碗式中速磨煤机制粉系统整体性能优化研究与应用

郑希峰，吕贞贞

(华电漯河发电有限公司，河南 漯河 462300)

碗式中速磨煤机制粉系统整体性能优化研究与应用

郑希峰，吕贞贞

(华电漯河发电有限公司，河南 漯河 462300)

针对某电厂碗式中速磨煤机制粉系统存在的原煤仓频繁断煤、磨煤机的石子煤排放量大、磨煤机外气封漏风严重、煤粉管道频繁磨穿、泄漏煤粉污染环境、磨煤机热风隔绝门密封不严密等诸多问题，经过广泛调研和现场应用研究，对原煤仓疏通方式、磨煤机外气封、热风隔绝门、磨煤机叶轮形式等进行改进，并对易损件进行寿命评估，形成了一套应用于碗式中速磨制粉系统性能优化的集成方案，在新建电厂制粉系统的设计、设备选型以及在役机组的技术改造具有很好的借鉴价值。

碗式中速磨煤机；原煤仓；气封；热风隔绝门；寿命评估

1 设备简述

某电厂一期 2×330 MW燃煤机组分别于2009年12月、2010年5月投入商业运营，锅炉采用SG-1120/17.5-M732型锅炉，每炉配5台HP863型磨煤机，4用1备。磨煤机在运行期间出现的问题较多：原煤仓设计不合理，防堵煤措施效果差，频繁断煤；磨煤机的石子煤排放量较投产初期有增大的趋势，造成锅炉磨煤机不能按设计出力正常运行；磨煤机外气封漏风问题十分严重；煤粉管道弯头防磨措施不到位，频繁被磨穿，泄漏煤粉污染周围环境；磨煤机热风隔绝门密封不严密，磨煤机检修困难：给机组的安全运行及现场文明生产带来很大的困难。

2 现状分析及存在的问题

碗式中速磨制粉系统具有系统简单、设备部件少、维护量小、运行电耗低、爆炸危险性小等特点[1]，但在使用过程中，制粉系统仍存在一系列影响系统正常运行的问题，主要表现在安全、经济、文明生产等3方面。

2.1 安全性

因碗式中速磨制粉系统的配置特点，磨煤机需轮替检修。磨煤机热风隔绝门是实现系统隔离的重要关口，但由于密封不严密，磨煤机内部温度不能降低至安全温度区间内，造成检修困难；同时热风隔绝门误动，300 ℃左右的高温一次风进入磨煤机内部，对检修人员造成安全威胁，给磨煤机的检修维护及电厂安全生产造成很大困难和隐患。

2.2 经济性

原煤仓设计不合理，防堵煤措施效果差，造成频繁断煤，直接影响锅炉稳定燃烧。在煤炭市场、电力市场不乐观的情况下，无法实现掺烧煤泥、污泥等措施。2013年1—3月，煤炭市场严峻时，掺烧煤泥，造成机组断煤频繁，月燃油量在30～40 t，严重制约机组安全、经济运行。

磨煤机石子煤排放量大、热值高，造成锅炉磨煤机不能按设计出力正常运行。中速磨煤机因其自身特点，可以将原煤中煤矸石排出，但由于结构不合理，间隙调整不当，造成石子煤排放量偏大，占燃煤量的1%～2%，热值高，造成燃煤浪费。

2.3 文明生产

由于制粉系统为正压，煤粉外漏严重，主要集中在磨煤机外气封、煤粉管道、石子煤收集排放处。磨煤机外气封是实现磨煤机本体与转动组的密封，一般采用间隙密封，漏风问题十分严重，并且易磨损磨煤机主轴；煤粉管道弯头防磨措施不到位，频繁磨穿，泄漏煤粉污染周围环境。

3 系统优化方案

3.1 优化方案总体内容

针对制粉系统存在的种种问题，经过调研与研究，确定原煤仓防堵煤改造、降低石子煤排放量改造、热风隔绝门改造、磨煤机外气封改造、煤粉管道弯头防磨等5项重点改造内容,以解决制粉系统现存各种问题，提升制粉系统可靠性、经济性和安全文明生产水平。

3.2 原煤仓防堵煤优化方案

(1)采用双曲线虾米型原煤仓配合大功率自动振打装置的优化改造方案[1]。原煤仓底部结构改为虾米形小煤斗，虾米形小煤斗的虾米弯和截面收缩率更符合流体力学原理，使煤沿壁面流动的重力分散，煤向下流动的阻力减小，动力增大，从而消除可能产生蓬煤堵煤的因素。在改造后的原煤斗外部加装6套仓壁振打气锤。当原煤斗发生结拱、堵塞时，由断煤信号采集装置启动仓壁振打气锤运动，实现自动振打。

