中速磨煤机系统典型故障分析处理及预防

　　某燃煤电厂350MW超临界直流锅炉配正压冷一次风直吹式制粉系统,采用长春发电设备总厂设计制造的MPS160HP-II型中速磨煤机。该型磨煤机采用液压加载系统,具有结构紧凑、体积小、重量轻、金属消耗少、投资低、磨煤电耗低、噪声小及煤粉的均匀性好等优点[1],在新建火电机组制粉系统中应用非常广泛。

　　MPS系列磨煤机是具有三个固定磨辊的外加力型辊盘式磨煤机,落到旋转的磨盘中间的煤在离心力作用下甩到磨盘瓦表面并经过磨辊的碾压,三个磨辊均匀布置在磨盘上,碾磨压力由液压缸提供,加载力通过加载架作用到三个磨辊上,磨辊和磨盘受到的加载力是由拉杆和液压缸实现的,最终作用到基础上。物料的干燥和碾磨是同时进行的,一次风从磨盘周围的动喷嘴环喷出,它起到干燥和把磨盘上碾碎的物料吹到中架体上部分离器里的作用,在分离器里完成粗细粉的分离,符合要求的煤粉被吹走,不符合要求的煤粉将落回到磨盘重新进行碾磨。石子煤、外来杂质和大块物料因重量较大,不能被一次风吹走,将通过喷嘴环的喷嘴落入中架体底部一次风室中,然后由刮板机构将其刮到排渣箱中排出。

　　1 典型故障分析处理

　　从2015年1月投入运行至今,磨煤机的缺陷故障相比其它设备总体偏多,尤其随着运行时间的增加,其故障逐步凸显出来。经过6年来检修维护经历,总结现场磨煤机比较常见的典型故障主要有振动和异音大、磨损严重、泄漏、断裂及其它异常等。需要说明的是,现场很多故障现象和原因并不是孤立而是互相关联和影响的。

　　1.1 振动和异音大

　　磨煤机的较大振动往往伴随着较明显的异音,振动和异音是平时进行设备巡检及故障分析的重要参考指标,一般通过人的感官感受磨煤机地基的整体振动情况,综合现场声音是否异常加以判断。其原因分析一般有以下几种情况:

　　液压加载系统作用力和反作用力设置不合理。此时需要运行人员根据磨煤机出力性能试验,结合现场实际振动情况适当调整作用力和反作用力,因为一般磨煤机性能试验针对的是设计煤种,日常运行中所烧煤质变化较大,此种情况在运行人员未及时发现2B磨煤机断煤(2016年1月)和2A磨煤机堵煤(2020年6月)得到明显体现;启动和停运磨煤机时磨煤机振动和异音经常较大。一般认为是磨辊降落提前或提升滞后。当启动磨煤机内煤量较少时磨辊提前降落或停运磨煤机磨内煤量较少时磨辊提升滞后,均会造成较大振动和异音。此种情况在现场启停磨煤机时时有发生,这就要求运行人员严格执行启停磨程序,避免对磨煤机的损坏。

　　煤的可磨性系数变化较大。当煤质较软、可磨性系数HGI很大、偏离设计煤种较多时,由于同样的给煤量,当可磨性系数很大时磨内煤层较薄,也会引起磨煤机振动大。当燃煤可磨性系数长周期偏离设计煤种时,需重新进行磨煤机出力性能试验,以确定最合适的调整方式;磨煤机内有较大异物。根据经验,磨内异物一般来至原煤、磨内螺栓或防磨护板等脱落及工器具遗留等所致。鉴于此,磨煤机每次检修完毕后务必要仔细检查磨内有无异物遗留,防止返工引起不必要的麻烦。2019年5月1A磨煤机发生启动后振动和异音较大不得不停磨检查,发现是2个580×260mm长撬棍遗留在磨内所致。

　　液压站蓄能器损坏。提供液压加载作用的液压油系统中,在每一个拉杆液压缸处均设置氮气式蓄能器,当氮气压力不合适或蓄能器气囊损坏时,会导致此拉杆作用力及反作用力压力较大波动进而使三个拉杆升降不同步而产生较大振动;拉杆与中架体导向板间隙过大。每处拉杆两侧均设有导向板,分承载侧和非承载侧。正常情况下承载侧导向板无间隙,非承载侧间隙为4～6mm[2],当承载侧和非承载侧间隙之和大于8mm时,会引起加载架拉杆在上下往复运行中存在水平方向摆动现象,进而造成磨煤机较大振动和异音。此时可通过加减垫片或更换导向板调整间隙。

