双进双出磨煤机钢球和衬板节能改造后效果分析

李彦庆，程卫国，杨大哲

（1.国电榆次热电有限公司，山西 晋中 030600；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

双进双出磨煤机钢球和衬板节能改造后效果分析

李彦庆1，程卫国1，杨大哲2

（1.国电榆次热电有限公司，山西 晋中 030600；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

通过对国电榆次热电有限公司1号炉、2号炉A、B磨煤机钢球、衬板节能改造方案的探讨以及改造后磨煤机电流和出力的变化，深入地分析了高效磨球配比技术和新型台阶形衬板对磨煤机单耗的影响，并对改造后的节能效果进行了分析。指出高效磨球配比技术和新型台阶形衬板节能技术，能够更大地提高磨煤机设备的安全性和经济性，大幅度降低磨煤机单耗和厂用电率，达到节能降耗的目的，值得大力推广和应用。

磨煤机；节能；铬锰钨磨球；台阶形衬板

0 引言

国电榆次热电有限公司由中国国电集团公司和山西省晋缘网络技术有限公司合作建设。一期工程建设规模为660MW，安装2×330MW直接空冷燃煤供热机组。锅炉型号为DG1164/17.5-Ⅱ型，由东方锅炉（集团）股份有限公司生产。锅炉最大连续蒸发量为1 164 t/h，制粉系统形式为双进双出钢球磨正压冷一次风机直吹式制粉系统，每台炉配置3台磨煤机。

根据国家积极加快建设节约环保型企业的要求，把各火力发电厂节能降耗、加强环境保护工作提到了新的战略高度。节能降耗已成为各发电企业适应新形势、降低发电成本、提高企业竞争力的重要要求和考核手段。

磨煤机运行每年消耗的电能在厂用电率中占据相当大的比重，尤其是双进双出钢球磨煤机，据不完全统计，其耗电量占整个火力发电量的2%，占厂用电的30%。磨煤机的节能降耗必须引起高度重视。因此，做好燃煤火电厂的节能减排工作，降低磨煤机的制粉电耗是关键之一。

双进双出钢球磨煤机的磨球、磨球配比技术和衬板都是比较传统的，是20世纪80年代末从国外引进的技术，已经不能适应当前我国磨煤机的应用工况了，更不符合我国节能减排政策的需求。为了达到国家节能减排要求，在电煤可磨性不断变差的情况下，实现企业的可持续发展，使用和推广新的节能降耗新技术需求非常迫切。

1 高效磨球配比技术和新型台阶形衬板简介

高效磨球配比技术和新型台阶形衬板节能技术是根据对煤质破碎和研磨特性、球磨机工况、生产效率等多方面数据，在采用高品质磨球——铬锰钨系抗磨磨球和新型台阶形衬板，并通过磨球级配技术、衬板波形设计技术，提高磨煤机内磨球的工作效率和能力，从而在减少装球量的情况下，提高磨煤机的制粉出力，降低磨煤机的制粉电耗。

2 高效磨球配比技术和新型台阶形衬板节能技术的主要内容

2.1 煤质检测

煤质检测主要是检测煤等物料的破碎和研磨特性。由红宇新材自主研制的检测设备检测煤质所需的破碎功、研磨功和易磨性，综合了解和把握煤质特性，指导磨球级配中大直径磨球、小直径磨球的规格和比例，然后通过分析煤质的特性，准确进行磨球配比。作为磨球配比的重要依据，在取样中应准确取出典型煤质。

2.2 高效磨球

高品质磨球的技术特点需要磨球的表层硬度和芯部硬度一致，且耐磨性优良，红宇新材拥有的铬锰钨抗磨铸铁磨球就具备上述技术特点；铬锰钨抗磨铸铁材料是红宇新材具有独立知识产权的产品——获得国家发明专利授权，荣获国家重点新产品称号。

铬锰钨系抗磨铸铁材料拥有高合金含量，Cr+Mn+W在20%以上，通过高合金含量，保证了材料的淬透性和耐磨性，并通过锰、钨两种合金元素的交互作用，细化了材料组织中的碳化物晶粒，使磨球耐磨性和抗冲击能力良好匹配，这样确保了铸件的表层硬度和芯部硬度一致，在磨损过程中，表层的磨损速度和芯部的磨损速度一致，保证了磨损均匀性。

