ZGM113G型磨煤机出力不足原因诊断及改进措施

　　ZGM113G型中速磨煤机是北京电力设备总厂自行开发出的磨煤机系列产品,是以引进德国BABCOCK公司MPS磨煤机先进技术为基础充分消化吸收后开发的,具有很多优点,如检修周期长、石子煤排放量低、出力稳定、噪音低和抗三块(即铁块、木块和石块)能力强等[1],某电厂5、6号机组分别配备了六台ZGM113G型磨煤机,设计五用一备。实际运行中,由于掺烧经济煤种和磨煤机磨损等原因,磨煤机最大出力仅为47.0t/h,严重偏离设计值59.8t/h,已影响了机组带负荷的能力。根据ZGM113型磨煤机煤粉的制备过程(碾磨过程、干燥过程和分离过程)分析,碾磨出力、干燥出力和分离出力的不足都可能影响磨煤机出力,针对各个过程中的出力不足均有改造实施的业绩,也取得了良好的效果,如磨煤机出口转速的提升、磨辊和磨盘的改造、风环的改造、喷嘴动静环的改造和分离器的改造等,有单一技术应用的、也有综合应用的[2,3,4,5]。

　　1 概述

　　某电厂锅炉采用东方锅炉厂生产的超超临界变压运行直流锅炉,一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧,尾部烟气挡板调温、平衡通风、露天岛式布置、固态排渣、全钢架构、全悬吊结构∏型锅炉,锅炉型号为DG2060/26.15-II2。制粉系统采用中速磨,一次风机正压直吹式设计,磨煤机采用旋转式动环及静态分离器结构。电动机通过减速机带动磨盘转动,来煤由给煤机从中间进料口落在磨盘中央,同时热风从进风口进入磨内。随着磨盘的转动,物料在离心力的作用下向磨盘边缘移动,经过磨盘上的环形槽时受到磨辊的碾压而粉碎,粉碎后的煤粉在磨盘边缘被风环高速气流带起,大颗粒直接落到磨盘上重新粉磨,气流中的煤粉经过上部分离器时粗粉从锥斗落到磨盘重新粉磨,合格细粉随气流一起出磨送入炉膛进行燃烧,通过调整分离器可达到不同产品所需的粗细度。

　　目前长期运行高负荷且掺烧经济煤种的情况下,磨煤机运行中最大出力仅为47.0t/h。在520MW负荷时就需六台磨煤机运行,导致偏离设计参数(ZGM磨煤机设计参数:最大研磨出力(R90=16%,HGI=80,Mt=4%)87.7t·h-1,铭牌最大出力59.8t·h-1,磨环滚道中径2250mm,磨辊直径1850mm,磨环转速24.2r·min-1,磨环旋转方向顺时针(俯视),液压油压力4～16MPa,电动机转速992r·min-1,电机额定电流75A,磨煤机通风阻力(含分离器)≤6540Pa)。磨煤机出力不足导致制粉系统调节能力下降,给机组安全、经济运行带来了隐患。

　　图1 磨煤机的运行原理示意图

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　　2 磨煤机出力不足原因及改进措施

　　磨煤机入口一次风流场分布不均匀。在日常检修维护中发现,磨煤机的三个磨辊磨损量存在差异,一次风管道入口正对的磨辊相较于其他磨辊磨损量更大,影响了磨煤机的正常研磨出力。流场模拟结果表明,由于两股风在正对磨辊时静压大,携带煤粉的能力增强,一次风粉流对于该处磨辊的吹损加剧,导致磨辊出现磨损不均匀的情况。同时磨煤机磨盘及磨辊的硬度偏低,碾磨部件(耐磨件)采用高铬铸铁制成,较其他电厂使用的碾磨部件耐磨性偏差,长时间运行时加速了对内部部件的局部磨损,造成磨煤机碾磨出力低。

　　动静环磨损且间隙大。动静喷嘴环形成的环形气流对煤粉进行吹送,喷嘴环出口由于长时间受到煤粉的冲刷,风环喷嘴的表面和侧面磨损严重并改变了原有磨煤机内部气流的稳定性。风环间隙变大,较粗的煤粉不能被送到磨盘中重新研磨而落入石子煤排放箱,造成石子煤卡在风环间隙处,进一步加剧了风环的磨损。同时磨盘上方存在惰性区间,如图2所示,由于风环磨损造成喷口流通面积增大,一次风速降低,一旦喷嘴喷口速度过低势必造成在惰性区域停留的煤粉增多、磨煤机通风阻力升高,严重影响了磨煤机干燥和分离出力。

　　图2 磨煤机内部流场示意图

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　　图3 一次风道优化结构示意图

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　　分离器挡板卡涩。ZGM113G型磨煤机采用径向档板式粗粉分离器,属于静态分离器,主要由分离器壳体、折向门、内锥体、回粉挡板、折向门操作器、出粉口、落煤管等组成,在壳体的外部可对挡板的转角进行凋整。作用是将研磨区送来的气粉混合物中的粗颗粒分离出来,通过回粉挡板返回研磨区,符合燃烧要求的煤粉通过出粉口送入锅炉。进入磨煤机内部检查时发现,分离器档板卡涩严重,外部分离器刻度与内部实际刻度存在偏差,从而分离效率低、煤粉细度R90偏大、磨煤机阻力加大,出口粉管送粉量不均匀,煤粉细度调节特性差,影响了磨煤机分离出力。

　　从以上分析可知,影响磨煤机出力的主要因素为磨煤机碾磨出力、干燥出力和分离出力,提高磨煤机出力需从以上三方面入手综合治理,以6D磨煤机为研究对象采取了如下主要措施。

