中速辊式磨煤机运行参数测量与优化

魏明东

（湖北华电襄阳发电有限公司，湖北 襄阳 441000）

引言

磨煤机是目前电力、冶金、建材、化工等行业的主要制粉设备。其中在电厂中的应用更为广泛，是电厂重要的辅助动力设备，是电厂制粉系统的重要组成部分。其主要任务是将煤块破碎并磨成煤粉，提供给锅炉设备[1]。磨煤机的工作直接影响着整个机组的安全性和经济性[2]。在现代火力发电机组中，锅炉向大容量方向的发展，磨煤机成为制粉系统中被广泛应用的设备，它具有启动迅速、调节灵活、阻力小、单位磨煤金属磨耗小、结构紧凑、占地面积小及制粉系统简单、单位电耗低、噪音低等优点[3]。但传统的固定式磨辊加载系统由于磨辊加载力不能随磨煤机出力变化而变化，导致磨煤机出力降低，电耗增大，研磨件金属磨损大及磨煤机振动大等问题。

除了上述磨煤机在长期工作条件下会出现的问题之外，在计划更改系统工况、扩展系统容量的情况下[4]，也需要将制粉系统进行扩容，在不添加新的磨煤机的情况下，就要对现有的磨煤机加以改造以提高整体出力，因此磨煤机改造是目前大规模制粉系统节能改造中的研究热点[5]，也是目前最容易实现的技术手段[6]。本文将以改造磨煤机的方式对整个制粉系统加以改造，并在改造后通过数值模拟和实验两种方法来验证本次磨煤机改造方案的有效性。

1 系统基本介绍

本文选取案例机组为内蒙古某2×600 MW亚临界直接空冷机组，机组锅炉型式为亚临界参数、控制循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固体排渣、紧身封闭、全钢构架的π型汽包炉，锅炉燃烧器为摆动直流燃烧器，燃烧方式为四角切向燃烧。锅炉设计煤种为准格尔矿煤，校核煤种为晋北代表煤；锅炉最大连续蒸发量为2 059 t/h，保证热效率为93.16%（设计煤种）。

案例机组磨煤机为北京电力设备总厂制造的ZGM113G中速辊式磨煤机，最大通风量100.87 t/h，使用设计煤种时，磨煤机标准出力为64.66 t/h（R90=20%HGI=50，WY=10%）。案例机组每台炉配备6台磨煤机，5台运行，1台备用。

机组自投产以来，磨煤机实际燃用煤种的热值与设计煤种基本一致，但是水分和灰分与设计煤种相差较大，严重偏离磨煤机选型设计范围，造成磨煤机实际运行时出力大幅下降。同时，由于该机组未来可能会进行扩容改造已达到660 MW的容量，以目前磨煤机的实际状况，现有的磨煤机运行过程中无法达到扩容后的机组负荷要求，因此进行本次提高磨煤机出力的实验研究，从而使本机组的磨煤机能够满足机组扩容至660 MW后的“五运一备”的运行要求。因此，本文拟对案例机组进行磨煤机落煤管干燥风和磨盘吹扫风的改造试验研究，以提升磨煤机的出力。

2 改造方案介绍

2.1 落粉管干燥风改造

磨煤机分离器下锥体管被延长，一方面使得分离器分离出的粗粉直接与原煤混合，避免了分离器内部粗粉再次飞扬循环，另一方面粗粉直接回到磨辊主研磨区进行研磨，有效降低了通风风阻。另外，改造后的磨煤机在延长分离器落煤管管道上加装四组干燥流化风，增加了原煤干燥风，提高了原煤的可磨性。

2.2 磨盘吹扫风改造

磨煤机磨盘吹扫改造分成两部分，一方面在每一个磨辊研磨出口加装吹扫一次风管，风管喷嘴口向下，使得研磨合格的细粉经过扰动、扬起，由旋转一次风带向分离器；另一方面在靠近落煤管位置加装3个向上喷头，形成向上地旋转气流，气流扰动、吹扫、干燥原煤，将原煤中细煤粉进行分离，经分离器分离合格的煤粉经出口粉管进入炉膛燃烧器。特别地，在进行磨盘吹扫风改造时，需要综合考虑粉管研磨及固定问题。

3 改造后试验分析

基于案例机组磨煤机改造前后的理论分析，为了更好地深入了解磨煤机改造后的效果，本文拟对案例机组开展不同磨煤机对比试验、磨煤机分离器挡板开度特性试验、磨煤机开关落煤管干燥风和磨盘吹扫风试验及磨煤机最大出力试验等四个部分的磨煤机改造性能试验。

3.1 试验取样和归分方法

在试验计算过程中，需要详细知道煤样性能参数。试验取样采用平头式等速取样器，通过磨煤机出口每根煤粉管道上安装的取样点，按等截面法在每点抽取相同的时间，保持每一取样点取样器的内外静压平衡，从而保证所取的煤粉样具有较好的代表性。同时，在不同磨煤机对比试验中，不同磨煤机采集的煤样采用密封保存，缩制煤样尽快进行。

