摘要：火力發(fā)電制粉系統(tǒng)中，中速磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計(jì)是保證一次風(fēng)與煤粉混合物（風(fēng)煤粉混合物）合理流速的重要基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)比研究傳統(tǒng)鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)與新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的異同之處，并結(jié)合兩者在磨煤機(jī)制粉過(guò)程中的實(shí)際運(yùn)行效果，詳細(xì)分析了焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，同時(shí)闡述了新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)；風(fēng)煤粉混合物；通風(fēng)電耗

作者簡(jiǎn)介：王金柱（1977-），男，北京人，北京電力設(shè)備總廠磨機(jī)事業(yè)部，工程師。（北京 102401）

中圖分類(lèi)號(hào)：TK223.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0233-01

目前，中速磨煤機(jī)在火力發(fā)電廠鍋爐制粉系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。中速磨煤機(jī)主要采用直吹式制粉系統(tǒng)，即原煤在經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)研磨部件碾磨成煤粉后不在內(nèi)部停留，通過(guò)提供給磨煤機(jī)的一次熱風(fēng)進(jìn)行直吹，經(jīng)過(guò)一次風(fēng)室、旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)[1]、機(jī)殼殼體、分離器和出粉口出磨而送入煤粉管道并最終到達(dá)爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒。為了保證出磨的風(fēng)煤粉混合物[2]在一個(gè)合理的流速范圍內(nèi)，需要設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的線型并計(jì)算合適的通風(fēng)面積。筆者根據(jù)北京電力設(shè)備總廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我廠”）中速輥式磨煤機(jī)傳統(tǒng)鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)，并在寧夏中寧電廠大修改造項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用。

一、中速磨煤機(jī)新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計(jì)原理

1.旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)基本原理介紹

中速磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的工作原理是通過(guò)改變風(fēng)環(huán)處的空氣動(dòng)力場(chǎng)，達(dá)到控制風(fēng)環(huán)出口處流速的作用，保證出磨的風(fēng)煤粉混合物流速在一定范圍內(nèi)，并有效提高了風(fēng)環(huán)的使用壽命。與傳統(tǒng)靜態(tài)風(fēng)環(huán)相比，旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)使得風(fēng)煤粉混合物流速降低20%左右，降低了磨煤機(jī)阻力和通風(fēng)電耗[3]，風(fēng)環(huán)的使用壽命提高了2～3倍以上。目前旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)主流上采用鑄造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)介紹

中速磨煤機(jī)不同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)直徑范圍在1.6m～3.2m之間，質(zhì)量大約為6000kg～22000kg，其結(jié)構(gòu)特殊、工藝復(fù)雜，由內(nèi)動(dòng)外靜兩環(huán)組成，在動(dòng)環(huán)外側(cè)有一圈葉片，與靜環(huán)內(nèi)徑之間形成喉口面積。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝一直采用實(shí)樣下芯、粘砂造型工藝，芯子為整體粘土砂芯，動(dòng)環(huán)葉片埋于砂中，最后取出。由于葉片四周均被型砂緊緊包裹，在取出時(shí)砂型表面會(huì)有不同程度破損，致使鑄件的外觀效果差，后續(xù)清理困難。

3.新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計(jì)

針對(duì)鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)工藝特殊復(fù)雜的情況，結(jié)合多年生產(chǎn)一線的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了將鑄造結(jié)構(gòu)改為焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)想。改造具體思路是：首先，設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)外形尺寸與鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)基本一致，滿足風(fēng)環(huán)合理通風(fēng)流速的基本功能；其次，為保證焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)堅(jiān)固耐用，將動(dòng)環(huán)分部采用內(nèi)外雙圈結(jié)構(gòu)加固葉片，滿足風(fēng)環(huán)在快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中的葉片不致?lián)p壞；再次，為滿足焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)在風(fēng)煤粉混合物高速通過(guò)下的耐沖刷性，整體結(jié)構(gòu)采用錳鋼材料[4]（根據(jù)實(shí)際需要，葉片可采用高硬度雙金屬耐磨復(fù)合材料[5]），提高風(fēng)環(huán)的使用壽命；最后，由于葉片安裝可以靈活調(diào)整，可以根據(jù)實(shí)際風(fēng)量計(jì)算出合理通風(fēng)流速后再確定葉片數(shù)量和焊接角度。

二、中速磨煤機(jī)新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計(jì)計(jì)算

1.鑄造結(jié)構(gòu)與焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)比

鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)主要由風(fēng)環(huán)靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、葉片和托盤(pán)組成，焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)由靜環(huán)、動(dòng)環(huán)內(nèi)外環(huán)、葉片、法蘭托盤(pán)和扁鋼組成。鑄造結(jié)構(gòu)與焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示。

由結(jié)構(gòu)圖可知，焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)在脫胎于鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了制作工藝并提高了生產(chǎn)效率。其中由靜環(huán)、葉片、動(dòng)環(huán)內(nèi)外環(huán)和扁鋼組合構(gòu)成的喉口結(jié)構(gòu)如圖2所示。

