◎金英淑 王立芳

風(fēng)扇磨煤機(jī)的特性及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

◎金英淑 王立芳

風(fēng)扇磨煤機(jī)是直吹式制粉系統(tǒng)的燃煤電站鍋爐提供合格煤粉的制粉設(shè)備。它屬于高速磨煤機(jī)。本文介紹了風(fēng)扇磨煤機(jī)的特性及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，根據(jù)風(fēng)扇磨煤機(jī)性能參數(shù)設(shè)計(jì)最合理的結(jié)構(gòu)，能滿足100MW-1000MW機(jī)組的要求，以推動(dòng)風(fēng)扇磨煤機(jī)在高水份褐煤鍋爐發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用。

風(fēng)扇磨煤機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

風(fēng)扇磨煤機(jī)是直吹式制粉系統(tǒng)的燃煤電站鍋爐提供合格煤粉的制粉設(shè)備。它屬于高速磨煤機(jī)類。

風(fēng)扇磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)與風(fēng)機(jī)相似，具有較高的自身通風(fēng)能力，純空氣狀態(tài)下壓頭可達(dá)2000到3300Pa。它的特點(diǎn)是在磨煤機(jī)中可同時(shí)完成干燥、制粉、和輸送三個(gè)工作過程，因此簡化了制粉系統(tǒng)。

在直吹式風(fēng)扇磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)中，可以采用高溫爐煙+低溫爐煙+熱風(fēng)做干燥劑，且煤在磨煤機(jī)中大部分處于懸浮狀態(tài)，所以干燥過程非常強(qiáng)烈，因而它特別適合磨制高水份褐煤，泥煤等。并可推廣到磨制油母頁巖及高水分、高揮發(fā)分的煙煤。風(fēng)扇磨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、尺寸緊湊、占地面積小、對雜物敏感性不強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于尺寸小，磨煤機(jī)內(nèi)存煤量較少，因此對鍋爐負(fù)荷的變化適應(yīng)性非常好，且制粉電耗為最低。

風(fēng)扇磨煤機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特性

風(fēng)扇磨煤機(jī)的工作原理。原煤經(jīng)干燥豎井進(jìn)入磨煤機(jī)前得到強(qiáng)烈的干燥，大部分外在水分被蒸發(fā)掉。原煤在熱應(yīng)力的作用下，體積膨脹，表面產(chǎn)生龜裂直至完全破裂，此種現(xiàn)象稱之為干燥破碎。

原煤經(jīng)軸向進(jìn)入磨煤機(jī)后，其破碎過程可分解為二種方式。一種仍為干燥破碎；另一種為機(jī)械破碎。煤粒徑機(jī)械破碎后不斷產(chǎn)生新的表面，在干燥劑的作用下，新表面的水分被蒸發(fā)，隨之體積產(chǎn)生膨脹，盡管不如進(jìn)入磨煤機(jī)前劇烈，但仍有利于下一次機(jī)械破碎。

煤在磨煤機(jī)內(nèi)受到高速旋轉(zhuǎn)的打擊輪的沖擊，破碎后被拋到磨煤機(jī)護(hù)鉤上進(jìn)一步破碎。被破碎的煤粒在氣流的帶動(dòng)下沿磨煤機(jī)蝸殼做環(huán)流運(yùn)動(dòng)。大的顆粒由于自重?zé)o法輸送出去，而從氣流中脫離出來重又進(jìn)入打擊輪中，經(jīng)再一次破碎后又被拋到護(hù)鉤上進(jìn)一步破碎。此種反復(fù)循環(huán)的過程稱之為撞擊破碎。

煤粒在經(jīng)打擊輪撞擊破碎后，與打擊板粗糙的表面產(chǎn)生平面相對摩擦運(yùn)動(dòng)，使煤粒得到細(xì)化；同樣煤粒在沿蝸殼內(nèi)做環(huán)流運(yùn)動(dòng)時(shí)也與蝸殼產(chǎn)生相對摩擦運(yùn)動(dòng)，使煤粒得到細(xì)化。以上兩種使煤粒得到細(xì)化的方式稱為摩擦破碎。

撞擊破碎與摩擦破碎都稱為機(jī)械破碎。

經(jīng)過干燥及機(jī)械兩種方式的不斷交替進(jìn)行，將原煤破碎到一定的粒度，借助于風(fēng)扇磨煤機(jī)的風(fēng)機(jī)功能，將煤粉送入分離器內(nèi)進(jìn)行重力分離、撞擊分離及慣性分離。合格的煤粉被繼續(xù)送入燃燒器內(nèi)進(jìn)爐膛燃燒；被分離出來的粗粉經(jīng)回粉管返回磨煤機(jī)內(nèi)重新破碎。

風(fēng)扇磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)特性。風(fēng)扇磨煤機(jī)主要由打擊輪、機(jī)殼、分離器等裝配部件組成。

打擊輪：打擊輪位于機(jī)殼內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)類似于風(fēng)機(jī)的葉輪，打擊板相當(dāng)于葉片。運(yùn)行時(shí)，打擊輪與電機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。打擊輪背面裝有通風(fēng)背筋，當(dāng)打擊輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)吸來自密封風(fēng)管道的熱風(fēng)，在打擊輪背面與機(jī)殼形成正壓區(qū)，阻止煤粉進(jìn)入，以防后盤輪緣及盤面磨損，并杜絕軸端漏粉。

