探究HP型磨煤机实际应用中性能改进的方法

张忠翼

（神华集团有限责任公司，北京 100011）

近年来，大型火力发电机组在我国日益普及，600 MW火电机组因其具有容量大、可靠性高、参数高、能耗低、污染低等优点，现已成为我国火力发电厂的主力机型。制粉系统是火力发电机组辅机设备的重要组成部分，中速磨煤机在我国大都被应用在大容量锅炉的制粉系统中。中速磨煤机与钢球磨煤机相比，具有结构紧凑、体积小、质量轻、占地少、金属消耗量少、投资低、磨煤电耗低、噪声小、煤粉的均匀性好等优点。HP型碗式磨煤机是继RP碗式磨煤机后新开发的产品，其结构原理体现了先进的磨煤技术，具有运行电耗低、检修方便等优越性。目前，在600 MW机组中得到了最广泛使用。但由于目前我国能源市场煤炭价格一直处于高位，火力发电厂在实际生产运行期间往往不能燃用设计煤种，甚至会偏差很大。磨煤机磨煤部件易磨损、出力不足等问题也为设备的安全可靠运行提出了新的挑战。

1 火力发电厂磨煤机种类

磨煤机是制粉系统的主要设备，磨煤机主要是依靠撞击、碾压、挤压等作用原理，将煤磨制成煤粉，各种磨煤机是以一种作用力为主，同时兼有其他作用力。

根据磨煤部件的工作转速，电厂磨煤机可分为以下3种类型：①低速磨煤机。转速为15～25 r/min，常见的是筒型钢球磨煤机，简称球磨机。②中速磨煤机。转速为50～300 r/min，如中速平盘磨煤机、中速钢球式磨煤机（E型磨）、中速碗式磨煤机（简称碗式磨，如RP型、改进HP型磨）、中速辊环式磨煤机（简称辊环式磨，如ZGM磨）。③高速磨煤机。转速为600～1500 r/min，常用的是风扇式磨煤机。

2 HP型磨煤机结构及工作原理

我国HP型磨煤机是上海重型机器厂引进美国CE公司碗式磨煤机制造技术，用于电厂煤粉的制备和干燥。由于磨煤机内研磨表面形似深碟或碗，所以称之为碗式磨煤机。

机组原煤仓中的原煤经给煤机按燃煤量需求输入磨煤机内，从磨煤机上面的落煤管进入旋转的磨碗上。由于离心力的作用，原煤顺着径向朝外的方向移动至研磨环，从可绕轴旋转的磨辊装置下面通过。原煤经过这一系列移动后，在受到液压加载装置产生的碾磨力后，煤在磨碗衬板与磨辊套之间形成煤床，并逐渐被粉碎，研磨成粉。

热一次风由磨碗底下侧机体进入，并通过磨碗周围的间隔缝隙流经旋转磨碗的外径，由于叶轮上导流板的特殊设计而使气流能够趋于垂直方向。一些较小、较轻的煤粒在磨碗的外侧，被热一次风携带向上，而一些不易磨碎的重的外来杂物在重力的作用下落到侧机体区域。外来杂物通过侧机体底板，由装在裙罩装置上的能够旋转的刮板装置从排渣口扫出磨煤机，最后进入石子煤排出系统。由热一次风和相对较轻、较细小的煤粒在磨碗上面组成风粉混合物，这种混合物在分离器的固定空气折向器上经历一个三级筛分过程：第一级筛分是在磨碗水平面上的导向衬板上进行的。在这里，颗粒较大并且比较重的煤粉将返回磨碗，进行新一轮碾磨后变成更小的颗粒，而颗粒较小、重量较轻的煤粉将由气流带入分离器顶盖进行第二级筛分，在此处风粉混合物所产生的旋风被弯曲的可调叶片不断扰动。在这个过程中，相对重一些的煤粒将从煤流中降落，接着风粉混合物穿越叫作文丘利套管的垂直插管进行下一步筛分，直至达到调整所需的煤粉细度。较重煤粒从分离器叶片和文丘利套管里分离出来，并经过内锥体返回到磨碗中央重新进入研磨区域。出来的风粉混合物经过文丘利套管，通过先浓缩、后扩大的过程，加之安装在煤粉管道上的可调缩孔的共同作用，使得风粉在每一根煤粉管中都能很均匀地分布。最后，符合要求的风粉混合物从煤粉管进入锅炉进行燃烧。

