HP 型中速磨煤机综合提效治理方法研究

盛曦葵

（浙江大唐能源营销有限公司，浙江 杭州310016）

1 概述

目前国内新建及大容量燃煤发电机组制粉系统主流配套设计为HP 碗式中速磨煤机，该型号磨煤机是上海重型机器厂在引进RP 系列磨煤机基础上又向ABB-CE 公司引进了全套HP 系列碗式中速磨煤机设计和制造技术进行国产化生产的。根据该磨煤机的设计参数、运行情况和磨损程度，以及实际运行和日常维护的情况来看，设备整体及衬板、辊套等部件通过周期2 年的大修定期更换或修复可以满足设备安全运行的要求。但是，在设备使用过程中也存在一些因设计或实际情况而产生的突出问题，需要进行研究、改进，以保证机组运行的可靠性，降低设备维护费用。

2 设备概况

乌沙山发电公司4*600MW机组采用中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统，每台锅炉配备6 台上重HP1003 碗式中速磨煤机，每台磨煤机带锅炉的1 层燃烧器，磨煤机运行参数见表1。以神府东胜煤作为设计煤种，以大同塔山煤作为校核煤种，可磨系数（HGI）为55，设计煤种煤粉细度R90=18%，煤粉水分为4.5%，入磨煤粒度小于35mm。

磨煤机设备的工作环境差，磨辊周围充满煤粉颗粒，原设计密封风压较低且密封方式不当，加之磨辊装置检修的质量问题，导致磨辊装置轴承箱易进粉，致使润滑油质恶化，磨煤机振动增大，磨辊的振动又加快了密封圈进一步损坏，如此产生恶性循环，大多磨辊装置骨架油封的使用寿命达不到22000h 的设计要求，最终出现磨辊轴承损坏、磨辊停转等问题。更换磨辊需使磨煤机强制退出运行且检修时间较长，降低了机组运行的安全可靠性。磨煤机的振动还有可能对减速机等其他部件造成损伤，磨辊轴承价格也较为昂贵，检修过程中需要动用起重、焊接等特种作业，整个检修维护环节占用了大量人力、物力。

表1 HP1003 磨煤机运行参数

3 问题分析及治理方法

3.1 磨辊装置密封风系统改造

3.1.1 原磨辊装置密封风系统设计缺陷。磨辊装置轴承箱密封风设计不合理，使得轴承箱进粉、密封装置损坏成为影响磨煤机安全、可靠、经济运行的主要问题之一。

HP 碗式中速磨煤机是通过磨辊与磨盘不停碾磨，再由分离器的筛选制出合适细度的煤粉，由一次风携带入炉膛燃烧。由于在碾磨过程中，磨辊头需要不停的旋转，就必然存在动静磨损的问题，因此磨辊装置结构上设置了油封与磨辊轴耐磨套作为磨损面。另外，为了延长其使用寿命同时设计了磨辊衬板和磨辊密封风，其部分目的就是降低磨辊密封处的煤粉浓度、减少煤粉进入轴承箱的概率。但磨煤机磨辊装置原有的密封风设计在磨辊外部，设计原理是将磨辊轴封处的煤粉吹散，但是实际运行过程中密封风在将煤粉吹走的同时，有可能将煤粉吹到密封圈内，这些细小坚硬的煤粉渗入磨辊装置的密封面更加剧了油封和耐磨套的磨损，发生油封损坏、磨辊轴承箱进粉油质变差，若检查不及时甚至损坏磨辊轴承、造成磨辊停转。

四台机组以往每年至少更换磨辊装置12 套，设备维护费用消耗巨大，而且更换磨辊是磨煤机检修维护中较为繁重的工作之一，更换一个磨辊至少需要5 个工人工作20 个小时，作业过程中还涉及到大量起重工作，有相当大的难度和危险性，有时因为设备退备时间较长还易造成机组负荷受限。