3.3 石子煤排放量增加原因及优化内容

石子煤排放量增加的原因如下。

(1)煤质差、石子煤含量大。

(2)一次风室堵塞，造成了磨煤机一次风量不足、出力下降。

(3)空气节流环脱落，一次风速下降。由于空气节流环异常脱落，一次风速下降，伴随细粉排出，这是主要的原因。空气节流环与叶轮喷嘴的连接方式为普通的焊接，叶轮风环处的有效风速是决定磨煤机石子煤排量最重要的因素[2]。

因此，可以从修复磨碗毂、调节叶轮调整环与衬板的间隙、加装节流板、调整弹簧加载力、调整碾磨间隙等几个方面进行优化改造。

3.4 磨煤机外气封优化内容

中速碗式磨煤机主轴动静部位的密封主要采用金属迷宫(多层铜片)密封和炭精环密封，同时以正压密封风吹入，一方面防止煤粉外漏，另一方面使磨体内温度降低。目前的密封方式由于缺乏弹性补偿，密封严密则磨损主轴，留有间隙则会漏风，一旦漏风维修极不方便；同时，由于主轴有偏心现象，金属片会磨损主轴，给设备造成安全隐患[3]。

复合橡胶密封具有耐高温、耐磨、自润滑的特点。因其为柔性密封，与主轴紧密结合，阻止密封风泄漏。但由于主轴运行中存在不规则偏心摆动，还存在上下少许窜动，有些部位磨损较大。当有磨损时，由于橡胶具有高弹性，能够积灰补偿间隙，做到无间隙密封。

3.5 热风隔绝门优化内容

目前热风隔绝门普遍采用插板门，由于门板与门体之间硬性接触，夹杂风粉后不易密封严密，造成漏风，影响检修人员安全，而且存在误动风险[4-5]。

翻板式隔绝门含有门框、门板和驱动机构，门板处于门框内侧，门板上边与门框上边铰接在一起，门板与门框的四周间有密封条，密封效果好，能提高检修和维护的安全性。

4 优化改造实施方案

4.1 原煤仓防堵煤改造实施方案

(1)将原煤斗给煤机上方约6 m(包括闸板门、膨胀节等)拆除，将其改为不锈钢(201)虾米形小煤斗，煤斗壁厚为(10±0.5)mm。

(2)将原闸板门更换为双向电动插板门，并下移至给煤机上方550～600 mm处。

(3)将原膨胀节更换为不堵煤的插入式不锈钢密封膨胀节，安装在给煤机上方约100 mm处。

(4)在改造后的原煤斗外部加装6套仓壁振打气锤按照上到下交替布置，解决高、中、低位棚煤问题。每个仓壁振打气锤用气量为0.001 5 m3，气源压力为0.4～1.0 MPa，振打频率、振打动量可根据现场情况任意设定。当原煤斗发生结拱、堵塞时，由断煤信号采集装置启动仓壁振打气锤运动，实现自动振打，下部2气锤先动作3～4下，然后中、下4个仓壁振打气锤交替动作，最后下、中、上6个仓壁振打气锤依次振打，锤头产生的振击波使原煤斗的原煤发生位移，消除堵塞，恢复流动，实现仓内无障碍疏通；同时，加装自动过滤排水装置，为气锤提供安全稳定的气源。

(5)安装1套断煤信号采集装置，在断煤时发出信号，启动仓壁振打气锤，对原煤斗进行振击疏通，疏通后自动停止。

(6)在给煤机附近安装PLC模块电控箱。

(7)煤斗适当位置设置人孔门及观察孔。

4.2 石子煤排放量降低改造实施方案

4.2.1 磨碗毂的修复

磨碗毂在与缝隙密封处被磨损，需要补焊并重新车削，达到尺寸精度。磨损后的磨碗毂必须修复，否则不能起到密封的作用。磨碗毂的材质为ZG350-500，相当于ZG35，可以直接用J422或J507结构钢焊条堆焊，然后利用磨煤机工作转速38.4 r/min自转进行现场车削(或用角磨机打磨)。

4.2.2 调节叶轮调整环与衬板的间隙

重新调整叶轮调节罩与中间体底部和折向衬板支架之间的间隙，中间体底部和折向衬板支架与叶轮调节罩的间隙在不影响传动摩擦的情况下可进一步缩小，将间隙调整到8～10 mm较为合适(原设计间隙为(12.5±1.5)mm)，以使调节罩随叶轮旋转时能保持较小的、均匀的间隙，大大降低漏风量。