HP型磨煤机主要由以下部分组成：①电动机驱动减速箱，减速箱由行星齿轮组成并直接与磨碗相连。由于其转速可以根据需要按照比例适当降低，所以能够起到使磨碗达到要求转速的作用。②侧机体内安装多块衬板，在磨碗周围组成进风口，并对分离器体能够起到支承作用，热一次风从进风口进入并沿磨碗周围上升，从而起到烘干和输送煤粉的作用。磨碗由减速箱带动，原煤在磨碗衬板和磨辊间研磨成粉。③磨碗外周安装叶轮装置，热一次风在经过叶轮装置上的导流板后能够垂直向上，在叶轮装置与分离器体之间的间隔缝隙通过后，能够分布得非常均匀，这样就能有效地控制磨煤机碾磨区域内风粉混合物的流向。④在磨碗上方，分离器内悬挂着3只单独液压加载的磨辊装置，当磨辊与磨碗之间充满原煤时，磨辊经过不停的旋转、碾压，使原煤逐渐变为粉末。⑤分离器体、导向衬板、装有折向装置和内锥体的分离器顶盖以及分离器，这些部件的主要作用是容纳煤粉并使风粉流向朝上。当风粉通过折向装置时，颗粒较大、较重的煤粉将从风粉混合物中被筛分出来，然后落到磨碗内，再进行重新碾压、研磨。⑥出口文丘利和多孔出口装置，当风粉混合物通过这些部件时，能够被分成多股均匀的风流，以满足再筛分的需要。⑦多孔出口装置的上部安装有排出阀装置，这个装置由多个阀组成。当磨煤机停用或检修时，如果磨煤机内还有存煤，可以由排出阀装置将磨煤机和还在运行的锅炉分开。

3 HP型磨煤机运行注意事项

HP型磨煤机在运行操作中应按正确的操作方法执行，避免以下不正确的和危险的操作情况出现。①磨煤机的排渣量过大。因为煤会在侧机体内堆积起易结焦，结焦后较大的焦块会堵塞排渣口成为磨煤机着火的重大隐患。②磨煤机长期在出口温度低于要求范围的条件下运行。煤如果不能充分干燥，会导致其附着在磨煤机内部和煤粉管中，从而造成煤粉管堵塞，严重时会造成磨煤机及煤粉管道着火。③磨煤机长期在出口温度高于要求范围的条件下运行。出口温度高会导致挥发粉从煤中逸出，严重时会导致燃料着火。④磨煤机在通风量低于要求范围的条件下运行。通风量过低时，煤粉管里输送煤粉的速度也会相应下降，会导致煤粉沉积，从而增加了煤粉管道堵塞甚至着火的风险。⑤磨煤机在通风量高于要求范围的条件下运行。通风量较高使得煤粉管道和磨煤机内部磨损加速，影响磨煤机的安全经济运行，同时可能降低煤粉细度。⑥磨煤机在石子煤排出口闸门关闭的情况下运行。这样会阻止杂物的排出，若长时间不能正常排渣，理应排出的杂物会积存在侧机体里，对刮板装置会产生严重的损坏。⑦磨煤机在给煤之前暖磨不够充分。如果暖磨温度不够，可能导致煤粉附着在磨煤机内部和煤粉管道里，这样制粉系统发生火灾的风险将增加。⑧磨煤机在停机之前冷却不够充分。如果停机冷却不足，可能会造成磨煤机内温度超过安全规定的情况发生，当磨煤机检修或停机时，磨煤机或煤管发生火灾的风险将增加。⑨磨煤机的输出煤粉细度过细。当煤粉细度细得已经超过规定范围时会使磨煤机出力降低，磨煤机电动机的耗电量增大。⑩磨煤机的输出煤粉细度太粗。当煤粉细度粗到超过规定范围时，炉膛的工作将会受到影响。

4 提高HP型磨煤机性能方法

4.1 提高HP型磨煤机出力方法

4.1.1 加装动态分离器

HP型磨煤机常规配置有静态分离器，在利用静态分离器把细煤粉从粗煤粉中分离出来时，会使细煤粉在磨煤机里再次循环。这样，研磨效率和磨机研磨能力（磨煤机出力）会受到含有细煤粉的研磨区域影响而降低。加装动态分离器可改善煤粉细度，从而提高燃料热效率并改善锅炉燃烧状况。在研磨低挥发分煤或磨机的研磨能力下降时，动态分离器的设计可以使系统能够处于常规状态，完成出力调节。

动态分离器通过可调整变频器和可编程控制器，由一个交流电动机进行驱动。动态分离器的转速取决于给煤速度，当给煤速度加快时，分离器的转速也随之增加。分离器的转速随着磨煤机给煤速度相应变化。动态分离器在减少细煤粉在磨煤机内部的循环次数、提高研磨效率和磨煤机能力等方面都能够起到非常显著的作用。动态分离器主要是利用空气动力学和离心力将细煤粉从粗煤粒中分离出来。可以根据原煤变化和燃烧随时调整动态分离器，从而较快地实现磨煤机煤粉细度的调整，较以往手动调节的分离器更方便，更及时。