打擊輪的幾何尺寸決定了磨煤機(jī)的功率、工作轉(zhuǎn)速、提升壓頭、磨煤出力及通風(fēng)量。

機(jī)殼：機(jī)殼是包容打擊輪的裝配部件，與打擊輪構(gòu)成磨煤機(jī)的主體，是磨制煤粉的場所

機(jī)殼內(nèi)部由鑄鋼護(hù)板圍成的蝸殼與打擊輪構(gòu)成氣流混合物的通道。蝸殼型線的設(shè)計(jì)決定了其鑄鋼護(hù)板的使用壽命，并可影響到磨煤機(jī)的通風(fēng)量及出力。

分離器：分離器是分離粗、細(xì)粉的裝置，通過改變其調(diào)節(jié)擋板的位置以改變風(fēng)粉混合物的通道來達(dá)到分離粗、細(xì)粉的目的。它決定了磨煤機(jī)的制粉細(xì)度。

風(fēng)扇磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

風(fēng)扇磨煤機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)為打擊輪結(jié)構(gòu)、機(jī)殼結(jié)構(gòu)及分離器結(jié)構(gòu)。

打擊輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。打擊輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：打擊輪直徑、有效寬度、打擊板數(shù)等。

對帶粉的風(fēng)扇磨煤機(jī)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：較合適的打擊板寬度比：b/ D2=0.23-0.30。較合適的打擊板高度比：L/D2=0.16-0.18。打擊板數(shù)：m=8-12,最多為14。適當(dāng)?shù)膱A周速度：75-85m/s。

以上試驗(yàn)是綜合考慮了破碎效率和全效率（即帶粉時(shí)的通風(fēng)效率）的結(jié)果。

但由于風(fēng)扇磨的提升壓頭比較小，往往滿足不了設(shè)計(jì)需要，因而在選定磨煤機(jī)型號的基礎(chǔ)上，通常通過提高其打擊輪外緣的線速度來提高風(fēng)扇磨的提升壓頭。

即?。害?=85～90m/s

機(jī)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

機(jī)殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是其內(nèi)部蝸殼型線、寬度、張開度及喉部間隙的選擇。

蝸殼型線的設(shè)計(jì)。蝸殼型線的設(shè)計(jì)即要考慮氣流的流動(dòng)，也要考慮煤粉順利的輸送。目前最常使用的型線為阿基米德螺線。

假設(shè)蝸殼中的平均流速為：

V=Q/A.B 式中：A-蝸殼張開度m；B-蝸殼寬度m； Q-氣體流量m3/s。

且在所有徑向界面中V保持不變，即相當(dāng)于蝸殼徑向界面逐步擴(kuò)大，正比于打擊輪轉(zhuǎn)角而逐漸增多的流量。

則：Rφ=r2+（A/2π）φ 式中：r2-打擊輪半徑m；Rφ-對應(yīng)于轉(zhuǎn)角φ的蝸殼半徑mA-蝸殼張開度m

蝸殼寬度B的選取。從能量損失角度考慮寬度B小好。因?yàn)锽小，氣體脫離打擊輪后通道面積突然擴(kuò)大程度小些，相應(yīng)動(dòng)能損失低些，但也不能太小，否則將導(dǎo)致張開度過大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)： B=b+40-60 mm b-葉輪寬mm

蝸殼張開度的計(jì)算

（a）按氣體流動(dòng)計(jì)算張開度

即按阿基米德螺線 A/r2=0.215

（b）按煤粉沉降速度計(jì)算張開度

蝸殼張開度的大小必須保證氣流在張開度處將煤粒全部帶出磨煤機(jī)，以避免在蝸殼內(nèi)積粉。因而張開度處氣流速度必須

大于煤粒的沉降速度，才能保證順利輸粉。

不同直徑的煤粒在200℃的氣流中運(yùn)動(dòng)時(shí)的沉降速度如下：

從分離器回粉的分布來看，基本上是在5mm以下，因此張開度處的流速應(yīng)在18～25m/s范圍內(nèi)。

沉降速度和張開度的關(guān)系如下：

西德EVT公司推薦蝸殼張開度處的計(jì)算流速（即按分離器出口處流量來計(jì)算的流速）為40～60m/s（小磨取下線，大磨取上線），此流速可以認(rèn)為就是張開度處的實(shí)際流速（如果考慮分離器回流，則張開度處實(shí)際流速要大，但最大張開度處的流量還不是風(fēng)扇磨中最大流量，按照葉輪所轉(zhuǎn)過的角度來考慮，此處流量大概只有總流量的75%，這樣張開度處的實(shí)際流速仍舊為40～60m/s）。這個(gè)數(shù)字比我們按單顆粒計(jì)算出來的沉降速度18～25m/s要大，原因是此處煤粉濃度高，實(shí)際沉降速度并不能按單顆粒煤粒來計(jì)算。按照沉降速度和葉輪參數(shù)的關(guān)系所得出的張開度應(yīng)是0.29～0.43。

蝸殼喉部間隙的選取

喉部間隙增大后會導(dǎo)致磨內(nèi)循環(huán)風(fēng)量增加，壓頭降低。因?yàn)橐徊糠帜芰肯挠谘h(huán)回流中。在磨煤機(jī)壓頭緊張時(shí)，適當(dāng)減小喉部間隙有一定的好處。

t=20-50 mm

分離器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

分離器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則應(yīng)是控制容積強(qiáng)度和斷面強(qiáng)度（即斷面流速）。容積強(qiáng)度影響到煤粉細(xì)度R90;而斷面強(qiáng)度影響到R1000。容積強(qiáng)度Q/V（m3/h.m3）:單位體積在單位時(shí)間內(nèi)所通過的氣體流量。

風(fēng)扇磨煤機(jī)常用的分離器有三種型式：雷蒙式、雙流慣性式、單流慣性式。

長春發(fā)電設(shè)備總廠）