煤样的分析结果如表1所示，可以看出，在试验过程中，煤种的性质基本稳定，并没有产生明显的性质变化，基本可以消除煤种对改造试验效果的影响。

表1 磨煤机改造实验过程中煤粉取样结果分析

3.2 磨煤机基本性能分析

为了分析本次磨煤机改造项目的效果，在改造前后对磨煤机在煤量为50 t/h的工况下的运行参数进行了测定。在进行这一部分的性能测试时，磨煤机在相同时段并在相同的负荷要求下进行测试，实验过程中基本排除了其他因素的干扰，能够较为直接地反映本次改造项目对磨煤机的影响效果。在机组改造前后的实际运行测试中，磨煤机分离器挡板开度均稳定维持在49°，在此工况下对磨煤机煤粉的数据进行了性能测试对比，该磨煤机经过改造后，能够显著地降低磨煤电耗，改造后的磨煤机在运行过程中的煤粉细度也明显小于改造前的煤粉细度，磨煤机经改造后的折算出力也得到了显著的提高，因此本次磨煤机系统改造工程基本达到了预期的设计目标，磨煤机经改造后能够提供更大的出力并且有效减小自身用电的消耗。

3.3 磨煤机分离器挡板开度试验分析

在分离器挡板开度的实验中，保持改造后磨煤机的出力稳定在60 t/h，并保证通风量尽量不变且满足实际运行情况的要求。此外在实验过程中，保证磨煤机使用同一批次的煤种以维持磨煤机使用的煤质稳定，同时磨煤机的其他运行参数如一次风温度、入口风量、液压加载力等保持不变，以消除其他因素对实验结果产生干扰。当上述条件保持稳定后，解除给煤机自动工作程序，改为人工操作模式，逐步调节分离器挡板开度进行试验。

煤粉细度随分离器挡板开度的增加逐渐上升，并且R90与R200的变化趋势基本一致，R90从45°时的26.5%上升至65°时的40%，其中55°时达到最小值为26%。R200从45°时的9.3%上升至65°时的15.5%，其中45°时达有最小值为9.3%，其次是55°时有第二小值为9.4%。可以看出，挡板分离器在45°~55°的区间内变化并不是很明显，但当挡板分离器开度大于55°后，煤粉细度随挡板开度的增大而明显升高，因此单从煤粉细度上看，改造后的磨煤机在挡板分离器的开度介于45°~55°之间时有比较低的煤粉细度，因此在运行过程中改造后的磨煤机的分离器的挡板开度最好不要高于55°。

改造后磨煤机的电流、电耗与其折算出力随分离器挡板开度的变化的实验结果如图1所示。由图中曲线可以看出，随着分离器挡板开度的增加，改造后磨煤机的电流先升高后降低，但整体呈降低趋势。主要原因是因为随着分离器挡板开度的变大，改造后磨煤机的循环倍率降低，磨内煤量变少，改造后磨煤机的电流下降。改造后磨煤机的折算出力在分离器挡板开度介于45°与55°之间时变化不大，在分离器挡板开度为55°时改造后的磨煤机达到最大的折算出力，之后随着分离器挡板开度的增加，折算出力逐渐降低。折算出力降低的原因为可以归结为以下几点，随着分离器挡板开度的增大，磨煤机内的煤粉细度逐渐增大，磨煤机的煤粉细度能够直接影响磨煤机的折算基本出力，煤粉细度越大，折算基本出力越小。改造后的磨煤机电耗随分离器挡板开度的增加呈现逐渐降低的趋势，主要原因是随着分离器挡板开度的增大，磨煤机内循环倍率会逐渐减小，并且随着煤粉细度的增加，煤粉在磨煤机内部停留时间会明显缩短，因此改造后磨煤机的电耗会有所下降。

结合上述分析并结合各项参数的对比可以基本确定，改造后的磨煤机的分离器的最佳挡板开度可以确定为55°，改造后的磨煤机在分离器挡板开度为55°的情况下，具有最低的电耗，最小的煤粉细度，并且有最大的折算出力。

3.4 磨煤机最大出力试验

为了找出目标磨煤机改造后的最大出力及各项参数情况，进行了磨煤机给煤量试验。试验期间维持目标磨煤机分离器挡板开度为55°并保持不变，磨煤机进口风温基本一致。试验结果如表2所示。

表2 磨煤机最大出力试验

可以发现，随着磨煤机给煤量的逐渐增大，煤粉细度逐渐降低，给煤量在70 t/h时，R90=54.01%；同时，磨煤机出口温度逐渐降低，与露点温度的差值进一步减少。本次试验最大出力停留在给煤量为70 t/h，主要原因为一方面考虑到煤粉细度过大会影响到锅炉的正常燃烧；第二方面，该工况下磨煤机出口温度高于露点温度3.08℃，进一步增大存在堵管的风险。结合试验的实际过程发现，磨煤机改造完成后可长期稳定在65 t/h下运行，此时将磨煤机出力折算到设计煤种后，折算出力为74.1 t/h，达到磨煤机的最大出力，因此建议正常运行过程中，水分大于20%时，磨煤机给煤量不要超过65 t/h。

4 结论

1）在煤量为50 t/h的工况下，改造后的磨煤机磨煤电耗比改造前的磨煤机电耗低1.07 kWh/t；改造后的磨煤机煤粉细度小于改造前的磨煤机；磨煤机改造后的折算基本出力比磨煤机改造前高2.3 t/h左右。

2）磨煤机分离器挡板特性遵循常见中速磨煤机的特点，由于分离器挡板本身的原因，在55°时达到最佳效果；

3）磨煤机可长期稳定在65 t/h左右运行，此时折算出力为74.1 t/h，达到磨煤机的最大出力。