磨煤机出力的影响因素及改善措施

北京电力设备总厂有限公司 张治锋 孙 明 王 皓 黄金龙 杜永旭 姚盼亮

磨煤机负责为燃煤锅炉提供合格的煤粉，是燃烧系统的重要组成部分，其研磨分级后的合格煤粉送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧。目前所有热电厂均采用直吹式制粉系统，主要将磨煤机研磨后的合格煤粉直接吹入炉膛，磨煤机的出力就是锅炉的燃煤量，制粉系统与锅炉之间一直保持着物料的供需平衡。因此，如果锅炉的负荷发生变化后，可采用调节或改变给煤量的方法来控制磨煤机的出力，同时在锅炉高负荷运行时，磨煤机出力需要进一步增加，在原设计煤质情况下，磨煤机出力能够达到锅炉系统的动态平衡。由于后期磨煤机系统和燃用煤质的改变，其出力不能够满足原设计的水平，对锅炉的负荷造成巨大的冲击。

磨煤机作为电厂锅炉前端的制粉系统，其出力的大小直接制约着锅炉的燃烧水平。随着磨煤机运行时间的增加和煤质发生了变化，磨煤机的出力较原设计降低，磨煤机机组需要全部开启，无备用磨煤机，有很大的安全隐患。为了详细的分析影响磨煤机出力的因素，我公司通过对多个现场的磨煤机的运行情况来进行合理分析及调整，其影响因素主要包括原煤参数，一次风量及风温，旋转喷嘴环及磨辊装置的磨损等，借此以更好的指导工业生产。根据目前多个现场反馈的情况来看，磨煤机的出力在后期大大的衰减，其出力降低的原因各不相同，本文主要介绍磨煤机出力降低的分析和改善措施。

1 概述

在国内，各类磨煤机的运行原理几乎相同，以ZGM型磨煤机为例，原煤经过落煤管进入到磨煤机内部的旋转的磨盘，在加载力的作用下，通过磨辊对磨盘衬板的相互作用，将磨盘上的原煤进行挤压、研磨和成粉。煤粉在一次热风的作用下被干燥，合格的煤粉通过分离器进行分离，不合格的煤粉重新返回磨盘进行再次碾磨。磨煤机总体示意图如图1。

图1 磨煤机总体示意图

理论上，影响磨煤机的出力主要是碾磨出力、干燥出力以及分离出力。碾磨最大出力是基于物料研磨理论基础之上进行修正的，其计算公式为：Bm=BO×fG×fM×fR×fF，式中：BO为磨煤机的基本出力，fG为原煤可磨性修正系数，fM为原煤水分修正系数，fR为原煤细度影响系数，fF为分离器型式影响系数。由此可以看出，影响磨煤机碾磨出力的主要因素取决于原煤的工业参数，原煤中水分和哈式可磨性系数对出力影响较大。

磨煤机的干燥出力主要取决于磨煤机入口的一次风温和风量，风温和风量需控制在动态平衡状态中。一次风入口温度过低，原煤不能够及时进行烘干，导致磨煤机单位时间内的碾磨效率降低、出力降低。同时一次风温过高，磨煤机出口温度升高，对于干燥无灰基挥发分较高的原煤会造成煤粉的自燃。一次风量的控制也是影响磨煤机出力的因素之一。常规情况下风煤比控制在1.8左右，风量太高造成磨煤机压差加大，内部易损件在风粉流场的作用下寿命降低。故合理的一次风温和风量对磨煤机的出力有一定的影响。

磨煤机的分离出力主要取决于分离器的型式，动态分离器较静态分离器的选粉效率高，同时分离器的外壳直径对其出力有一定影响。

2 磨煤机出力探讨

2.1 原煤因素

某公司使用磨煤机为我公司生产的ZGM型磨煤机，按照煤质计算磨煤机理论出力为35t/h，而现场运行磨煤机实际出力仅为24t/h。磨煤机增加给煤量后，其震动较为严重，震动波动较大，最高达到5.3mm/s。煤粉细度随着给煤量的增加变的不可控，最大达到R90为18.9,按照锅炉燃烧要求，煤粉细度需要降低至R90为5左右，根据现场运行情况，将不同时刻磨煤机运行情况总结为表1。

表1 磨煤机运行参数统计表

根据以上参数可以看出，随着给煤量由24t/h提高至30t/h的过程中，磨煤机压差由5.257kPa增加至6.357kPa，呈现不断升高的态势，同时磨煤机震动加剧，煤粉细度不可控，为保证磨煤机的稳定运行，最终调整一次风量和一次风温将磨煤机出力降至26t/h，但磨煤机震动依旧存在波动趋势。磨煤机排渣量较以前大大提高，暂停试验。

2.1.1 问题排查

经过停机检查，对影响磨煤机出力的原因进行排查，磨煤机本体基本不存在异常情况。在针对磨煤机内部磨盘进行煤粉取样，其煤粉内部残留大部分燃料为橡胶颗粒。同时对磨煤机排渣进行取样，排渣大部分为橡胶粒。同期，对原煤仓库煤质进行了现场取样分析，原煤质属于较小的颗粒，属于煤粉粒状结构。

通过合理性验证，影响磨煤机出力的主要因素为煤质发生了偏离性变化。由于近期原煤价格的上涨，原煤掺杂可燃性物料比例不一，橡胶粒属于弹性物质，在磨煤机加载力的作用下，不能够有效碾磨为细粉，其具有附着性，导致磨煤机出粉细度不能满足要求，同时因分离器的选粉作用，粗粉在磨煤机内部往复循环，磨煤机压差上升，随着时间的积累磨煤机排渣量增加，最终导致磨煤机整体出力的下降。

