风扇磨煤机改轻型打击轮后的性能研究

刘柏林 孟凡荣 孙英臣

摘 要：风扇磨煤机的通风量直接影响其出力。运行证明，风扇磨煤机的研磨出力富裕度较大，其出力主要由通风出力决定。文章主要论述风扇磨煤机由重型打击轮改为轻型打击轮后，对磨煤机通风出力及相关参数的影响。

关键词：风扇磨煤机;打击轮;风量;寿命;启动时间

中图分类号：TK224.1 文献标识码：A

1 原理及结构

1.1 风扇磨煤机结构及原理

风扇磨煤机是燃煤电站中为锅炉提供燃料的制粉破碎设备，集制粉、输粉、干燥三种功能于一身。原料煤与干燥介质经干燥段落煤管进入磨煤机期间充分混合。干燥介质蒸发掉原料煤部分水分，得到初步干燥。原料煤进入风扇磨后，其粉碎过程可分解为两步：一是在干燥介质的热量作用下，煤的外在水分被蒸发，煤颗粒体积由于失去水分发生收缩。由于煤颗粒的内部收缩比外部收缩慢，因而产生内部应力，进而导致煤颗粒表面产生裂纹，直至完全破裂，此现象被称为干燥破碎;二是煤颗粒在风扇磨内受到旋转打击轮的高速冲击产生破碎，并被抛到风扇磨周向衬板上破碎。在流动气体介质的带动下，破碎的煤粉粒沿圆周方向螺旋护板做环流运动，大的粉粒由于自重而从气流中分离出来，重新进入打击破碎区域，又被抛到周向衬板上，这种反复的循环过程被称为“撞击破碎”。

原煤颗粒由于不断破碎，其新的表面水分不断蒸发，进而表面又重新产生龟裂，有利于再一次的撞击破碎。经过这两种破碎方式的交替进行，将原煤颗粒破碎到一定的粒径。风扇磨其自身结构具有低效风机的功能特性，通过其送风功能将上述两种综合作用破碎，达到一定粒径的煤粉送向磨煤机上部。在上部分离器内进行惯性分离及重力分离，合格的粉粒经输粉管道送往锅炉，经燃烧器后进入煤粉锅炉燃烧，分离出来的粗粉经回粉管返回风扇磨内重新破碎。

风扇磨煤机主要由检修关断用插板伸缩节，连接落煤管和改变输送方向的大门，打击破碎的打击轮，包裹打击轮并承载分离器重量的机壳，煤粉分离用的分离器（上、下节），连接电机和打击轮并承载打击轮悬臂重量的轴承箱，固定打击轮的轴端固定装置，密封打击轮前后盘的密封装置，连接电机和轴承箱的联轴器，连接轴承箱和基础、并承载轴承箱重量的轴承箱底座、基础等装配部件组成。

1.2 轻型打击轮特点

打击轮是风扇磨煤机内部对原煤进行破碎的关键部件，安装在磨煤机轴承箱主轴的悬臂端。轻型打击轮由前盘、后盘、焊接结构的联接梁[1]、堆焊耐磨打击板、前、后盘衬板（用于防止前、后盘内侧磨损）、护环（用于防护后盘磨损）、挡块（用于固定打击板）等件组成。轻型打击轮的结构特点如下。

以高韧性材料为基体，采用合理的堆焊工艺，制造出表面附有耐磨材料的复合打击板，有效提升了整体打击板的耐磨强度。同时，内打击板设计为异形打击板，在易磨损处做了局部加强，有效保证了打击板的使用寿命。

轻型轮是在保证原设安全系数的情况下，提高部件的材料性能，改变轮盘等部件的几何尺寸，对前、后盘、打击板、联接梁都进行减薄设计的轻型结构。结构上，打击轮前后盘、联接梁、打击板采用了止口的连接结构，加强了结构强度。材料上，前、后盘采用组织性更好的9NiMn5材料进行焊接，联接梁也由铸造形式更改为性能更好的钢板焊接形式[1]。经过轻量化设计后，轻型打击轮的前、后盘厚度比较重型打击轮减薄约35%，内外打击板的重量减轻近40%。在相同工况下，其转动惯量大幅度下降，从而降低了磨煤机电耗。

由于轻型轮因各部件减薄，联接梁也变小，轮体通流面积增大（增加约20%），磨煤机通风效率也会相应增加，从而提高制粉效率。

2 使用情况对比

霍煤鸿骏铝电电力分公司的100MW锅炉，为武汉锅炉厂生产制造的WGZ-410/9.8-13型单锅筒，具有自然循环、Ⅱ形布置、平衡通风、风扇磨直吹式制粉系统、六角切圆燃烧方式、固态排渣、全钢板架、悬吊结构等特点。每台炉配备6台FM275.550型风扇磨煤机（5台运行、1台备用）。

电力分公司150MW锅炉为武汉锅炉厂生产制造的型号为WGZ480/13.7-5型锅炉，单锅筒具有自然循环、一次中间再热、Ⅱ形布置、平衡通风、紧身封闭、风扇磨直吹制粉系统、六角切圆燃烧方式、尾部双烟道烟气挡板调温、固态排渣、全钢构架、悬吊结构等特点。每台炉配备6台FM275.755型风扇磨煤机（5台运行，1台备用）。

