HP1003型磨煤机灵活性改造研究

文_冯成凯 沈利 李金龙 浙江浙能乐清发电有限责任公司

火电制粉组灵活性是电力系统灵活性的关键指标，也是电力系统灵活性的核心组成部分。火电制粉组灵活性通常指火电机组的运行灵活性，即适应出力大幅波动、快速响应各类变化的能力，主要指标包括调峰幅度、爬坡速率及启停时间等。我国火电机组在设计阶段时基本都没有考虑深度调峰工况，只能通过技术改造提高机组灵活性。前期主要工作为诊断试验，包括主汽轮机、辅汽轮机、锅炉以及磨煤机等设备低负荷运行适应性试验，找出限制机组深度调峰和稳定运行的瓶颈，挖掘锅炉最低稳燃能力和机组负荷提升能力，为灵活性运行提供基础数据。

制约制粉系统不足的因素主要涉及低负荷震动较大，煤质掺烧出力下足，煤粉细度不合格，均匀性差以及流场惰性区较大等，对于磨煤机本体来说，其内部在风粉冲刷的情况下，壳体易磨损，碾磨件寿命降低，对整个系统的安全稳定运行存在不同隐患。

1 概述

1.1 HP1003磨煤机工作原理

给煤机将煤从磨煤机中心落煤管进入，煤落到旋转的磨碗上，在离心力的作用下沿径向朝外移动到研磨环。由于径向和周向的移动，煤在可绕轴转动的磨辊下通过。三个独立的弹簧加载磨辊按相隔120°分布安装于磨碗上部，磨辊与磨碗之间保持一定的间隙，两者并无直接接触。磨辊利用弹簧加压装置施以必要的研磨压力，当煤通过磨碗与磨辊之间时，煤就被磨制成煤粉。这种磨煤机主要是利用磨辊与磨碗对它们之间的煤进行压碎和研磨来实现磨煤，磨制出来的煤粉由于离心力的作用继续向外移动，最后沿磨碗周缘溢出。在煤的研磨过程中，较小较轻的颗粒被热空气（一次风）连续地从磨碗上吹起来。

磨煤干燥用的热空气由磨碗底进入，空气通过磨碗周围的环隙流经旋转磨碗的外径。装在磨碗上的叶片（称为“叶轮”）使气流趋于垂直方向。在磨碗外径的较小较轻的煤粒被气流携带向上，而重的不易磨碎的外来杂物穿过气流落入侧机体区域。在此，外来杂物通过侧机体底板由装在转动的裙罩上的刮板装置扫出磨煤机，然后进入石子煤排放系统。

1.2 磨煤机运行后期存在问题

1.2.1 磨损

由于风粉混合物的相互冲刷作用，不同型号的磨煤机均会出现磨煤机内部磨损的情况，如壳体磨损，碾磨件磨损，分离器叶片磨损等，磨煤机的内部磨损对于整个机组的运行存在不同程度的安全隐患。

1.2.2 煤粉细度和均匀性降低

原磨煤机设计为静态分离器，由于静态分离器依靠挡板对煤粉细度进行调节，调节可控的效率较差，也是所有磨煤机的共性问题。煤粉细度差，最终会导致锅炉的燃烧不充分，煤粉燃烧不充分产生的氮氧化物的排放量会增加。

1.2.3 低负荷振动明显，调峰范围窄

由于HP1003 型磨煤机主要是依靠作用在磨辊上的弹簧加载力对原煤进行碾磨，加载力在运行过程中不可调。在低负荷给煤时，磨盘上的原煤较少，煤层薄，碾磨件辊套和衬瓦在弹簧力的作用下，互相碰撞摩擦，导致磨煤机振动明显，调峰能力差。

1.2.4 磨煤机出力问题

燃烧煤质在长期使用的过程中，不同时期的煤质会发生水分和哈式可磨度的偏离，导致磨煤机出力下降的问题时常会出现，如原煤的水分过高，原煤不能够及时烘干，原煤哈式可磨系数低则较难磨，出力会受到影响。

