盛曦葵

（浙江大唐能源營銷有限公司，浙江 杭州310016）

1 概述

目前國內新建及大容量燃煤發(fā)電機組制粉系統(tǒng)主流配套設計為HP 碗式中速磨煤機，該型號磨煤機是上海重型機器廠在引進RP 系列磨煤機基礎上又向ABB-CE 公司引進了全套HP 系列碗式中速磨煤機設計和制造技術進行國產化生產的。根據該磨煤機的設計參數(shù)、運行情況和磨損程度，以及實際運行和日常維護的情況來看，設備整體及襯板、輥套等部件通過周期2 年的大修定期更換或修復可以滿足設備安全運行的要求。但是，在設備使用過程中也存在一些因設計或實際情況而產生的突出問題，需要進行研究、改進，以保證機組運行的可靠性，降低設備維護費用。

2 設備概況

烏沙山發(fā)電公司4*600MW機組采用中速磨冷一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配備6 臺上重HP1003 碗式中速磨煤機，每臺磨煤機帶鍋爐的1 層燃燒器，磨煤機運行參數(shù)見表1。以神府東勝煤作為設計煤種，以大同塔山煤作為校核煤種，可磨系數(shù)（HGI）為55，設計煤種煤粉細度R90=18%，煤粉水分為4.5%，入磨煤粒度小于35mm。

磨煤機設備的工作環(huán)境差，磨輥周圍充滿煤粉顆粒，原設計密封風壓較低且密封方式不當，加之磨輥裝置檢修的質量問題，導致磨輥裝置軸承箱易進粉，致使?jié)櫥唾|惡化，磨煤機振動增大，磨輥的振動又加快了密封圈進一步損壞，如此產生惡性循環(huán)，大多磨輥裝置骨架油封的使用壽命達不到22000h 的設計要求，最終出現(xiàn)磨輥軸承損壞、磨輥停轉等問題。更換磨輥需使磨煤機強制退出運行且檢修時間較長，降低了機組運行的安全可靠性。磨煤機的振動還有可能對減速機等其他部件造成損傷，磨輥軸承價格也較為昂貴，檢修過程中需要動用起重、焊接等特種作業(yè)，整個檢修維護環(huán)節(jié)占用了大量人力、物力。

表1 HP1003 磨煤機運行參數(shù)

3 問題分析及治理方法

3.1 磨輥裝置密封風系統(tǒng)改造

3.1.1 原磨輥裝置密封風系統(tǒng)設計缺陷。磨輥裝置軸承箱密封風設計不合理，使得軸承箱進粉、密封裝置損壞成為影響磨煤機安全、可靠、經濟運行的主要問題之一。

HP 碗式中速磨煤機是通過磨輥與磨盤不停碾磨，再由分離器的篩選制出合適細度的煤粉，由一次風攜帶入爐膛燃燒。由于在碾磨過程中，磨輥頭需要不停的旋轉，就必然存在動靜磨損的問題，因此磨輥裝置結構上設置了油封與磨輥軸耐磨套作為磨損面。另外，為了延長其使用壽命同時設計了磨輥襯板和磨輥密封風，其部分目的就是降低磨輥密封處的煤粉濃度、減少煤粉進入軸承箱的概率。但磨煤機磨輥裝置原有的密封風設計在磨輥外部，設計原理是將磨輥軸封處的煤粉吹散，但是實際運行過程中密封風在將煤粉吹走的同時，有可能將煤粉吹到密封圈內，這些細小堅硬的煤粉滲入磨輥裝置的密封面更加劇了油封和耐磨套的磨損，發(fā)生油封損壞、磨輥軸承箱進粉油質變差，若檢查不及時甚至損壞磨輥軸承、造成磨輥停轉。

四臺機組以往每年至少更換磨輥裝置12 套，設備維護費用消耗巨大，而且更換磨輥是磨煤機檢修維護中較為繁重的工作之一，更換一個磨輥至少需要5 個工人工作20 個小時，作業(yè)過程中還涉及到大量起重工作，有相當大的難度和危險性，有時因為設備退備時間較長還易造成機組負荷受限。