　　磨辊摆动角度过大。正常情况下,磨辊可在与垂直方向成12～15°角度[1]范围内自由摆动以利于煤质的更好研磨,但随着辊支架与辊连接架磨损的加剧,辊支架与辊连接架间隙变大,辊摆动范围过大,使辊套和磨瓦研磨接触区域上移至磨瓦外周顶部,造成磨煤机较大振动和异音。2019年9月2E磨煤机通过在6处辊支架和辊连接架处同时加50×30×3mm的耐磨钢板,将振摆角度由18°调整至15°,取得了良好的减振效果。

　　1.2 磨损严重

　　磨煤机的磨损是较常见的故障,主要表现在磨煤机磨辊辊套和磨瓦、刮板、辊支架、动喷嘴环、中架体内壁、分离器顶部、磨内密封风管及煤粉管道等,尤其以磨内一次风出口迎风面的结构件磨损更为严重[2]。其原因分析一般有以下几种情况:

　　磨煤机负荷影响。对比同期的1号炉(50MW背压供热机组)磨煤机,由于其平均磨煤机负荷低,约为2号炉(350MW超临界直流炉)磨煤机负荷的1/2,运行6年来其磨内结构件磨损情况总体良好,更未发生一起由于磨损导致泄漏故障。而2号炉磨内磨损情况非常严重,因磨损导致泄漏情况近两年来也频繁发生,同时2号炉5台磨煤机辊套和磨瓦平均寿命6500小时,远小于1号炉4台磨的9500小时。

　　煤质影响。当煤质较硬、石子煤量偏多时,较多的石子煤进入刮板室,使刮板磨损较快。刮板磨损严重时会导致刮板室内大量石子煤无法及时排出,不但使一次风无法足量送入磨煤机内,导致磨煤机出力明显降低,而且会直接导致堵磨发生,引起严重后果。根据现场5台磨实际检修发现刮板的磨损频繁程度,一年来,按照缩短磨煤机厂家提供刮板定期检查周期2000小时至1500小时后,刮板磨损得以及时修复,未连锁其它故障发生。

　　风速及风粉混合物的冲刷磨损。磨煤机动喷嘴环处风速能达到75～85m/s[3],加之煤粉颗粒的持续冲刷,使得动喷嘴环及辊支架、中架体内壁,甚至包括分离器顶部20mm厚钢板局部(尤其是分离器内5个煤粉管道进出口边沿处)都已磨穿。现场检修采取对动喷嘴环36个喷口叶片堆焊成相同的3层台阶状减速带,不但有效减弱了喷嘴环的磨损,而且使一次风速适当降低,有效减轻了对后续结构件的磨损。对磨辊辊套及磨瓦的磨损,除磨煤机负荷大小、风粉混合物持续冲刷强度、煤质硬度和杂质等对其磨损有较大影响外,碾磨压力的大小及辊套和磨瓦的材质也会直接影响辊套和磨瓦的磨损速率及寿命,考虑实际运行情况,要求严格规范调整碾磨压力及原煤净化外,电厂已在2020年5月2C+修期间对2A和2E磨煤机辊套及磨瓦采用高铬铸铁及选用耐磨焊丝堆焊处理,从现已运行4000小时只有轻微磨损外,此处理明显延长辊套和磨瓦的寿命,参考兄弟电厂经验,其预期寿命将达12000小时左右。

　　对于中架体内壁,可采取贴补并钎焊耐磨陶瓷的方式进行防磨处理,也可对需修复部位进行打磨清理后涂以高温耐磨修补剂,实践证明效果良好。对于辊支架,磨损更易发生在磨内一次风喷口两侧的辊支架迎风面处,虽然在每个迎风面处均有螺栓固定的防磨护板,但护板磨穿后直接将内部的辊支架架体严重磨损的情况偶有发生,2020年2C+修期间2A磨检修发现一辊支架架体严重磨损,险些酿成辊支架设备断裂损坏严重事故。鉴于此,除严格按照技术要求验收护板螺栓紧固、确保护板耐磨材质、适当缩短护板检查周期外,保证动喷嘴环流线型式的均匀性尤为重要,以防一次风对局部护板的不正常长期冲刷磨损。

