中電廣西防城港電力有限公司 李海鷹

HP磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)具有啟動(dòng)快、調(diào)節(jié)靈活、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在火電廠得到了廣泛應(yīng)用[1]。而石子煤排放率是影響中速燃煤安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)，HP磨煤機(jī)動(dòng)靜環(huán)密封隨著運(yùn)行中磨損或密封片脫落，會(huì)造成磨煤機(jī)動(dòng)靜環(huán)的通風(fēng)面積的增加，風(fēng)環(huán)出口風(fēng)速降低，石子煤排放率增加。因此，DL/T467-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定石子煤排放率應(yīng)低于0.05%，熱值應(yīng)低于6.27MJ/kg[2]。

為此文獻(xiàn)[3-4]對(duì)中速磨煤機(jī)石子煤增多原因做了全面分析和探討，同時(shí)文獻(xiàn)[5-7]提出中速磨石子煤排放量技術(shù)改造。在文獻(xiàn)[8]中分析中速磨煤機(jī)風(fēng)環(huán)動(dòng)靜間隙對(duì)石子煤排放的影響，同時(shí)提出動(dòng)靜間隙的優(yōu)化方案予以實(shí)施后，沒(méi)有再出現(xiàn)石子煤排放率增加現(xiàn)象，石子煤排放量過(guò)大制約磨煤機(jī)出力的問(wèn)題得到了有效解決。為此，本文對(duì)某電廠二期HP1163Dyn型中速磨煤機(jī)運(yùn)行階段石子煤排放量較多且熱值較高問(wèn)題，選取4B磨煤機(jī)作為改造試驗(yàn)對(duì)象提出動(dòng)靜環(huán)密封改造實(shí)施方案。

1 現(xiàn)狀概述

該電廠二期機(jī)組（12臺(tái)）由上海重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造的HP1163Dyn型中速磨煤機(jī)；一期機(jī)組（12臺(tái)）由沈陽(yáng)重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造的MPS245型中速磨煤機(jī)，磨煤機(jī)葉輪裝置（風(fēng)環(huán)）為原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)二期磨煤機(jī)與一期磨煤機(jī)相比存在石子煤排放量較多且熱值較高、磨煤機(jī)出力較低、葉輪裝置（風(fēng)環(huán)）處阻力較大、風(fēng)粉混合不均勻等問(wèn)題。經(jīng)統(tǒng)計(jì)二期每臺(tái)磨煤機(jī)每班石子煤排放量約6小車。此外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)排出的石子煤觀察檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所排出的石子煤中存在較多顆粒原煤且石頭含量也較低。同時(shí)，大量的石子煤排放后對(duì)制粉區(qū)域造成了嚴(yán)重的粉塵污染，給現(xiàn)場(chǎng)的文明生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重破壞。

圖1 石子煤堆積導(dǎo)致石子煤刮板損壞及自燃

如圖1所示，若磨煤機(jī)石子煤較存儲(chǔ)多時(shí)不及時(shí)排放，大量的石子煤堆積容易造成石子煤刮板損壞，其中部分石子煤掉落在一次風(fēng)室會(huì)引發(fā)自燃的事件，造成磨煤機(jī)爆磨停運(yùn)。在2020年4月20日，該廠二期4B磨煤機(jī)發(fā)生一次內(nèi)爆不安全事件，經(jīng)后期調(diào)查分析造成此次不安全事件的根本原因是因?yàn)槭用旱袈湓谝淮物L(fēng)室引發(fā)自燃所致。

2 HP磨煤機(jī)工作原理

HP磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。HP磨煤機(jī)其主要功能是將大顆粒的原煤碾磨成合格直徑的煤粉。在此制粉過(guò)程中，主要的干燥煤粉和輸送煤粉的主要?jiǎng)恿υ磥?lái)自一次風(fēng)機(jī)出口的熱一次風(fēng)，高溫高速的熱一次風(fēng)由HP磨煤機(jī)的磨碗下部側(cè)體的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，再由葉輪裝置驅(qū)動(dòng)向磨碗輪轂周圍流動(dòng)，其中安裝于磨碗上的葉輪裝置使得熱一次風(fēng)具有一定驅(qū)動(dòng)力，保證在磨碗邊緣具有一定的加速度，同時(shí)保證熱一次風(fēng)氣流均勻分布在磨碗邊緣使得煤粉與氣流充分混合。

