HP磨煤机磨损后期出力下降的分析

上海电气上重碾磨特装设备有限公司 上海 200245

1 问题描述

HP磨煤机广泛应用于火力发电煤粉锅炉领域,是火力发电机组的重要辅机之一。HP磨煤机具有结构紧凑、体积小、占地面积小、投资低、检修方便、煤粉均匀性好等优点。确保HP磨煤机稳定运行,尤其是确保HP磨煤机的出力稳定,对整个火力发电机组而言尤为重要。笔者通过对HP磨煤机磨损后期出力下降进行分析,通过结构和装置改进,起到改善出力下降率的目的。

HP磨煤机是当今主流中速磨煤机之一,最早起源于RP磨煤机,在RP磨煤机的基础上进行改进,成为现在的HP磨煤机。HP磨煤机具有制粉效率高、故障率低、检修方便等诸多优点。根据DL/T 5145—2012《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》,煤粉锅炉在燃用设计煤种时,需考虑在留有一台备用磨煤机的情况下,总出力不低于锅炉连续最大蒸发量工况燃煤量的110%[1]。同时,该出力需考虑在磨煤机磨损后期出力下降的情况。正常设计的MPS磨煤机,在碾磨件质量减小低于15%时没有变化。在质量减小22%时,将加载力增大10%,出力约为最大出力的95%。RP磨煤机和HP磨煤机磨损后期调整磨辊间隙后,出力约为初期出力的90%。可见,改善HP磨煤机的出力下降率是一个值得研究的问题,尚有很大的优化空间。

2 碾磨原理

应用HP磨煤机,将直径不大于38 mm的原煤经由连接至给煤机的中心给煤管送入旋转的磨碗中[2]。原煤落入磨碗后,在离心力的作用下沿径向向外移动至研磨环。由于径向和周向的移动,煤在可绕轴转动的磨辊装置下通过,加载装置产生的碾磨力通过转动的磨辊施加在煤上。磨辊装置使煤在磨辊下形成煤床,并在磨环与磨辊之间研磨为煤粉。在煤的研磨过程中,较小、较轻的煤粉被气态的输送介质连续从磨碗中吹起。输送介质有三个作用:① 将煤粉从磨煤机输送至炉膛;② 在磨煤机内提供必要的动力,使煤粉分离,控制出口煤粉细度;③ 被加热输送介质在煤粉的碾制过程中对煤进行干燥,使其易于研磨。输送介质由位于磨煤机上游的一次风机供给,一次风机提供正压。热空气从磨碗底部进入,在磨碗外径处的较小、较轻煤粉被气流携带向上,而重的、不易磨碎的外来杂物则穿过气流落入侧机体区域。外来杂物通过侧机体底板,由装在转动裙罩装置上的刮板装置扫离磨煤机。通过分离器的重煤粒直接返回磨碗,进一步碾磨为更小的煤粉[2]。较轻的煤粉被气流携带至分离器顶盖,进行第二级分离。在此处,弯曲的可调叶片使风粉混合物产生旋风运动,重煤粉失去动量,进而从煤流中降落。分离器分离出的较重煤粒经过内锥体返回至磨碗的研磨区域,锥体将磨煤机紊流区域的颗粒从分离器中分离出来,无紊流区域的煤粒在重力作用下返回磨碗。风粉混合物经过煤粉管，风粉分配均匀[4-8]。煤粉管将风粉混合物引入炉膛进行燃烧。

HP磨煤机具有独特的碗式磨盘和锥形磨辊结构,如图1所示。锥形磨辊和磨碗在空载时形成3～5 mm间隙。当负载运行时,原煤通过中心落煤管进入磨碗,填充磨辊和磨碗之间的间隙,形成煤床,同时抬升磨辊,压缩弹簧。弹簧给予磨辊装置一个反向加载力,原煤得以在磨辊和磨碗衬板之间碾磨。