　　对落煤管的磨损,主要发生在给煤机出口至磨煤机入口倒四棱台型管径缩小处、可调伸缩节处及连接法兰处,对出粉管的磨损主要发生在管道弯头及连接法兰处,采取将落煤管及出粉管磨损严重处的短节予以更换并全部在管道内部贴满10mm厚防磨陶瓷(95瓷)方式,磨损和泄漏得到有效治理。对分离器顶部钢板的磨损采取挖补焊接16Mn耐磨钢板的方式,取得了良好的耐磨效果,值得一提的是,鉴于2020年9月2A磨煤机曾发生分离器异常跳闸不安全情况,经各专业认真原因排查和分析,确认为煤粉管内陶瓷脱落所致。因此建议分离器顶部钢板内部不宜采取贴补陶瓷的方式进行耐磨处理,主要因为贴补或钎焊的陶瓷在风粉混合物的持续冲刷作用下脱落后,受到分离器内筒离心力作用易卡在旋转的动叶片和静叶片之间,造成分离器转速急剧下降至零,电流异常突升,分离器跳闸,严重影响磨煤机的运行安全。

　　对于密封风管的磨损,除发生在磨内环形母管下部外,更多磨损集中在环形母管与3处水平支管连接的下部,2019年5月2C+修期间2A磨发生大量煤粉因支管与母管连接处密封风管磨穿后进入磨辊轴承室内,所幸发现及时未造成轴承严重损坏事故。现在做好定期检查检修密封风管的同时,通过对磨内密封风管下部焊补120°耐磨弧形瓦的方式做好预防性工作以后,至今未发生密封风管磨损磨穿现象。

　　1.3 泄漏

　　磨煤机系统泄漏的现象主要包括漏粉、漏风漏灰、漏油,不仅严重影响现场制粉系统区域设备文明卫生和环境,而且存在较大的安全隐患,究其原因主要为设备结构件的磨损及密封件的老化损坏,现主要通过现象进行分析处理。

　　漏粉,主要发生在煤粉管道进出口、弯头、管道变径处、中架体外壁及分离器等因磨损磨穿而发生泄漏,此外,现场实际在导向板螺栓、出粉管风速测点、分离器压力和温度测点等处也易发生漏粉现象,由于磨损磨穿而导致的泄漏采取前述的治理方式后效果明显,对导向板螺栓处的漏粉处理除做好比如垫片、密封胶带等细节外,做好磨煤机的振动治理也很重要,因为很多螺栓的松动是由长期振动较大所致。对热工测点的治理,一般可通过焊补的方式堵漏,但在焊接前有必要进行漏点附近金属测厚以了解漏点周围磨损情况进而决定焊补面积。

　　漏风漏灰,主要发生在磨煤机入口前热一次风管道调节门及管道上。由于磨煤机运行时热一次风调节门经常投入自动控制以调节进入磨煤机内的总风量,调节门轴在320℃左右温度下频繁动作致门轴盘根加速老化、密封不严或高温失效,甚至直接被吹掉等造成漏风夹杂细灰颗粒,给设备治理带来一定的困难和隐患。现场检修发现,调节门密封填料采用的是普通10×10mm石墨盘根绳,密封效果不理想为泄漏的主要原因。通过改进密封材料,采用闭口成型碳纤维填料φ35×45×8和闭口成型石墨镍基填料φ35×45×8的有序混装,密封效果得到较大改善,更换周期由之前约3个月延长到12个月左右,大大减少了检修维护工作量,同时降低了安全风险。对于热风管道的泄漏,2020年10月和11月接连发现2A和2D磨煤机一次风管道在同样的磨煤机入口弯头处出现了多个磨穿漏点,漏风漏灰,伴随保温吹损及泄漏呼啸声,检查分析为弯头处受热风长期严重冲刷所致,对漏点进行焊补并举一反三进行排查测厚等,需引起重视。

　　漏油,主要发生在磨煤机液压油系统中,润滑油系统相对较好。液压油的泄漏经常发生在液压油管接头及蓄能器底部处,主要原因是密封件的老化损坏及油管的振动等。通过确保液压油管管夹固定可靠牢固及多举措控制磨煤机的振动等措施,彻底扭转了漏油现象,近三年来未发生液压油泄漏事故,通过对蓄能器底部密封组件及各连接油管密封件的预防性检查检修,很好的控制了渗油现象的发生。

