动静环密封改造在HP磨煤机中的研究与应用

中电广西防城港电力有限公司 李海鹰

HP磨煤机直吹式制粉系统具有启动快、调节灵活、安全性高等优点，在火电厂得到了广泛应用[1]。而石子煤排放率是影响中速燃煤安全经济运行的重要参数，HP磨煤机动静环密封随着运行中磨损或密封片脱落，会造成磨煤机动静环的通风面积的增加，风环出口风速降低，石子煤排放率增加。因此，DL/T467-2004标准规定石子煤排放率应低于0.05%，热值应低于6.27MJ/kg[2]。

为此文献[3-4]对中速磨煤机石子煤增多原因做了全面分析和探讨，同时文献[5-7]提出中速磨石子煤排放量技术改造。在文献[8]中分析中速磨煤机风环动静间隙对石子煤排放的影响，同时提出动静间隙的优化方案予以实施后，没有再出现石子煤排放率增加现象，石子煤排放量过大制约磨煤机出力的问题得到了有效解决。为此，本文对某电厂二期HP1163Dyn型中速磨煤机运行阶段石子煤排放量较多且热值较高问题，选取4B磨煤机作为改造试验对象提出动静环密封改造实施方案。

1 现状概述

该电厂二期机组（12台）由上海重型机器厂设计制造的HP1163Dyn型中速磨煤机；一期机组（12台）由沈阳重型机器厂设计制造的MPS245型中速磨煤机，磨煤机叶轮装置（风环）为原设计结构，在运行期间发现二期磨煤机与一期磨煤机相比存在石子煤排放量较多且热值较高、磨煤机出力较低、叶轮装置（风环）处阻力较大、风粉混合不均匀等问题。经统计二期每台磨煤机每班石子煤排放量约6小车。此外，通过现场对排出的石子煤观察检测发现，所排出的石子煤中存在较多颗粒原煤且石头含量也较低。同时，大量的石子煤排放后对制粉区域造成了严重的粉尘污染，给现场的文明生产带来严重破坏。

图1 石子煤堆积导致石子煤刮板损坏及自燃

如图1所示，若磨煤机石子煤较存储多时不及时排放，大量的石子煤堆积容易造成石子煤刮板损坏，其中部分石子煤掉落在一次风室会引发自燃的事件，造成磨煤机爆磨停运。在2020年4月20日，该厂二期4B磨煤机发生一次内爆不安全事件，经后期调查分析造成此次不安全事件的根本原因是因为石子煤掉落在一次风室引发自燃所致。

2 HP磨煤机工作原理

HP磨煤机结构示意图如图2所示。HP磨煤机其主要功能是将大颗粒的原煤碾磨成合格直径的煤粉。在此制粉过程中，主要的干燥煤粉和输送煤粉的主要动力源来自一次风机出口的热一次风，高温高速的热一次风由HP磨煤机的磨碗下部侧体的进风口进入，再由叶轮装置驱动向磨碗轮毂周围流动，其中安装于磨碗上的叶轮装置使得热一次风具有一定驱动力，保证在磨碗边缘具有一定的加速度，同时保证热一次风气流均匀分布在磨碗边缘使得煤粉与气流充分混合。

这期间，热一次风气流携带着煤粉一起移动至分离器本体中，在分离器的作用下，一些颗粒直径较小的煤粉继续在热一次风气流的驱动下流动，而一些大颗粒直径煤粉则在折向挡板阻挡力下落回磨碗进一步碾磨，其中安装于分离器体下部的折向板，其主要作用就是对煤粉气流中加大颗粒的煤粉进行初级分离，分离后煤粉和气流上升并通过分离器主体进入叶轮装置。当煤粉混合气流接近转子时，气流中的煤粉颗粒受到叶轮装置转子的强大撞击力，其中一些较大的煤粒在转子离心力作用下被甩出，而一些较小的煤粒可通过叶轮装置转子，进入到煤粉管道。其中，较大的煤粒在转子离心力作用下，被甩出的煤粉颗粒再次返回磨碗重新碾磨，可称之为谓二级分离，综上煤粉在磨煤机里进行重复循环碾磨。

图2 HP磨煤机结构图

3 石子煤排放多原因分析

经过长期运行总结和设备结构分析，可能造成增加石子煤排放的原因有以下几方面。

一是磨煤机类型。一期的MPS磨煤机是碗形磨盘，磨辊及磨盘研磨时呈曲线形。二期的HP磨煤机是锥形磨碗，磨辊及磨盘研磨时呈直线。二期磨煤机研磨距离和时间比一期短，造成石子煤比一期多。在采用HP磨的同行电厂，均反映存在石子煤较多的问题。一些电厂为方便清理，还特地做了石子煤封闭排放的改造。

二是磨辊的弹簧加载力不足。在对磨煤机做预防性维护时，检查并调整了加载力至20.1MPa，加载螺栓头部与磨辊头之间的间隙在0.5～1.5mm，且符合厂家图纸要求。最后，运行观察石子煤依旧多。

