问题。ZGM、MPS、MPS-HP-Ⅱ型3种磨煤机均没有这种结构。

3 中速磨煤机的运行效果对比

HP型磨煤机由于喷嘴环的流通面积问题和研磨部件的能力有限，其排石子煤量较其他3种磨煤机要大，但其良好的分离装置、弹簧加载装置、磨盘运行速度，在同一级别的磨煤机里出力比较高。运行缺陷主要集中在石子煤排放系统，喷嘴环;由于叶片较薄，需经常检查磨损情况，排矸刮板因石子煤量大损坏较频繁［12］。

ZGM、MPS型磨煤机最大的缺点是排石子煤能力有限，导致在原有基本型的转速下，煤粉在机内循环倍率较高，出力较低。目前在装的ZGM基本型磨煤机正逐渐列入改造为ZGMⅠ、Ⅱ、Ⅲ型的计划，最新引进的MPS-HP-Ⅱ型磨煤机的加载力和转速得到了较大的提升，磨煤机出力得到有效提高。运行缺陷主要集中在液压系统、加载拉杆密封装置。

4种磨煤机的煤粉排出口均无可靠的防磨措施，需在维修中进行完善。

4 结语

MPS型和HP型系列磨煤机经过多年的研究发展，设备结构已形成自身传统的优势。MPS型系列磨煤机在研磨部分具有较强的优势，而HP型系列磨煤机在粗、细粉分离和磨煤机检修方面有着独特的结构，效率更高。因此，中速磨煤机的发展趋势应是各型磨煤机技术的融合。具体为采用ZGM型磨煤机的一体化带喷嘴动环磨盘、衬板、磨辊、磨盘密封结构;同时采用HP型磨煤机的磨盘运行速度、固定折向板和动态分离器结构、翻辊和弹簧变加载技术;将磨煤机的排粉口进行防磨处理。经技术融合的磨煤机无论从研磨能力、分离效率、维护保养、停磨检修方面都有着各流派磨煤机无法比拟的优势。

［1］石金兴，王泓，龙辉.中速磨煤机的国产化及发展趋势分析［J］.水利电力机械，2003(1):1-4.

［2］陆志厚.1 000 MW机组带旋转分离器的HP1163/Dyn型碗式中速磨煤机的结构设计特征浅析［J］.电站辅机，2006(1):20-27.

［3］许桂琴，陈昭，龙辉.600 MW机组中速磨煤机选型设计［J］.吉林电力，2001(6):31-33.

［4］沈阳重型机械集团有限责任公司.MPS190辊盘式磨煤机使用说明书［M］.沈阳:沈阳重型机械集团有限责任公司，2005.

［5］长春发电设备有限责任公司.MPS225HP-Ⅱ型中速磨煤机说明书［M］.长春:长春发电设备有限责任公司，2006.

［6］北京电力设备总厂.ZGM113G型中速辊式磨煤机使用和维护说明书［M］.北京:北京电力设备总厂，2006.

［7］刘寿忠，刘祥玲.HP与MPS中速磨煤机的比较［J］.江西电力职业技术学院学报，2006(2):20-23.

［8］上海重型机器厂有限公司.HP963/Dyn、HP983/Dyn、HP1003/Dyn碗式中速磨煤机运行维护手册［M］.上海:上海重型机器厂有限公司，2008.

［9］裘立春，张书谨，应剑，等.中速磨煤机MPS-225与HP-863性能比较研究［J］.浙江电力，1998(3):13-18.

［10］石金兴，王泓，龙辉.中速磨煤机的国产化及发展趋势分析(续)［J］.水利电力机械，2003(2):4-6，23.

［11］解其林.MPS中速磨煤机旋转式煤粉分离器的改造及应用［J］.中国电力，2005，38(3):62-66.

［12］孙荣华，盛浩明.HP、MPS、MBF中速磨的性能比较［J］.华东电力，1999，27(9):28-31.