随着机组的运行,碾磨区域的构件会不可避免地产生磨损,磨损的构件主要集中在磨辊辊套和磨碗衬板中。然而,碗式磨盘和锥形磨辊的特殊构造导致磨损并非呈线性分布,在磨辊辊套和衬板的某一特定区域,磨损尤其严重。磨辊磨损形式如图2所示。当设备处于磨损后期时,由于特定区域的严重磨损,导致局部区域煤床厚薄不一,加载力作用不均衡,从而导致出力下降。可见,如何尽量避免磨损区域的不均衡是改善出力下降率的关键。在设备检修维护中,可以在不修复辊套的前提下对磨辊和磨碗间隙进行缩小,磨煤机出力会得到一定程度的恢复。但由于磨损不均衡部位无法通过间隙进行调整,磨辊辊套和磨碗衬板之间存在较大空间,因此设备性能还是无法完全恢复。

图1 HP磨煤机碗式磨盘和锥形磨辊结构

图2 磨辊磨损形式

3 碾磨构件制造工艺

目前,HP磨煤机主要碾磨构件之一的磨碗衬板有两种主流制造工艺。一种是采用特殊调配的耐磨铸铁铸造而成,具有成批量后生产成本低,使用寿命长等优点。另一种是整圈衬板进行堆焊后再切割,这一制造工艺成本较铸造高,但能获得更长的使用寿命。

磨辊辊套是磨煤机的另一主要碾磨构件,目前在HP磨煤机上使用的磨辊辊套,其主流制造工艺为使用特殊的合金焊丝,在全自动埋弧焊焊机上进行堆焊制造。这一制造工艺能使磨辊辊套获得较长的使用寿命。

4 改善出力下降率的方法

4.1 改善磨辊辊套和磨碗衬板制造工艺

碾磨构件磨损如图3所示。在磨辊辊套磨损过程中,首先磨损的地方为区域A。而在区域B,辊套的金属材料几乎呈线性磨损。磨碗衬板在使用过程中,同样存在区域A和区域B磨损不均衡的问题。如果能同时解决磨辊辊套和磨碗衬板的线性磨损问题,那么就可以在磨煤机磨损后期通过缩小磨辊和磨碗之间的间隙来实现磨煤机出力的恢复。在磨辊辊套制造工艺方面,区域A通过工艺改进,使洛氏硬度(HRC)达到62左右;区域B通过工艺改进,使洛氏硬度(HRC)达到57左右。同样对于磨辊衬板,使用不同的堆焊工艺,使区域A和区域B产生硬度差。这样,在设备运行过程中,即可获得几乎线性的磨损曲线轮廓,对于磨煤机在磨损后期维持出力有非常大的帮助。

图3 碾磨构件磨损

4.2 改变磨辊装置加载力

在获得碾磨构件磨损线性均匀变化的基础上,相应增大磨煤机的加载力。碾磨压力越大,磨辊与磨盘之间的煤或煤粉越容易被压碎,同时可以减少碾磨次数。经过碾磨压碎的小颗粒煤粉被磨盘旋转离心力甩离,进入风粉气流输送通道被吹出[9]。增大加载力的目的是补偿实际作用在原煤上的加载力缺失。目前主流的HP磨煤机,其加载方式有弹簧变加载和液压变加载,其中弹簧变加载使用较广泛。当使用弹簧加载时,需要在设备停机时进行弹簧预加载力变更。而使用液压加载方式时,则只需要在分布式控制系统中进行系统压力的调节[10]。

5 结束语

通过对磨辊辊套和磨碗衬板制造工艺的改进,获得了理想的磨损曲线轮廓,再配合对加载力进行适当增大,可以将HP磨煤机磨损后期的出力下降率控制在5%左右,与其它中速磨煤机相同。这样做对于提高HP磨煤机的市场竞争力有非常大的帮助。同时,对于现有运行机组,普遍遇到实际使用煤质偏离设计煤种,导致机组带负荷能力下降的问题。针对这一情况,使用笔者所介绍的方法,同样可以恢复机组带负荷的能力。