2.1 原结构存在的问题

通过系统运行画面以及运行人员反馈，所用煤质与设计初期煤种变化后，风扇磨煤机磨损后期提升压头偏小，风扇磨煤机在高负荷运行时各个参数接近极限数值，余量较小。

原打击轮的结构为老式重型打击轮结构，主要存在的问题有：打击轮后盘使用寿命短，原煤经大门轴向进入磨煤机，由于大门内侧匀流环的导向作用，煤流对后盘轮毂与轮盘交接处造成冲刷磨损，长时间的磨损使该位置形成环形的沟槽，造成后盘强度降低，不仅会影响后盘使用寿命，而且会造成运行安全事故;前后盘处护圈磨損严重，使用寿命约为2000h;打击板使用寿命短，使用寿命约为2200h，每年需要进行3～4次的检修维护。

原风扇磨煤机采用的重型打击轮转动惯量较大，在磨煤机启动时电流较高，对主电机的鼠笼条有一定的伤害，影响电机使用寿命，同时也是对能源的一种浪费。

2.2 改造措施

将重型打击轮改为轻型打击轮，并对磨煤机打击轮及内部易磨损位置做优化变更：去掉原大门内侧的匀流环，避免煤流对后盘轮毂与轮盘交接处造成冲刷磨损;在打击轮内侧增加护环，对后盘盘面起到保护作用;将前、后盘的厚度由原来重型轮的100mm改为65mm，打击板厚度改为50mm，并在打击板表面堆焊一定厚度的堆焊耐磨层，以保证打击板的使用寿命;前、后盘与联接梁、打击板的结合方式，由以前的止口形式改为现在的燕尾槽形式;为了方便更换前、后盘背筋，将背筋的连接方式由焊接改为螺栓连接;在大门内侧增加梯形落料板，保证内打击板磨损更加均匀，延长内打击板使用寿命。

本次共计改造6套风扇磨煤机轻型打击轮，分别为3套FM275.550型风扇磨煤机打击轮，3套FM275.755型风扇磨煤打击轮。为了增加风扇磨煤机的携粉能力，改造后的轻型打击轮，在保证回装和稳定运行的前提下，减轻打击轮的重量，增大通风截面。同时，改善易损件的材质，提高打击轮的使用寿命。

2.3 改造前后对比

2.3.1 改造为轻型打击轮、增大通风截面积、减轻打击轮重量

FM275.550型风扇磨煤机改后的打击轮重量由原来的10 950kg变为8 093kg（重量减轻了26%），前、后盘的内侧间距由原来的755mm变为825mm（增加了9%）;FM275.755型风扇磨煤机打击轮重量由原来的11 915kg变为8700.4kg（重量减轻了27%），前、后盘的内侧间距由原来的550mm变为620mm（增加了13%）。

风扇磨煤机的通风特性可按离心风机理论来计算，即结构相似、不同直径风扇磨煤机之间，流量系数及压头系数皆分别相等原则。式中：

ф-风扇磨流量系数;ε-风扇磨压头系数;Qm-风扇磨的通风量，m3/s;ΔPm-风扇磨进出口压差，Pa;ω2-轮盘外边沿线速度，m/s;n-转速，r/min;A2-轮盘外缘面积，m2，A2=лd2B;D2-轮体外径，m;ρ-介质密度，kg/m3;B-有效宽度，m;

不同直径、几何相近的风扇磨通风量和压头存在以下关系：

按上述理论计算，打击轮的通风量Q与有效宽度B成正比，改造后的轻型打击轮风量较改造前可提高约9%～13%左右。

改造后的打击轮重量较改造前减轻了约26%～27%，转动惯量也相应地减少。所以，磨煤机的启动电流也会相应降低，起到节能降耗的作用。虽然改造后的打击轮变轻，但同时磨煤机的风量又有很大提升，所以运行电流在改造前后磨煤机的电流数值变化不大。

2.3.2 易损件材质及结构的提升

前、后盘联接梁原设计为铸件，改造为16Mn钢板焊接结构，不易断裂，安全性增强;防止前、后盘盘面磨损，增加前后盘背筋，背筋采用螺栓连接，方便更换背筋;打击板材质改为堆焊耐磨材质，提高了打击板的使用寿命，改造前2200h，改造后3500h;增加打击轮防磨盘，改造后能更好地保护后盘，避免后盘与轮毂接触处磨损;改造风扇磨煤机大门，主要是在大门内部增加导流装置，从而让原煤均匀地到达打击轮工作面，避免局部磨损过快，提高打击板使用寿命。

2.3.3 减少磨煤机启动时间

磨煤机改造后，比改造前磨煤机的启动时间节省15s左右。改造为轻型打击轮后，重量减轻，启动时间大幅降低。虽然运行画面上无法显示启动电流值，根据启动时间推测，启动電流也会大幅降低。

3 结语

轻型打击轮比重型打击轮重量轻、通风能力强、堆焊打击板使用寿命长。改造为轻型打击轮后，提高了风扇磨煤机的通风出力，减少了磨煤机打击轮检修次数，可节省大量的检修时间及人力、物力。同时，也缩短了风扇磨煤机启动时间，降低了磨煤机启动电流。所以，轻型打击轮市场前景广阔。

参考文献

[1] 杨益，李雁博.“S”系列风扇磨煤机的改造[J].四川电力技术，2002（6）：24-25，32.