三是磨辊与磨盘衬板的间隙不符，或者两者磨损过大，造成了出力不足，影响了碾压效果。针对此问题在预防性维护时，测量磨辊与磨盘间隙，根据两者的磨损量来调节成图纸所要求，并对磨辊磨盘进行堆焊。相当于重置磨辊及磨盘出厂设计，但石子煤排放量并未减少。

四是磨煤机入口风量偏低。针对此问题，技术人员检查了各台磨的混合风管及入口的导流板，未发现异常。

五是磨煤机动静环的通风面积过大。在风环的通风面积过大时，在相同的风量下，相当于降低了磨煤机的入口风量，风量降低，则会造成石子煤排放量增加。参考磨煤机说明书，磨煤机一次分离结构类型为磨碗侧的动环热空气从侧机体进入，然后沿着旋转的磨碗外径上升。装在磨碗上的叶片（称为叶轮）使气流趋于垂直方向。在磨碗外缘上，较小较轻的煤粒被气流携带向上，而较重的不易磨碎的外来杂物穿过气流落入侧机体区域，形成了石子煤。

综上，经过对HP型中速磨煤机工作原理和石子煤成因的认真分析，可以减小磨碗边缘与分离器体的间隙，以及叶轮装置处的通风面积来提高局部区域的气流速度。叶轮处的风速不能低于40m/s，如果低于该值没有碾碎的原煤也有可能从叶轮装置处掉下同石子煤一同被排出，故有效控制叶轮装置处一次风风速是控制石子煤排量的根本。对于HP磨煤机来说，控制叶轮装置处的风速主要是通过减小磨碗边缘与分离器体的间隙和叶轮装置处的通风面积，即减小流通截面来提高风速。所以合理选择叶轮装置处过流风速是提高磨煤机石子煤分选效率的最佳途径，重新设计叶轮装置密封方式是控制叶轮装置处一次风风速最佳方式。

4 改造方案实施

经现场检查发现动静环通风面积较大，而造成面积增加的主要原因是静环密封条大多数采用单面焊接，容易脱落，造成风环通风面积变相增加。为此得出该电厂磨煤机动静环通风面积过大，是导致石子煤排放量增加的原因之一。

图3 静环密封条脱落

针对上述问题，该厂拟定以二期4B磨煤机作为改造试验对象，参考设计图纸如图4所示进行改造。

图4 磨煤机原动环截面图

将110间隙调整为90mm，改造后的动密封环如图5所示。改造后经过运行发现调整为90mm时已经石子煤排放量大幅减少。再次为恢复出厂图纸结构间隙尺寸发现，石子煤排放量又出现增多的情况。为此表明，原有结构造成了磨煤机动静环通风面积过大的主要原因，原设计结构间隙尺寸与现运行情况不符。

图5 4B磨煤机改造后的动密封环

5 改造后效果验证及效益分析

该厂对4B磨煤机磨静环通风面积完成改造后，石子煤排放大大降低，由原来的每台磨煤机每班石子煤排放量约6小车，减少到每台磨煤机每班石子煤排放量1车，同时清理石子煤的间隔时间也缩短。石子煤的降低，即减少了对环境的污染及废渣排放，同时也减少了煤炭的损失，也产生直接的经济效益。4B磨动静环密封改造前后对比见表1。

通过表1得出，4B磨动静环密封改造后，石子煤量由原来的6小车减少到1小车；清理工时由原来的4h减少到0.5h；维修工时由原来的30h减少到6h。为此表明，4B磨动静环密封效果较好。

表1 4B磨动静环密封改造前后对比分析表

4B磨动静环密封改造后，出力可达到出力60.6t/h，将其改造方案应用到其余五台磨煤机，六台磨煤机改造后能够满足机组额定负荷需求还可以间隔停运一台磨煤机备用。对于火力发电厂而言，制粉系统是火电厂耗电大户，若能满足机组额定负荷、安全运行和燃烧稳定的前提下减少制粉系统厂用电的消耗，降低了厂用电率达到降低供电煤耗，实现“经济”发电。该厂若按每年每台磨煤机平均运行天数为220天，每年原来的6台磨煤机减少到5台磨煤机，则其节能的费用为：6.0kV（工作电压）×45A（工作电流）×1.73×0.85（功率因素）×220（全年运行天数）×24h×0.34元/kWh（上网电价）=71.276万元，以此可见经济效益较为可观。

综上所述，该电厂针对二期HP型中速磨煤机石子煤排放量偏大问题，采取对4B磨煤机作为改造试验对象，经过对磨煤机磨静环间隙由原设计的110mm调整为90mm改造后，石子煤量、清理工时及维修工时等都大幅度减少，同时经常运行观察石子煤排放堵塞、石子煤刮板损坏和混合风道因内爆损坏等情况均未发生。