3.1.2 創(chuàng)新優(yōu)化解決方法及其先進性。在磨輥軸端面加油孔上方沿軸向鉆一個Φ10 的孔（如圖1），并從骨架油封的油封和灰封（約有30mm的寬度）中間的位置徑向垂直引出，同時打穿耐磨套，使壓縮空氣可進入油封和灰封中間形成高壓風環(huán)，磨輥頭為全封閉結構，因而壓縮空氣只會從油封和耐磨套的縫隙向磨輥裝置外噴出，對磨輥軸承箱潤滑油和軸承均無影響，且壓力遠大于一次風和原有密封風壓力（壓差大于30KPa）。通過對磨輥軸及軸承箱密封方式和結構的創(chuàng)造性改造，使壓縮空氣可進入油封和灰封中間形成高壓風環(huán)，并只能向磨輥外出風，改變了磨輥裝置軸承箱原有不合理的密封形式，有效防止煤粉等顆粒進入磨輥軸承箱，從根本解決了該問題。

圖1 磨煤機磨輥軸改進示意圖

3.2 葉輪裝置噴口的結構優(yōu)化

3.2.1 原葉輪裝置噴口設計存在的缺陷。由于煤炭資源緊張或不平衡，火電廠實際使用的燃料與設計煤種偏差很大，通常需要進行配煤摻燒，但由于葉輪裝置存在設計性缺陷，噴口處形成漩渦、局部損失大，嚴重影響了一次風速、對不同煤種的適應性能較差，不及時調整易造成磨煤機出力不足的問題。

葉輪裝置原設計是根據不同煤質情況和運行效果在噴口處加裝或調整空氣節(jié)流環(huán)，用來滿足磨煤機正常運行通風要求，空氣節(jié)流環(huán)與葉輪裝置立面形成了90°直角空間，熱風流經噴口處時形成漩渦、局部損失大，嚴重影響了一次風速，存在較大的優(yōu)化空間。

3.2.2 創(chuàng)新優(yōu)化解決方法及其先進性。在葉輪通流孔內、外側加焊弧型導流隔板（如圖2，δ=10mm 錳鋼板），使葉輪的通流孔處形成流線型漸縮通道，使一次風暢流以減少氣流局部壓強損失。通流孔剩余空間的剖面距離為50mm，以保證當流量Q=102knm3/h 時，流速達到V=64.5M/S（經過計算得出通流面的剖面距離為50mm）。改造前的局部損失系數(shù)ξ=0.5*（1-A2/A1），約為0.35 左右；改造后的的局部損失系數(shù)ξ 隨著進口的圓滑程度而大大降低，對于圓形勻滑的邊緣，ξ 在0.02-0.04 之間，但由于葉輪裝置葉片不可改造，因此此處的局部損失系數(shù)ξ 約為0.1 左右。利用流體運行規(guī)律，通過在葉輪通流孔內、外側加焊弧型導流隔板，使葉輪的通流孔處形成流線型漸縮通道的優(yōu)化，使一次風暢流以減少氣流局部壓強損失，改造后的局部損失系數(shù)大大降低。

圖2 葉輪裝置改造前后對比示意圖

4 成果實施及應用效果介紹

4.1 設備性能提升

我公司#1-#4 機組24 臺HP1003 磨煤機進行了綜合提效治理改造研究，多年來對設備實際運行情況觀察的實踐證明，通過加裝磨輥氣密封、葉輪噴嘴漸縮改造，磨煤機運行情況良好，對各個磨輥軸承箱的油質油位檢查情況良好，未發(fā)生因磨輥裝置密封損壞引起的缺陷，設備退備次數(shù)明顯減少，可靠性顯著提升，同時大大減輕了檢修維護人員的工作量和勞動強度，降低了設備的維護費用。

另外，通過對葉輪裝置噴口進行結構改進，原本在風環(huán)噴口處形成較強的紊流，現(xiàn)將不規(guī)則的噴嘴改為漸縮型，減小紊流，降低系統(tǒng)阻力，提高風環(huán)風速，增強磨煤機的帶負荷能力，改造前最大出力50t/h，改造后最大出力55t/h。主要是因為風環(huán)改造提高了通過風環(huán)一次風的風速，減少了一次風壓強損失，改造后可應對各種不同煤質的要求，為電廠經濟配煤摻燒提供了有力保障。

4.2 經濟效益顯著

4.2.1 磨輥裝置密封風系統(tǒng)改造。磨煤機磨輥裝置檢修成本較高，HP1003 型中速磨煤機磨輥裝置骨架油封約6000 元/套，耐磨套約3000 元/個，磨輥軸承約50000 元/套，磨輥裝置的檢修人工費為9000 元/套，根據烏沙山發(fā)電廠磨煤機以往檢修維護情況來看，四臺機組每年至少更換磨輥裝置12 套，一年因磨輥密封裝置損壞而檢修、更換備件的費用約為45 萬元，磨輥裝置加裝密封風改造每臺爐的材料、人工費為4 萬元，全廠4 臺機組改造總計16萬元，不到半年即可收回成本，經濟效益顯著。