　　1.4 断裂

　　运行6年来,磨煤机内部件断裂主要为2017年12月2E磨动环部分(16颗)M20×50螺栓断裂和2019年7月2A磨动环圆周18颗M20×50螺栓全部断裂,同时2A磨煤机伴随检修大门处2200×150×8mm静环撕裂及刮板脱开现象。2A磨煤机发生在满负荷运行中,磨煤机电流由额定电流35.6A急剧上升至39.3A,立即现场检查发现磨振动严重并有巨大异响、石子煤排渣口被大铁块堵死现象。2E磨煤机动环螺栓断裂在磨煤机定期检查时被发现,由于磨辊提升后仍无法手动盘车磨盘,进一步检查发现动环翘起致使动静环摩擦,固定动环的18颗螺栓已断裂16颗。

　　对两台磨煤机事故原因全面排查分析认为,磨盘上整套11件磨瓦中每件磨瓦后底部均缺少2处40×40×3mm的垫铁,磨辊的碾磨压力除垂直作用于水平磨盘上外,还有水平碾磨分力本应通过磨瓦垫铁水平均匀作用在磨盘周向上,由于周向22处垫铁的缺失,磨瓦与磨盘周向存在间隙致碾磨水平分力直接通过磨瓦后上部传递给动环螺栓,与断裂螺栓均表现为水平剪切断裂相印证。从检修清理出的原煤中的螺栓、铁块等硬质异物,加剧了事故的进程。经与磨瓦厂家确认严格加装垫铁后,此断裂事故得以根本解决。

　　1.5 其它异常

　　磨煤机系统其它异常主要有磨分离器异常跳闸、液压油站作用力和反作用力无法正常加载及润滑液压油泵振动和异音等,这些异常也会直接影响着磨煤机的稳定运行,值得重视。2020年9月2A磨分离器多次异常跳闸主要表现为转速由104r/min异常至零,分离器电机电流由22.9A突增至65.9A后分离器电机跳闸,经全面检查分析认为煤粉管道内脱落的陶瓷片耦合原煤内较多麻绳、碎布带等杂物卡涩动静叶片所致;2020年11月16日4:01分2C磨分离器异常跳闸在2:08分分离器润滑脂低油位报警后,原因分析为分离器润滑油泵正常情况下为间隔60min自动启动,15s后自动停止,而在油位低报警时禁止启动,分离器润滑油泵长时间(设置时间:150min)未启后会首出“润滑故障”报警,3秒后触发分离器电机跳闸。

　　通过防止煤粉管道内防磨陶瓷脱落、净化原煤内异物及及时补充分离器2号通用锂基脂等措施可有效降低此类事故的发生。排除热控、电气因素外,比例溢流阀压力设置不合理、液压油颗粒度严重超标等致作用力或反作用力比例阀卡涩也是影响作用力和反作用力无法正常加载的重要因素。此类事故可通过做好油站防雨措施、定期滤油保证油质合格等有效加以预防。现场油泵的振动和异音多发于联轴器螺栓松动、GR38梅花垫破损或磨碎等,采用聚氨酯梅花垫和定期检查联轴器后,油泵的振动和异音问题明显减少。

　　2 典型故障预防措施

　　除及时精准处理已发生的设备故障外,有效的设备故障预防措施显得更为重要。一般情况下,故障的有效预防需要各部门及各专业协同配合才能事半功倍,现从检修、运行和燃料等方面提出对中速磨系统的典型故障主要预防措施:

　　检修加强对设备的定期预防性检查工作,根据现场实际,可有针对性适当缩短定期工作周期,研究分析设备故障原因,标本兼治,认真做好设备的优化研究,认真做好设备状态监测和分析,对寿命到期的易损件予以更换,对易发生的故障做好预防治理,举一反三,保证设备的安全可靠性;检修加强对设备故障和预防检修所涉及备品备件的采购及检查验收工作,确保备件数量和质量。

　　运行严格规范磨煤机系统启停程序,加强运行磨煤机系统设备各项参数的监视调整及现场的巡检频次,熟悉配煤掺烧情况,根据来煤品质做好操作调整及事故预想,发现问题及时解决;燃料精心合理配煤,确保除铁过滤器等净煤设备正常运行,防止铁块、木棍、碎布等杂物进入磨煤机内,同时保证来煤的湿度,防止原煤湿度过大导致堵煤、断煤等的发生;加强磨煤机系统检修各专业间的沟通协调,对故障进行综合分析及预防。