這期間，熱一次風(fēng)氣流攜帶著煤粉一起移動(dòng)至分離器本體中，在分離器的作用下，一些顆粒直徑較小的煤粉繼續(xù)在熱一次風(fēng)氣流的驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)，而一些大顆粒直徑煤粉則在折向擋板阻擋力下落回磨碗進(jìn)一步碾磨，其中安裝于分離器體下部的折向板，其主要作用就是對(duì)煤粉氣流中加大顆粒的煤粉進(jìn)行初級(jí)分離，分離后煤粉和氣流上升并通過(guò)分離器主體進(jìn)入葉輪裝置。當(dāng)煤粉混合氣流接近轉(zhuǎn)子時(shí)，氣流中的煤粉顆粒受到葉輪裝置轉(zhuǎn)子的強(qiáng)大撞擊力，其中一些較大的煤粒在轉(zhuǎn)子離心力作用下被甩出，而一些較小的煤?？赏ㄟ^(guò)葉輪裝置轉(zhuǎn)子，進(jìn)入到煤粉管道。其中，較大的煤粒在轉(zhuǎn)子離心力作用下，被甩出的煤粉顆粒再次返回磨碗重新碾磨，可稱之為謂二級(jí)分離，綜上煤粉在磨煤機(jī)里進(jìn)行重復(fù)循環(huán)碾磨。

圖2 HP磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 石子煤排放多原因分析

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行總結(jié)和設(shè)備結(jié)構(gòu)分析，可能造成增加石子煤排放的原因有以下幾方面。

一是磨煤機(jī)類型。一期的MPS磨煤機(jī)是碗形磨盤，磨輥及磨盤研磨時(shí)呈曲線形。二期的HP磨煤機(jī)是錐形磨碗，磨輥及磨盤研磨時(shí)呈直線。二期磨煤機(jī)研磨距離和時(shí)間比一期短，造成石子煤比一期多。在采用HP磨的同行電廠，均反映存在石子煤較多的問(wèn)題。一些電廠為方便清理，還特地做了石子煤封閉排放的改造。

二是磨輥的彈簧加載力不足。在對(duì)磨煤機(jī)做預(yù)防性維護(hù)時(shí)，檢查并調(diào)整了加載力至20.1MPa，加載螺栓頭部與磨輥頭之間的間隙在0.5～1.5mm，且符合廠家圖紙要求。最后，運(yùn)行觀察石子煤依舊多。

三是磨輥與磨盤襯板的間隙不符，或者兩者磨損過(guò)大，造成了出力不足，影響了碾壓效果。針對(duì)此問(wèn)題在預(yù)防性維護(hù)時(shí)，測(cè)量磨輥與磨盤間隙，根據(jù)兩者的磨損量來(lái)調(diào)節(jié)成圖紙所要求，并對(duì)磨輥磨盤進(jìn)行堆焊。相當(dāng)于重置磨輥及磨盤出廠設(shè)計(jì)，但石子煤排放量并未減少。

四是磨煤機(jī)入口風(fēng)量偏低。針對(duì)此問(wèn)題，技術(shù)人員檢查了各臺(tái)磨的混合風(fēng)管及入口的導(dǎo)流板，未發(fā)現(xiàn)異常。

五是磨煤機(jī)動(dòng)靜環(huán)的通風(fēng)面積過(guò)大。在風(fēng)環(huán)的通風(fēng)面積過(guò)大時(shí)，在相同的風(fēng)量下，相當(dāng)于降低了磨煤機(jī)的入口風(fēng)量，風(fēng)量降低，則會(huì)造成石子煤排放量增加。參考磨煤機(jī)說(shuō)明書(shū)，磨煤機(jī)一次分離結(jié)構(gòu)類型為磨碗側(cè)的動(dòng)環(huán)熱空氣從側(cè)機(jī)體進(jìn)入，然后沿著旋轉(zhuǎn)的磨碗外徑上升。裝在磨碗上的葉片（稱為葉輪）使氣流趨于垂直方向。在磨碗外緣上，較小較輕的煤粒被氣流攜帶向上，而較重的不易磨碎的外來(lái)雜物穿過(guò)氣流落入側(cè)機(jī)體區(qū)域，形成了石子煤。

綜上，經(jīng)過(guò)對(duì)HP型中速磨煤機(jī)工作原理和石子煤成因的認(rèn)真分析，可以減小磨碗邊緣與分離器體的間隙，以及葉輪裝置處的通風(fēng)面積來(lái)提高局部區(qū)域的氣流速度。葉輪處的風(fēng)速不能低于40m/s，如果低于該值沒(méi)有碾碎的原煤也有可能從葉輪裝置處掉下同石子煤一同被排出，故有效控制葉輪裝置處一次風(fēng)風(fēng)速是控制石子煤排量的根本。對(duì)于HP磨煤機(jī)來(lái)說(shuō)，控制葉輪裝置處的風(fēng)速主要是通過(guò)減小磨碗邊緣與分離器體的間隙和葉輪裝置處的通風(fēng)面積，即減小流通截面來(lái)提高風(fēng)速。所以合理選擇葉輪裝置處過(guò)流風(fēng)速是提高磨煤機(jī)石子煤分選效率的最佳途徑，重新設(shè)計(jì)葉輪裝置密封方式是控制葉輪裝置處一次風(fēng)風(fēng)速最佳方式。