4.2.2 葉輪裝置噴口優(yōu)化改造。從提高磨煤機出力、增強經濟配煤摻燒角度考慮，葉輪噴口改造材料、人工費全廠4 臺機組改造總計50 萬元。

（1）石子煤排量減少，石子煤熱值降低。風環(huán)改造前后，各取十天為試驗標本，改造前石子煤排量平均為6t/8 小時，改造后石子煤排量平均為5t/8 小時；改造前石子煤化驗熱值為3700cal/g，改造后石子煤化驗熱值為3000cal/g。改造前后全年節(jié)省燃煤總價為：

G＝（6*3700/7000-5*3000/7000）*3*365*845＝95.3 萬元

（2）入爐煤所需熱值降低，對于摻配煤具有重要意義。風環(huán)改造前，為了滿足氮氧化物達標排放，不限制機組負荷，入爐煤熱量均值為5100cal/g，改造后同樣條件限制下，入爐煤熱量均值下降為4900cal/g。經設備部、燃料部統(tǒng)計計算，這兩種煤的標煤單價相差20 元/t。

以09 年全年耗煤547 萬噸，全年入爐煤熱量均值為5153cal/g來計算，理論上風環(huán)改造可以節(jié)省開支為：

G＝20*547*5153/7000＝8053 萬元

該計算取決于實際摻配煤情況，實際效果將低于理論效果。

（3）磨煤機風環(huán)阻力降低，降低風機單耗。理論上風環(huán)改為漸縮噴嘴式之后，減少局部紊流，降低通風阻力，但實際數(shù)據表明，阻力降低有限，風機單耗下降并不明顯。改造前的局部損失系數(shù)ξ=0.5*（1-A2/A1），約為0.35 左右；改造后的的局部損失系數(shù)ξ隨著進口的圓滑程度而大大降低，對于圓形勻滑的邊緣，ξ 在0.05-0.06 之間，但由于葉輪裝置葉片不可改造，因此此處的局部損失系數(shù)ξ 約為0.1 左右。

（4）磨煤機容量增加。磨煤機最大出力從改造前的50t/h 升高至55t/h，但從改造前后的數(shù)據來看，同樣磨煤機臺數(shù)的時候，磨煤機單耗幾乎不變，原因是風環(huán)改造的作用僅僅是提高風環(huán)風速，而磨煤機本體并沒有實質性的改變，因此單耗沒有本質改變。但是風環(huán)改造引起的出力變化可能改變部分負荷段的磨煤機運行臺數(shù)，從而降低磨煤機單耗和風機單耗，可以從全年統(tǒng)計結果來體現(xiàn)。

（5）磨煤機啟停節(jié)點適當推后，氮氧化物排放壓力減輕

磨煤機風環(huán)改造后，隨著磨煤機容量的提高，只要入爐煤熱量均值大于4900cal/g，五臺磨煤機就能帶滿負荷，氮氧化物達標排放壓力大為減輕。由于風環(huán)風速提高，低負荷時，一次風量可以進一步降低，合適的風煤比也能保證低負荷時的氮氧化物達標排放。

5 成果應用范圍及推廣前景預測

針對HP 型磨煤機多年來國產化應用后出現(xiàn)的問題，結合實際設備運行要求，公司積極組織專業(yè)進行溝通研討，研究制定設備改造方案，通過改變磨輥密封風的形式結構，使壓縮空氣在原機械密封中間形成高壓風環(huán)，有效防止了煤粉等顆粒進入磨輥軸承箱；對葉輪噴口結構進行改進，噴口形成漸縮式過渡減少局部損失有效提高了一次風速、增加磨煤機出力及碾磨不同煤質的適應能力。

該研究成果改造施工方便、工作量小，改造時間短，結合磨煤機檢修就可實施應用，我公司24 臺磨煤機均已完成了改造工作、且實踐效果顯著。同時，該項成果可適用于HP 型系列磨煤機的所有型號，對磨煤機出力、煤種適應能力、磨輥軸承箱密封性能的提升將取得顯著效果，設備可靠性大幅提高，經濟性收益豐厚，行業(yè)推廣前景及市場巨大。