2 灵活性探讨

2.1 降低磨损的优化

目前降低内部的壳体磨损主要是改变其防磨材质，将材质改变为陶瓷材质或NM400／500，以提高材质的耐磨性能。同时，磨辊的辊套和衬瓦采用堆焊的型式，定期进行堆焊，堆焊材质选用耐磨材料。后期为了较好的保证磨辊不被风粉直接吹扫，可将磨辊进行保护，磨辊装置合适位置焊接阻风耐磨板，以降低一次风的吹扫。

2.2 提高煤粉细度和均匀性

分离器作为磨煤机重要的分离机构，其结构形式与其内部流场的分布情况决定着出粉水平和出粉效率。风粉流场和不同粒度煤粉的运行轨迹变化不一。为提高煤粉的均匀性系数，降低煤粉在磨煤机系统中的循环倍率，从而在一定程度上降低磨煤机的单位电耗，可将静态分离器改变为动静组合式旋转分离器。根据磨煤机不同的出力和煤粉细度要求，对分离器壳体以及叶片数量进行合理调整，以满足不同现场对煤粉的需求，同时动态分离器根据当前燃用煤质进行空间设计，以保证整体流场的均衡性，降低系统阻力，提高磨煤机制粉出力。

2.3 磨煤机出力提高

提高磨煤机的出力主要围绕其上中下流场进行，上部流场对分离器结构进行优化。在ZGM、MPS 和HP 型磨煤机现有的技术中，落煤与热风在磨煤机内逆向流动，但原煤处于磨煤机的中央，热风处于磨煤机的四周，热风对原煤几乎不存在直接接触干燥，这也是磨煤机现有技术中存在的不足之处。为了提高磨煤机的干燥出力，中部流场在实践中可以增加中部预热装置，磨辊研磨后的原煤及煤粉及时补充干燥风进行吹扫、干燥、扰动，让合格煤粉及时被分离并带入炉膛燃烧，避免合格煤粉多次碾压，导致增加电机能耗。下部流场可以对叶轮装置进行结构设计，降低磨煤机的排渣量。

2.4 出口煤粉在线监测

送粉管道内的煤粉浓度和细度是一个非常重要的参数，煤粉浓度的高低直接影响送风管道内风粉的均匀性，煤粉浓度过高，流速过低就会导致送粉管道的煤粉堵塞，煤粉细度过高，锅炉的燃烧不充分，燃烧效率降低。为了更好的适应锅炉的调峰能力，煤粉的细度是影响锅炉的重要原因之一，在锅炉低负荷燃烧时，保证锅炉的稳燃也是火力发电机组灵活性改造的方向。在制粉系统端，磨煤机应具有更宽的负荷调节范围、更快的变负荷速率、更高的负荷调节精度和一次调频能力，这就对控制系统提出了更高的要求。

煤粉在线监测系统目前国内一直在研究其测量原理并且不断的进行完善，其中之一主要是在动态状态下，任何两种不同的物质将相互感应产生信号。入炉煤在线检测系统正是以被测介质流经监测探头时所产生的无源检测感应信号为基础，进行煤粉流各项参数的测量。能实现煤粉在线的浓度、速度以及细度的准确测量，并将信号传递到电脑终端是较为关键的一步。在深度调峰期间，可以在线调整煤粉细度，以保证锅炉的稳定燃烧。

3 结语

近年来，随着清洁能源装机容量不断增加，火力发电厂磨煤机也不断进行不同的灵活性改造。除了以上涉及的改造之外，未来还会涉及磨煤机入口给煤量、一次风量、风温以及出口温度、出力和煤粉细度的动态耦合，以保证磨煤机的运行在最佳状态，避免无用功的浪费。HP1003 磨煤机加载方式为弹簧定加载方式，低负荷振动情况多有出现，由于磨煤机结构型式的差异，对加载方式的改变较为困难，也是未来考虑的问题之一。