使用该材料铸造的磨球，具备以下特点：耐磨质点数量得到保证，磨球具备高耐磨性；中心及表层金相组织和晶粒度均匀一致，使磨球的磨损均匀，失圆率大幅下降；碳化物和基体相互保护，使磨球耐磨性和抗冲击能力匹配良好，破碎率大幅度下降；正是磨球具备上述特性，使高品质磨球能够减少装球量，保持磨球在使用周期内的使用寿命，从而提高磨煤机的研磨效率和降低磨煤机制粉电耗。从图1可清晰地看出铬锰钨抗磨铸铁磨球与其他磨球使用6 000 h后的失圆情况对比，铬锰钨抗磨铸铁磨球使用6 000 h后仍然保持球体形状，从而保证了研磨效果和研磨效率。而其他磨球在使用6 000 h后基本已经失圆，从而无法进行有效的研磨，必须进行更换。

2.3 台阶形衬板

高效磨球配比技术和新型台阶形衬板节能技术所用的筒体衬板为台阶形波峰，其参数根据磨煤机的设备参数、煤质特性、制粉要求等数据进行专门设计，使得物料粉碎各影响因素实现最佳匹配，最大程度地利用球磨机筒体的旋转动能，实现最佳粉碎效果。该台阶形衬板主要有以下两个独特的设计。

图1 铬锰钨抗磨铸铁磨球和其他普通磨球的对比图

2.3.1 台阶形设计

台阶形衬板的波峰由3个台阶构成，每个台阶的侧面用来阻止小直径磨球与衬板的切向相对运动，使小直径磨球只与台阶的顶面产生短距离的摩擦；每个台阶的顶面，支撑小直径磨球堆积到一定高度，使大部分大直径磨球只能接触到小直径磨球而与波峰隔离；每个台阶的顶角，使接触到的大直径磨球沿顶角滚动，变滑动摩擦为滚动摩擦，并且大直径磨球接触不到台阶的侧面，难以接触到顶面。由此，台阶形波峰得到有效的保护，磨损大为减轻，解决了波峰形状不能长期稳定的技术难题，保证了衬板的带球高度长期稳定。图2为台阶形衬板的工作原理图。

2.3.2 可拆卸设计

可拆分式台阶形衬板包括波峰部件、底板部件、锥形沉头螺栓几部分，波峰和底板部件上设有锥形螺栓孔，锥形沉头螺栓穿过波峰、底板、球磨机筒形外壳，通过螺母旋紧定位，将波峰及底板部件固定在筒形外壳上。可拆分式台阶形衬板，将波峰部件和底板部件分开制作并通过螺栓组装在一起，这样拆装螺栓，就可以单独拆装波峰部件，实现波峰快速更换，减少球磨机的停机时间及更换衬板的工作量。同时，单独更换波峰减少了由于波峰失效而连带更换衬板底板而造成的材料浪费。图3为台阶形衬板波峰和底板组装示意图。

图2 台阶形衬板的工作原理

图3 台阶形衬板波峰和底板组装示意图

3 关键技术与创新点

煤质检测技术：自主研制了煤质检测设备和装置，能够检测出煤质综合性能指标。

合金化等关键技术：采用合金化等关键技术开发了一种铬锰钨系抗磨铸铁用于制造磨球，使磨球失圆率降低、耐磨性提高，大幅度提高了球磨机的研磨效率，在显著减少磨煤机装球量的同时，提高了磨煤机出力。

高效磨球配比技术：依据煤质检测数据、设备参数、制粉要求等，设计适应当前应用工况下的磨球配比方案，在当前工况条件下，可提高磨煤机的出力和改善制粉细度。

合金化成分设计技术：采用合金化成分设计技术研发出了锰钒钛系耐磨铸钢材料，在系统分析磨煤机工作过程和机理的基础上，自主设计制造了可拆装台阶形波峰结构和带减速筋、分级筋的底板，提高了衬板的使用寿命和制粉效率。

台阶形筒体衬板设计技术；台阶形衬板可“卡住”相应规格的磨球，被“卡住”的磨球构成动态波峰，带起其他磨球，使大量大直径磨球与动态波峰接触，磨损与其接触的“被卡住”的磨球，被“卡住”的磨球在台阶面上进行短距离的滚动磨损，这样台阶被保护，延长衬板台阶的使用寿命；台阶形衬板显著的技术特点是能够大幅度增加做有效功磨球数量，增加磨球的冲击破碎能力，从而可大幅度提升磨煤机的制粉能力，降低制粉电耗。