2.1.2 改善措施

为解决原煤对出力的影响，该公司将原煤煤质进行了可行性更换，其煤质依旧为粉状颗粒结构，其哈式可磨性系数较以前增加，水分控制在10～12%左右。通过前期运行经验，此种煤质所需一次风温度不宜过高，温度过高磨煤机震动加剧，同时压差迅速增加，主要原因为粉状燃料由落煤管进入磨煤机内部在一次热风的作用下被迅速烘干、在磨煤机中部悬浮达到饱和状态造成的。为了保证磨煤机产量的稳定性，将一次风温降低至150℃左右，出口温度控制在45℃左右。最终磨煤机出力可以调整为最大31.5t/h，其中煤粉细度达到R90=5%左右，温度低，煤粉水分维持在1.5～2之间。

2.2 磨煤机内部易损件因素

2.2.1 磨辊辊套和衬板的磨损

磨煤机在长期的运行过程中，内部研磨件磨辊装置和衬板相互作用造成磨损，其碾磨破碎示意图如图2所示，图中F为加载力；D为磨辊直径；d为颗粒直径；u为磨辊线速度。

图2 ZGM型磨煤机碾磨破碎示意图

对于采用液压变加载的中速磨煤机而言，磨辊在加载力的作用下致使磨辊产生径向磨损，产生“犁划”磨损现象，同时衬板磨损现象也较为明显[1]，如图3、图4所示。从多个现场辊套衬板磨损情况来看，辊套衬板的磨损，会造成磨煤机单位时间内碾磨的效率降低，进而增加了物料破碎的单位能耗，磨煤机出力降低，最大降低10%～15%出力。

图3 磨辊辊套磨损

图4 磨盘衬板磨损

磨辊装置是通过加载压架连接铰轴座固定的，其碾压角度维持在15°，示意图如图5。当辊架与铰轴座之间经过长期的相互接触后，由于摩擦作用导致相互之间产生磨损，磨损产生间隙，此部分间隙由于风粉混合物的冲刷将会越来越大。在加载力的作用下，碾压角度α＞15°发生偏离，磨辊将偏离原有运行节圆轨道，造成磨煤机辊套和衬板型线不能合理的匹配，磨辊啃边运行，导致磨煤机出力下降、排渣量增加，同时磨煤机震动将加剧，此部分磨损会降低磨煤机出力5%左右。

图5 辊架与铰轴座装配示意图

2.2.2 旋转喷嘴环磨损或设计因素

旋转喷嘴环是中速磨煤机不可或缺的部件，直接影响中速磨煤机的通风阻力和磨煤机石子煤排放量。喷嘴环处的阻力变化十分复杂，与磨机负荷、热风温度、原煤粒度、入磨风量等有关[2]。在长期运行过程中，旋转喷嘴动环和静环的磨损会不断加大，动静环间隙增加，其磨煤机内部流场呈现紊乱的状态，最终导致磨煤机一次风携带煤粉的能力降低，磨煤机出力下降。

旋转喷嘴环设计是按照现用燃料进行合理校核计算的，其通风面积与实际燃用煤质具有匹配性，若通风面积小将导致磨煤机磨碗压差增加，内部流速过快，加剧易损件的磨损[3]。若通风面积大，一次风携带煤粉的能力降低。合理的喷嘴环通风面积对磨煤机的压差和出力具有一定的影响。在磨煤机运行现场，操作人员按照磨煤机通风阻力要求控制在一定范围之内，磨煤机压差较大，操作人员将降低其给煤量导致磨煤机出力的降低。

同时，对于劣质煤种、磨煤机排渣量较大，为控制其排渣量，旋转喷嘴动环上部增加挡渣环。挡渣环的安装在一定程度上降低磨煤机的排渣量，由于石子煤无法顺利排出，导致石子煤在磨盘积累堆积，磨煤机主电机电流波动较为严重，磨辊和衬板之间的对原煤的碾磨效率大大降低，从而导致磨煤机总体出力的下降。

2.3 改善措施

对于磨辊辊套和衬板的磨损，建议定期对磨煤机辊套和衬板磨损情况进行检查分析，磨损厚度超过30%时，对辊套和衬板进行可行性堆焊，保证其碾磨型线的合理匹配，同时辊套衬板堆焊次数不易过多，一般控制在3～5次，堆焊前检查其内部裂纹情况，若部分产生裂纹建议不宜堆焊。辊套衬板可以采用进口的陶瓷材质，在一定条件下提高了辊套衬板的耐磨性，保证了机组的安全稳定运行。

对于辊架和铰轴座的磨损，可以在磨损间隙之间增加垫片，调整磨辊的运行轨道。同时，条件允许的情况下将辊架以及铰轴座进行整体更换。由于辊架采用的材质为QT400-15，其焊接性能较差，不建议对其进行焊接修复。

对于旋转喷嘴环的磨损，可对动静环进行可行性修复，同时对旋转喷嘴动静环进行更换，需根据现有煤质参数重新进行系统的热平衡计算，确定所需一次风体积流量和入口温度，进而确定喷嘴的通流面积，将通过喷嘴环的一次风流速控制在65m/s～75m/s合理范围之内，以保证磨煤机运行的稳定性。新动静环可采用流线型设计结构，减小由于磨煤机进风区的尖角或阶梯变化产生的涡流,消除涡流的干扰有助于使气流更均匀地向上流入通道,喷嘴磨损更加均匀。

综上，针对磨煤机的出力的影响因素不局限于煤质发生变化以及磨煤机内部易损件的磨损，其次还包含操控人员的操控规定，对于原煤频繁变化的情况，如水分变化和哈式可磨性系数变化，在磨煤机不同工况下所需一次风风量、风温、加载压力需要根据煤质进行合理调整，以保证磨煤机的运行及出力的稳定性。