4.1.2 HP型磨煤机叶轮风环改造

HP型磨煤机常规叶轮喷口间隙调节是通过加装空气节流环实现的，但加装空气节流环后喷口处会形成较强的紊流，严重降低了一次风速，削弱了一次风携带煤粉的能力。针对该问题，提出在磨煤机风环处加装渐缩喷嘴，将原本不规则的喷嘴改为渐缩型，减小该处紊流，增加喷口风速，提高一次风的携带能力。以某电厂HP1003型磨煤机为例，该磨煤机为上海重型机械厂生产，驱动电机为湘潭电机厂生产，额定电流67A，额定转速797rpm.磨煤机转速33 rpm，最小通风量71 t/h，最大通风量为102 t/h，最大制粉出力62.8 t/h.在实际运行中仅能达到50 t/h的最大稳定出力，原因有：一次风机管道阻力较大，造成一次风机达不到额定风压，否则风机将进入不稳定工作区；由于燃用煤种变化石子煤排量较大，为了减少石子煤排量将风环间隙减少到50 mm，致使磨煤机出力下降较多。针对该问题，提出在磨煤机风环处加装渐缩喷嘴，减小该处紊流，增加喷口风速，提高一次风的携带能力。经过反复测算，认为可以将该处风速由现在的54 m/s提高到64.5 m/s，改造前后燃用相同煤种，出力由50 t/h增大到55 t/h，大大加强了机组燃煤掺烧的能力。

4.2 提高HP型磨煤机可靠性方法

4.2.1 磨煤机一次风道入口改造

HP型磨煤机一次风道在进入磨煤机刮板室前设计有导流板，刮板转动的方向与导流板的导向相一致，于是在风道入口段刮板转动的反方向形成死角。当燃用挥发分较高的煤种且石子煤量大时，石子煤在刮板的作用下进入死角，随着堆积量的增大，如果此时一次风量相对较小，石子煤就会进入一次风道并沉积下来，进而发生自燃，烧损磨煤机一次风道入口。

在磨煤机一次风道入口死角处增加一个导流板，并用钢板将余下的死角区满焊封死，以消除一次风回流，并阻止石子煤在此堆积引起自燃。

4.2.2 磨辊加装气密封改造

HP型磨煤机磨辊装置轴承箱的密封为骨架密封，密封面为嵌入磨辊座盖内的三层双唇骨架油封（一层油封、两层灰封）和与磨辊轴配合的耐磨套。磨辊原有设计的密封风在磨辊装置外部，密封风在将煤粉吹走的同时，由于磨辊周围充满煤粉颗粒，也有可能将煤粉颗粒吹进磨辊座盖内的密封面中，这些细小坚硬的煤粉一旦渗入磨辊装置的密封面，更加剧了油封和耐磨套的磨损，以致油封损坏、磨辊轴承箱进粉油质变差，导致磨辊轴承损坏或轴承箱内积粉严重，磨辊停转。

为消除此缺陷在磨辊轴端面加油孔上方沿轴向钻孔，并从双唇骨架油封的油封和灰封中间的位置径向垂直引出，同时打穿耐磨套，利用油封和灰封的结构空间使压缩空气进入后形成高压风环。由于磨辊头为全封闭结构，因而压缩空气只会从骨架油封和耐磨套的缝隙向磨辊装置外喷出，对磨辊轴承箱润滑油和轴承均无影响，且压力远大于一次风和原有密封风压力（压差大于30 kPa），有效地防止了煤粉或其他微小金属颗粒进入磨辊轴承箱。

4.2.3 HP型磨煤机内部防磨处理

一般电厂根据自身磨煤机的设计参数、运行情况和磨损程度，以及煤质、单台磨煤机的累积运行小时数、磨煤机利用率、检修质量等诸多因素来制定磨煤机的大修周期。对于HP型磨煤机大修主要根据磨碗衬板、分离器衬板、磨辊套等主要磨损部位的损坏情况作为参考依据，定期进行更换。另外，HP型磨煤机人孔门四周、挡煤环上沿、延伸环迎风面、磨辊座底部在磨煤机运行过程中，由于受风粉混合物及石子煤的不断冲刷，并且这些部位磨损后不易修复，建议在大修或临时检修时做好防磨处理，如在其表面堆焊耐磨焊条（Fe-05）、涂刷耐磨修补剂等。

5 结束语

目前，火力发电厂大型燃煤机组的锅炉多配备了HP型中速磨煤机作为重要的生产设备，机组磨煤机运行状况的好坏直接影响机组的安全经济性。HP型磨煤机虽然自身优势十分明显，但在实际运行中也有许多问题需要技术人员善于发现并研究解决方法。设备的科学管理是保障设备处于良好状态的有效手段，希望在众多科技人员的努力下不断改进，通过交流探讨，提高HP型磨煤机的安全可靠性。

[1]鄢晓忠.锅炉设备检修[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]郭延秋.锅炉分册[M].北京：中国电力出版社，2003.