4 2012—2013年1号炉、2号炉A、B磨煤机节能改造后效果分析

在2012—2013年2年时间内对1号炉、2号炉A、B磨煤机进行了高效磨球配比技术和新型台阶形衬板的改造，改造前、后的数据对比见表1、表2。

原先使用的磨煤机钢球为ZGCr12普通高铬球，每年补加钢球264 t，平均钢球消耗为130 g/t，每吨钢球的价格为8 000元，全年采购钢球的费用约为211.2万元。

若采用高性能抗磨铸铁钢球，A、B磨煤机初装球60 t，调整球5 t，磨球17 000元/t，筒体衬板1套，每套73万元，安装费用9万元，单台炉合计385万元。2台炉磨煤机改造费用为770万元。

改造后，A、B磨煤机钢球初装量可由目前的74 t降为60 t，可减少钢球装载量19%，A、B磨煤机出力预计达70 t/h（R90煤粉细度≤10%），运行电流可由目前的144 A降为不大于115 A，单耗由23.2 kW·h/t下降到15 kW·h/t，C磨煤机出力控制在50 t/h，电流≤125 A，同时C磨运行时间大大减少（平均每天减少10 h），磨煤机厂用电率可降到1%。单台炉改造后预计年效益达244万元（1kW· h按0.3元计算），2台炉改造后预计年效益达488万元。

另外，A、B磨煤机球耗可由目前130 g/t降到70 g/t，球耗可下降46.15%，A、B磨煤机补加钢球数量可由176 t降为96 t，费用为163.2万元，再加上C磨煤机补加钢球费用，全年费用为233.6万元，略有增加。

改造后可有效治理磨煤机筒体及端面漏粉现象的发生，每年减少人工维护费用和浪费的煤粉费用约10万元。总的算来，单台炉改造后预计年效益达231.6万元，2台炉改造后预计年效益达463.2万元，1年半可收回投资。

表1 1号炉A、B磨应用节能技术前后对比数据

5 试验结论

表2 2号炉A、B磨应用节能技术前后对比数据

高效磨球配比技术和新型台阶形衬板节能技术是根据对煤质破碎和研磨特性、球磨机工况、生产效率等多方面数据，采用高品质磨球——铬锰钨系抗磨磨球和新型台阶形衬板，并通过磨球级配技术、衬板波形设计技术，提高磨煤机内磨球的工作效率和能力，从而在减少装球量的情况下，提高磨煤机的制粉出力，降低磨煤机的制粉电耗。

高效磨球配比技术和新型台阶形衬板节能技术，能够更大地提高磨煤机设备的安全性和经济性，大幅度降低磨煤机单耗和厂用电率，达到节能降耗的目的，值得大力推广和应用。

Effect Analysis on the Energy-conservation M odification of Steel Ball and Lining Board of Double-inlet and Double-outlet Coal M ill

LIYanqing1，CHENGW eiguo1，YANG Dazhe2
（1.Guodian Yuci Thermal Power Co.，Ltd.，Jinzhong，Shanxi 030600，China;2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The energy-conservationmodification schemes of tubemill and lining board of No.1 and No.2 boilers in Guodian Yuci Thermal Power Co.，Ltd.are discussed，and the currentand the outputof the coalmillaftermodification are explored.Itdeeply analyzes theeffective ratio ofgrinding ball technology and the influence of the new step-form lining board on the unitconsumption ofcoalmill，and theenergy conservation effectaftermodification isanalyzed aswell.Itpointsout that the effective ratio ofgrinding ball technology and the new step-form lining board technology could greatly improve the safety and economy of coalmillequipment，reduce the unitconsumption ofcoalmilland auxiliary power consumption rate,achieving the goalofsaving energy and reducing consumption，which isworthy ofwidely applying.

coalmill；energy conservation；chromiummanganese tungsten grinding ball；step-form liningboard

TK223.25

B

1671-0320（2015）01-0062-04

2014-11-28，

2015-01-08

李彦庆（1970），男，山西襄汾人，1992年毕业于河海大学机械学院热能动力专业，工程师，从事锅炉检修、维护的技术管理工作；

程卫国（1970），男，山西孝义人，1991年毕业于大同电力技校、2013年在太原电力高等专科学校函授进修，助理工程师，技师，从事锅炉制粉系统的维护、点检工作；

杨大哲（1983），男，河南南阳人，2009年毕业于山东大学热能工程专业，硕士，工程师，从事电力信息化研究工作。