　　磨煤机入口一次风道优化设计。既要考虑对于一次风的导流效果,也要注意对于磨煤机本体通风阻力的影响。通过流场数值模拟,选取了导流效果相对较好且阻力较低的优化方案。该方案安装便捷,将风道导流板装于一次风入口的顺时针方向,共计三块,尺寸为350mm×200mm×12mm。导流板I不能阻挡气道入口,与筒壁切线角度30°,导流板II为25°,导流板Ⅲ为20°,各导流板间距为300mm(图3)。同时该设计可优化一次风旋向,降低一次风入口对侧的静压,使整个内部风场更加均匀,改善磨煤机内部部件局部的磨损。

　　磨煤机碾磨材质升级。对进口耐磨金属陶瓷复合辊套和衬板技术实施改造。金属陶瓷复合辊套、衬板是陶瓷颗粒与高铬铸铁一次性浇筑成型的。它是在高铬材料表面注入陶瓷颗粒形成金属陶瓷复合材料层,金属陶瓷复合材料层结合紧密,兼具陶瓷与高铬的特性,既有陶瓷的高耐磨性能、同时具备高铬铸铁的机械性能,不易碎裂、剥落。同时将辊套装置骨架油封、O型密封圈更换为进口长寿命产品,以保证整套装置检修周期同步。根据数据跟踪检测,金属陶瓷复合辊套磨损速率大大下降,约为普通高铬磨辊套使用周期3.5～4倍(图4),整体磨煤效率平稳。

　　更换新型喷嘴。为提高磨煤机干燥和分离出力、减少煤粉循环倍率,需提高喷嘴出口的局部流速。泰美科专利喷嘴的气道采用了扭曲挤压的流线型设计,在同样的一次风量下可达到更高的出口流速(图5)所示,同时保证气道的阻力比常规的喷嘴更低。该设计提高了一次风的送粉效率,高耐磨合金材料铸造也保证了设备的高效保效性。泰美科喷嘴在结构上改变了原有动静环的密封形式,通过喷嘴部分与密封部的配合形成了水平、竖直两个方向的间隙,既保证动静环之间无接触,又能使动静环间隙保持一个很低的状态,使得动静环间隙漏风率减少到忽略不计。改造后随磨盘一起旋转的是喷嘴部分,主要起到组织利用一次风的作用,也起到维持喷嘴装置与磨盘之间密封效果的作用。安装后喷嘴与密封部间同时形成水平和竖直间隙,动环与静环之间间隙允许范围在10(±5)mm,动环与挡环之间间隙允许范围在8(±2)mm。

　　图4 陶瓷复合辊套、衬板对比应用图

　　图4 陶瓷复合辊套、衬板对比应用图 下载原图

　　图5 泰美科喷嘴气道型式及其流场分布

　　图5 泰美科喷嘴气道型式及其流场分布 下载原图

　　分离器挡板的修复。检修检查时发现分离器档板挂有异物并卡涩严重。对异物进行了清理,卡涩档板进行逐片拆除并修复,保证每片档板叶片活动自如。重新连接后整体回粉挡板无异物卡塞,摆动灵活自如。档板壳体外部可对挡板的转角刻度与内部档板实际开度进行重新标定一致并可自由调整,根据试验确定了折向门挡板开度为30°。

　　3 实施后的效果

　　采取上述措施对6D磨煤机进行改进后,启炉后进行了最大出力验证试验。试验过程中逐步提升磨煤机煤量,观察磨煤机电流、差压及石子煤等参数,发现有堵煤迹象停止增加煤量,稳定运行2小时。当煤量增加至60.0t/h后,磨煤机入口一次风压力为7.41kPa,磨出口温度为75.4℃,磨碗差压2.66kPa,磨煤机电流为54.7A,折向门挡板开度为30%开度,实测煤粉细度R90为22.5%(设计煤粉细度R90=20.0%),煤粉均匀性系数为1.31,磨煤机运行稳定。

　　同时,通过SIS系统采集了6D磨煤机三个常用出力工况下(35.0t/h、40.0t/h、45.0t/h)的运行数据,选择出力稳定运行2小时以上且一次风量相近的数据,对改造前后的运行数据进行了对比得出如下结果:35.0t/h、40.0t/h和45.0t/h煤量工况下,磨煤机改造前/后电流分别为41.4A/38.1A、43.6A/40.5A和46.8A/41.7A;与改造前相比磨煤单耗降低了7.31～10.85%;35.0t/h、40.0t/h和45.0t/h煤量工况下,磨煤机改造前后进口压力分别为6.40kPa/4.66kPa、6.93kPa/5.64kPa和7.16kPa /6.21kPa,与改造前相比磨煤机进口一次风压力降低了13.27～27.18%。

　　6D磨煤机改造后效果极佳,出力达到铭牌最大出力60.0t/h,若推广至其余磨煤机,改造后能保证机组满发电的目标且保证有一台备用磨。由于制粉系统的耗电在厂用电占比较大,在保证机组安全运行的基础上减少厂用电的消耗,降低厂用电率降低供电煤耗,从而提高机组运行的经济性。若按每年每台磨煤机平均运行200天计算的话,5台磨煤机比6台磨煤机运行每年节能的费用(估算):6.0kV(电压)×42A(电流)××0.85(cos∮)×200天×24h×0.32元/kWh(电价)=57.0万元,经济效益可观。

　　4 结语

　　由于磨煤机入口一次风量分布的不均匀和磨辊材质等原因造成磨煤机磨辊磨损严重,且动静环密封间隙大、分离器挡板卡涩,造成了磨煤机碾磨出力、干燥出力和分离出力的不足。停炉检修期间,对其进行了改造,改造后应用效果极佳。若将该成果应用于其余磨煤机,单台机组每年预计可节约57.0万元,经济效益可观