4 改造方案實(shí)施

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜環(huán)通風(fēng)面積較大，而造成面積增加的主要原因是靜環(huán)密封條大多數(shù)采用單面焊接，容易脫落，造成風(fēng)環(huán)通風(fēng)面積變相增加。為此得出該電廠磨煤機(jī)動(dòng)靜環(huán)通風(fēng)面積過(guò)大，是導(dǎo)致石子煤排放量增加的原因之一。

圖3 靜環(huán)密封條脫落

針對(duì)上述問(wèn)題，該廠擬定以二期4B磨煤機(jī)作為改造試驗(yàn)對(duì)象，參考設(shè)計(jì)圖紙如圖4所示進(jìn)行改造。

圖4 磨煤機(jī)原動(dòng)環(huán)截面圖

將110間隙調(diào)整為90mm，改造后的動(dòng)密封環(huán)如圖5所示。改造后經(jīng)過(guò)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)調(diào)整為90mm時(shí)已經(jīng)石子煤排放量大幅減少。再次為恢復(fù)出廠圖紙結(jié)構(gòu)間隙尺寸發(fā)現(xiàn)，石子煤排放量又出現(xiàn)增多的情況。為此表明，原有結(jié)構(gòu)造成了磨煤機(jī)動(dòng)靜環(huán)通風(fēng)面積過(guò)大的主要原因，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)間隙尺寸與現(xiàn)運(yùn)行情況不符。

圖5 4B磨煤機(jī)改造后的動(dòng)密封環(huán)

5 改造后效果驗(yàn)證及效益分析

該廠對(duì)4B磨煤機(jī)磨靜環(huán)通風(fēng)面積完成改造后，石子煤排放大大降低，由原來(lái)的每臺(tái)磨煤機(jī)每班石子煤排放量約6小車，減少到每臺(tái)磨煤機(jī)每班石子煤排放量1車，同時(shí)清理石子煤的間隔時(shí)間也縮短。石子煤的降低，即減少了對(duì)環(huán)境的污染及廢渣排放，同時(shí)也減少了煤炭的損失，也產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益。4B磨動(dòng)靜環(huán)密封改造前后對(duì)比見(jiàn)表1。

通過(guò)表1得出，4B磨動(dòng)靜環(huán)密封改造后，石子煤量由原來(lái)的6小車減少到1小車；清理工時(shí)由原來(lái)的4h減少到0.5h；維修工時(shí)由原來(lái)的30h減少到6h。為此表明，4B磨動(dòng)靜環(huán)密封效果較好。

表1 4B磨動(dòng)靜環(huán)密封改造前后對(duì)比分析表

4B磨動(dòng)靜環(huán)密封改造后，出力可達(dá)到出力60.6t/h，將其改造方案應(yīng)用到其余五臺(tái)磨煤機(jī)，六臺(tái)磨煤機(jī)改造后能夠滿足機(jī)組額定負(fù)荷需求還可以間隔停運(yùn)一臺(tái)磨煤機(jī)備用。對(duì)于火力發(fā)電廠而言，制粉系統(tǒng)是火電廠耗電大戶，若能滿足機(jī)組額定負(fù)荷、安全運(yùn)行和燃燒穩(wěn)定的前提下減少制粉系統(tǒng)廠用電的消耗，降低了廠用電率達(dá)到降低供電煤耗，實(shí)現(xiàn)“經(jīng)濟(jì)”發(fā)電。該廠若按每年每臺(tái)磨煤機(jī)平均運(yùn)行天數(shù)為220天，每年原來(lái)的6臺(tái)磨煤機(jī)減少到5臺(tái)磨煤機(jī)，則其節(jié)能的費(fèi)用為：6.0kV（工作電壓）×45A（工作電流）×1.73×0.85（功率因素）×220（全年運(yùn)行天數(shù)）×24h×0.34元/kWh（上網(wǎng)電價(jià)）=71.276萬(wàn)元，以此可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。

綜上所述，該電廠針對(duì)二期HP型中速磨煤機(jī)石子煤排放量偏大問(wèn)題，采取對(duì)4B磨煤機(jī)作為改造試驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)過(guò)對(duì)磨煤機(jī)磨靜環(huán)間隙由原設(shè)計(jì)的110mm調(diào)整為90mm改造后，石子煤量、清理工時(shí)及維修工時(shí)等都大幅度減少，同時(shí)經(jīng)常運(yùn)行觀察石子煤排放堵塞、石子煤刮板損壞和混合風(fēng)道因內(nèi)爆損壞等情況均未發(fā)生。