3.1.2 创新优化解决方法及其先进性。在磨辊轴端面加油孔上方沿轴向钻一个Φ10 的孔（如图1），并从骨架油封的油封和灰封（约有30mm的宽度）中间的位置径向垂直引出，同时打穿耐磨套，使压缩空气可进入油封和灰封中间形成高压风环，磨辊头为全封闭结构，因而压缩空气只会从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30KPa）。通过对磨辊轴及轴承箱密封方式和结构的创造性改造，使压缩空气可进入油封和灰封中间形成高压风环，并只能向磨辊外出风，改变了磨辊装置轴承箱原有不合理的密封形式，有效防止煤粉等颗粒进入磨辊轴承箱，从根本解决了该问题。

图1 磨煤机磨辊轴改进示意图

3.2 叶轮装置喷口的结构优化

3.2.1 原叶轮装置喷口设计存在的缺陷。由于煤炭资源紧张或不平衡，火电厂实际使用的燃料与设计煤种偏差很大，通常需要进行配煤掺烧，但由于叶轮装置存在设计性缺陷，喷口处形成漩涡、局部损失大，严重影响了一次风速、对不同煤种的适应性能较差，不及时调整易造成磨煤机出力不足的问题。

叶轮装置原设计是根据不同煤质情况和运行效果在喷口处加装或调整空气节流环，用来满足磨煤机正常运行通风要求，空气节流环与叶轮装置立面形成了90°直角空间，热风流经喷口处时形成漩涡、局部损失大，严重影响了一次风速，存在较大的优化空间。

3.2.2 创新优化解决方法及其先进性。在叶轮通流孔内、外侧加焊弧型导流隔板（如图2，δ=10mm 锰钢板），使叶轮的通流孔处形成流线型渐缩通道，使一次风畅流以减少气流局部压强损失。通流孔剩余空间的剖面距离为50mm，以保证当流量Q=102knm3/h 时，流速达到V=64.5M/S（经过计算得出通流面的剖面距离为50mm）。改造前的局部损失系数ξ=0.5*（1-A2/A1），约为0.35 左右；改造后的的局部损失系数ξ 随着进口的圆滑程度而大大降低，对于圆形匀滑的边缘，ξ 在0.02-0.04 之间，但由于叶轮装置叶片不可改造，因此此处的局部损失系数ξ 约为0.1 左右。利用流体运行规律，通过在叶轮通流孔内、外侧加焊弧型导流隔板，使叶轮的通流孔处形成流线型渐缩通道的优化，使一次风畅流以减少气流局部压强损失，改造后的局部损失系数大大降低。

图2 叶轮装置改造前后对比示意图

4 成果实施及应用效果介绍

4.1 设备性能提升

我公司#1-#4 机组24 台HP1003 磨煤机进行了综合提效治理改造研究，多年来对设备实际运行情况观察的实践证明，通过加装磨辊气密封、叶轮喷嘴渐缩改造，磨煤机运行情况良好，对各个磨辊轴承箱的油质油位检查情况良好，未发生因磨辊装置密封损坏引起的缺陷，设备退备次数明显减少，可靠性显著提升，同时大大减轻了检修维护人员的工作量和劳动强度，降低了设备的维护费用。

另外，通过对叶轮装置喷口进行结构改进，原本在风环喷口处形成较强的紊流，现将不规则的喷嘴改为渐缩型，减小紊流，降低系统阻力，提高风环风速，增强磨煤机的带负荷能力，改造前最大出力50t/h，改造后最大出力55t/h。主要是因为风环改造提高了通过风环一次风的风速，减少了一次风压强损失，改造后可应对各种不同煤质的要求，为电厂经济配煤掺烧提供了有力保障。

4.2 经济效益显著

4.2.1 磨辊装置密封风系统改造。磨煤机磨辊装置检修成本较高，HP1003 型中速磨煤机磨辊装置骨架油封约6000 元/套，耐磨套约3000 元/个，磨辊轴承约50000 元/套，磨辊装置的检修人工费为9000 元/套，根据乌沙山发电厂磨煤机以往检修维护情况来看，四台机组每年至少更换磨辊装置12 套，一年因磨辊密封装置损坏而检修、更换备件的费用约为45 万元，磨辊装置加装密封风改造每台炉的材料、人工费为4 万元，全厂4 台机组改造总计16万元，不到半年即可收回成本，经济效益显著。