中速磨煤機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)喉口的一次熱風(fēng)在風(fēng)環(huán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行下而呈現(xiàn)螺旋上升形態(tài)，并帶動(dòng)研磨后的煤粉送入煤粉管道進(jìn)入爐膛燃燒。由此可見(jiàn)，喉口的外形尺寸是最終影響風(fēng)煤粉混合物流速計(jì)算的主要參數(shù)，這其中包括：風(fēng)環(huán)動(dòng)環(huán)內(nèi)環(huán)外徑（D1）、風(fēng)環(huán)葉片外徑（D2）、風(fēng)環(huán)靜環(huán)內(nèi)徑（D3）、風(fēng)環(huán)動(dòng)環(huán)外環(huán)外徑（D4）、扁鋼外徑（A）、葉片寬度（W）、葉片厚度（T）、葉片傾角（θ）、葉片數(shù)量（n）共9個(gè)尺寸。

2.焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)計(jì)算公式

焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)通風(fēng)流速計(jì)算首先要根據(jù)相關(guān)尺寸參數(shù)計(jì)算出通風(fēng)面積，然后根據(jù)中速磨煤機(jī)熱平衡計(jì)算結(jié)果提供的一次風(fēng)體積流量[6]（VPA）計(jì)算通風(fēng)流速。

單個(gè)葉片截面積（㎜2）：

整圈風(fēng)環(huán)通風(fēng)面積（㎜2）：

間隙通風(fēng)面積（㎜2）：

扁鋼面積（㎜2）：

風(fēng)環(huán)總通風(fēng)面積（㎜2）：

風(fēng)環(huán)通風(fēng)流速（m/s）：

根據(jù)我廠中速磨煤機(jī)經(jīng)驗(yàn)值，旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)通風(fēng)流速在[60～70]（m/s）為合適的數(shù)值。

三、中速磨煤機(jī)新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)應(yīng)用

1.項(xiàng)目介紹

寧夏中寧電廠投建發(fā)電至今已將近8年時(shí)間，是西北地區(qū)較早使用我廠中速磨煤機(jī)的電廠之一。由于磨煤機(jī)長(zhǎng)年運(yùn)行導(dǎo)致的磨損，再加上近些年火電行業(yè)煤質(zhì)普遍變差等原因，目前中寧電廠磨煤機(jī)出力已經(jīng)無(wú)法達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)的保證值。為解決電廠的燃眉之急，不斷提高自身設(shè)備性能之需，此次借中寧電廠大修改造之機(jī)，我廠與其合作了磨煤機(jī)增容提速改造項(xiàng)目。

2.改造方案

鑒于火電行業(yè)目前運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，此次磨煤機(jī)改造本著為電廠節(jié)約費(fèi)用成本的同時(shí)，達(dá)到增加出力、降低功耗、提高設(shè)備耐沖刷性的目的。具體方案為：改原有鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)為焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)（采用錳鋼耐磨材料）；通過(guò)提高主電機(jī)功率和減速機(jī)傳動(dòng)比來(lái)提高磨盤(pán)部轉(zhuǎn)速而增加研磨能力；更換新型增大容積的選粉分離器來(lái)滿足磨煤機(jī)提高出力的要求。最終要求中速磨煤機(jī)改造后達(dá)到55.476t/h的保證出力，整機(jī)通風(fēng)電耗控制在9.0kW·h/t范圍以?xún)?nèi)。

3.運(yùn)行效果

替換與改造部件經(jīng)過(guò)安裝、調(diào)試、消缺工作目前已正常運(yùn)行，經(jīng)過(guò)在中控室數(shù)日的跟蹤與監(jiān)控，改造后的一號(hào)機(jī)組A磨煤機(jī)在一次風(fēng)量達(dá)到滿負(fù)荷的75%左右、磨輥加載力大小為最大加載力的80%左右、分離器折向門(mén)開(kāi)度大小為50°的基本工況下，出力已經(jīng)超過(guò)55.476 t/h的改造保證值。

根據(jù)電廠 DCS[7]（集散控制系統(tǒng)）給出的運(yùn)行數(shù)據(jù)值并經(jīng)過(guò)校核與計(jì)算，在磨煤機(jī)出力為55.53 t/h、磨煤機(jī)本體工作電流值為36.5A的工況下，磨煤機(jī)本體功耗值約為8.315kW·h/t，達(dá)到了電廠對(duì)磨煤機(jī)增容提速改造通風(fēng)電耗的考核要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了中速磨煤機(jī)新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)改造設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法與應(yīng)用過(guò)程。目前，在火電行業(yè)運(yùn)營(yíng)成本增大、利潤(rùn)普遍下滑的大背景下，提高機(jī)組的工作效率并降低設(shè)備功耗值是電廠扭虧為盈的重要手段之一。對(duì)電廠機(jī)電設(shè)備有針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造是擺在工程技術(shù)人員面前的重要課題。希望本文所論述的設(shè)計(jì)思想能對(duì)廣大工程技術(shù)人員有所幫助。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）