4.2.3 叶轮喷嘴通流截面改造

从节流环外侧至叶轮风环内侧底圆间加焊厚12 mm 的16Mn弧型钢板，使其与叶轮外侧形成流线型喷嘴，以便一次风流过叶轮时分配更加均匀，并郑希峰，等：碗式中速磨煤机制粉系统整体性能优化研究与应用使阻力损失降低，如图1所示。

图1 叶轮装置通流部分改造前、后对比

4.2.4 磨辊套在线堆焊

如图2所示，使用耐磨焊材对磨辊套进行在线堆焊，提高磨辊套抗磨性能，达到新磨辊的各项性能。

图2 磨辊套在线焊接

4.2.5 弹簧加载力调整

将磨辊弹簧加载力调至22.6 MPa，弹簧加载与磨辊头之间的间隙调整到0.75～1.00 mm，提高磨煤机碾磨力。

4.2.6 碾磨间隙调整

磨辊与磨碗衬板之间的间隙调整到3～5 mm(新衬板和新辊套调整至6～8 mm)，提高磨煤机碾磨效率。注意按磨煤机说明书进行动态调整。

4.3 磨煤机热风隔绝门改造实施方案

将热风隔绝门改造为翻板式结构，利用主气缸的作用使门板开启或关闭，并具有关门锁紧功能。门板与门座间密封面为耐高温结构，最高受热温度500 ℃。翻板门安装及维修时使用安全销，防止门板误动对检修人员造成伤害。翻板门安装于水平管道，该门开启时主气缸往前推出，门板翻转于门体上侧，此时管道处于全流通状态。翻板门关闭时，主气缸收回，门板经翻转向下动作与门座贴合密封，此时操作连杆处于顶紧状态。由于主气缸行程的设计余量，长期使用后即使密封面有磨损门板同样能密封锁紧。翻板门与管道的联接为焊接式。

4.4 磨煤机外气封改造实施方案

在主轴动静密封和下架体处安装复合橡胶密封，该橡胶密封具有耐高温、耐磨损及自润滑功能，具有较高的弹性，磨损后能够及时补偿间隙，做到无间隙密封。该密封已在全国一百多家电厂使用，不仅密封效果显著，且使用周期长。与其他密封相比，性价比优势明显。

4.5 煤粉管道弯头防磨改造实施方案

根据磨煤机运行工况，对磨煤机煤粉管道弯头、多出口装置、分离器体、内椎体、导向装置衬板等部位内衬防磨陶瓷，大大延长设备零部件设备寿命，降低检修维护成本。

5 优化后运行效果

经过综合升级改造，目前制粉系统几乎无煤质原因导致的断煤(同时含有掺配掺烧原因)，为掺烧污泥、煤泥等创造了技术条件；煤粉外漏问题得到有效治理，现场文明生产水平大幅提高；延长了设备使用寿命，降低了检修维护成本，同时石子煤排放率从原来的3.0%～5.0%的峰值降到改造后的0.8%左右，目前更是控制在0.5%以内，大大减少了对机房环境的污染，降低了工人劳动强度，为实现电厂安全、文明生产创造了条件。

6 结束语

综上所述，针对碗式中速磨制粉系统存在的原煤仓频繁断煤、磨煤机石子煤排放量大、磨煤机外气封漏风、煤粉管道弯头频繁磨穿、泄漏煤粉污染周围环境、磨煤机热风隔绝门密封不严、磨煤机检修困难等诸多问题，提出系统性改进方案。对于新建电厂制粉系统的设计、设备选型以及采用碗式中速磨制粉系统在役机组的技术改造具有很好的借鉴价值。

[1]王贤明. HP863碗式中速磨煤机存在的问题及解决措施[J].浙江电力，2010，29(9)：47-49.

[2]郭健，李功强，张英杰，等. 虾米形一体化技术在电厂原煤斗上的应用[J].应用能源技术，2015(12)：21-23.

[3]吴宝富.降低HP系列磨煤机石子煤排放率改造[J].华北电力技术，2003(5)：16，25.

[4]黄国辉.HP磨煤机内外气封改造[C]//江西省电机工程学会.江西省电机工程学会年会论文集，2014.

[5]王贤明.火电厂磨煤机热风隔绝门优化设计的研究[J].华东电力，2009，37(12)：90-93.

(本文责编：齐琳)

TK 323

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1674-1951(2017)03-0025-03

郑希峰(1968—)，男，山东莱芜人，助理工程师，从事火电厂生产技术管理方面的工作(E-mail:747521510@qq.com)。