4.2.2 叶轮装置喷口优化改造。从提高磨煤机出力、增强经济配煤掺烧角度考虑，叶轮喷口改造材料、人工费全厂4 台机组改造总计50 万元。

（1）石子煤排量减少，石子煤热值降低。风环改造前后，各取十天为试验标本，改造前石子煤排量平均为6t/8 小时，改造后石子煤排量平均为5t/8 小时；改造前石子煤化验热值为3700cal/g，改造后石子煤化验热值为3000cal/g。改造前后全年节省燃煤总价为：

G＝（6*3700/7000-5*3000/7000）*3*365*845＝95.3 万元

（2）入炉煤所需热值降低，对于掺配煤具有重要意义。风环改造前，为了满足氮氧化物达标排放，不限制机组负荷，入炉煤热量均值为5100cal/g，改造后同样条件限制下，入炉煤热量均值下降为4900cal/g。经设备部、燃料部统计计算，这两种煤的标煤单价相差20 元/t。

以09 年全年耗煤547 万吨，全年入炉煤热量均值为5153cal/g来计算，理论上风环改造可以节省开支为：

G＝20*547*5153/7000＝8053 万元

该计算取决于实际掺配煤情况，实际效果将低于理论效果。

（3）磨煤机风环阻力降低，降低风机单耗。理论上风环改为渐缩喷嘴式之后，减少局部紊流，降低通风阻力，但实际数据表明，阻力降低有限，风机单耗下降并不明显。改造前的局部损失系数ξ=0.5*（1-A2/A1），约为0.35 左右；改造后的的局部损失系数ξ随着进口的圆滑程度而大大降低，对于圆形匀滑的边缘，ξ 在0.05-0.06 之间，但由于叶轮装置叶片不可改造，因此此处的局部损失系数ξ 约为0.1 左右。

（4）磨煤机容量增加。磨煤机最大出力从改造前的50t/h 升高至55t/h，但从改造前后的数据来看，同样磨煤机台数的时候，磨煤机单耗几乎不变，原因是风环改造的作用仅仅是提高风环风速，而磨煤机本体并没有实质性的改变，因此单耗没有本质改变。但是风环改造引起的出力变化可能改变部分负荷段的磨煤机运行台数，从而降低磨煤机单耗和风机单耗，可以从全年统计结果来体现。

（5）磨煤机启停节点适当推后，氮氧化物排放压力减轻

磨煤机风环改造后，随着磨煤机容量的提高，只要入炉煤热量均值大于4900cal/g，五台磨煤机就能带满负荷，氮氧化物达标排放压力大为减轻。由于风环风速提高，低负荷时，一次风量可以进一步降低，合适的风煤比也能保证低负荷时的氮氧化物达标排放。

5 成果应用范围及推广前景预测

针对HP 型磨煤机多年来国产化应用后出现的问题，结合实际设备运行要求，公司积极组织专业进行沟通研讨，研究制定设备改造方案，通过改变磨辊密封风的形式结构，使压缩空气在原机械密封中间形成高压风环，有效防止了煤粉等颗粒进入磨辊轴承箱；对叶轮喷口结构进行改进，喷口形成渐缩式过渡减少局部损失有效提高了一次风速、增加磨煤机出力及碾磨不同煤质的适应能力。

该研究成果改造施工方便、工作量小，改造时间短，结合磨煤机检修就可实施应用，我公司24 台磨煤机均已完成了改造工作、且实践效果显著。同时，该项成果可适用于HP 型系列磨煤机的所有型号，对磨煤机出力、煤种适应能力、磨辊轴承箱密封性能的提升将取得显著效果，设备可靠性大幅提高，经济性收益丰厚，行业推广前景及市场巨大。