HP863型磨煤机应用翼型风环降低石子煤排放量

江凝音

摘要：辽宁东方电厂锅炉HP863型中速磨煤机存在的偏离设计煤种，导致石子煤排量大问题，本文从磨煤机工作机理和问题产生的原因进行分析探讨，并提出综合应用翼型风环等改进方法解决石子煤排放大问题。经综合改进后效果明显，解决HP863型中速磨煤机石子煤排放大问题，保证了锅炉磨煤机在适应多煤种带负荷能力下的安全可靠运行。

关键词：HP863型磨煤机；翼型风环；原因分析；综合改进；改进效果；

HP863 coal mill uses airfoil air ring reduce

thedischarge of gravel and coal

Ning Yin Jiang

(Liaoning Dongfang Power Generation Co., LTD. Fushun Liaoning 113007）

Abstract:In this paper, the deviation from the design of type HP863 medium-speed coal mill in Liaoning Dongfang Power Plant and the large problem of gravel coal discharge are analyzed and discussed from the working mechanism of the coal mill and the causes of the problem, and the improved methods such as airfoil air ring are proposed to solve the big problem of gravel coal discharge. After comprehensive improvement, the effect is obvious, which solves the big problem of gravel coal discharge of HP863 medium speed coal mill and ensures the safe and reliable operation of boiler coal mill under the load capacity of multiple coal types.

Key words:HP863 pulverizer; Airfoil wind ring; Cause analysis; Comprehensive application; Improve the effect;

前言

辽宁东方电厂350 MW机组锅炉HP863型中速由于偏离设计煤种，运行中存在石子煤排量大问题。经过对HP863型磨煤机产生问题的原因进行分析基础上，结合现场实际，提出解决石子煤排放大问题的处理解决措施并取得较好效果,为解决相类似问题提供参考。

1 设备概述

辽宁东方发电有限公司2台350MW锅炉是采用美国燃烧工程公司(CE)的引进技术设计和制造。锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1165/17.45-YM1型锅炉，为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，设计燃用烟煤。锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，最大连续蒸发量为1165t/h；机组电负荷为350MW(即额定工况)时，锅炉的额定蒸发量为1093.56t/h。

每台锅炉配置5台上海重型机器厂生产的HP863型中速磨煤机，设计运行方式是4台运行，1台备用。

2 HP863型磨煤机工作机理

HP863型磨煤机电动机通过减速机带动磨盘转动，原煤从磨煤机中央落煤管落到磨环上，旋转磨环借助于离心力将原煤运动至碾磨滚道上，通过磨碗进行碾磨。三个磨辊沿圆周方向均布在磨盘滚道上，碾磨力则由弹簧加载系统产生。同时热一次风从进风口进入磨内，通过风环均匀进入磨环周围，原煤的碾磨和干燥同时进行，将经过碾磨从磨环上切向甩出的煤粉混合物在磨盘边缘烘干并被风环高速气流带起输送至磨煤机上部的分离器，在分离器中进行分离，粗粉从锥斗落到磨盘被分离出来返回磨碗重磨，合格细粉被一次风带出分离器，难以粉碎且一次风吹不起的较重石子煤等通过风环到一次风室由刮板刮出排渣箱，由人工定期清理。

下图1为HP863型磨煤机工作机理图

图 1 HP863磨煤机风、粉流程

3 HP863型磨煤机运行存在问题

锅炉设计为燃用烟煤，但目前入厂煤以褐煤为主，烟煤为辅。褐煤主要产地有霍林河、西乌、扎哈左耳、赤峰等地，烟煤主要有铁法、抚矿粉煤、抚矿地方煤等。在机组运行的部分时段进行掺烧烟煤，掺烧比例小于30%。

HP863型磨煤机其设计煤种为烟煤，由于实际运行的煤种偏离设计煤种，受煤质及磨煤机出力等影响需5台磨煤机全部投入运行，没有备用磨。其石子煤排量也比较大，正常运行时石子煤量为给煤量的1-2%，在运行异常时还要增加。

石子煤量大不仅给清理工作带来困难，同时排出的石子煤夹杂部分原煤，还造成大量热值损失。

由于磨煤机石子排量异常大，排放稍不及时会造成石子煤刮板、下裙罩磨损损坏，入口一次风道严重堵渣，严重时会导致磨辊油脂变质，损坏磨辊总成。

4 导致问题产生的原因分析

HP863型磨煤机通过调节热风温度，能满足磨制不同水分煤质要求，达到所要求的水分。通常热一次风有两个主要控制量，即磨煤机出口温度和一次风在输粉管中的流速。前者既要保证燃煤在磨煤机内充分干燥，又不会因温度过高而引起磨煤机内部燃烧；后者则为保证适当的煤粉细度，并且不会因风速过高而使煤粉着火不稳定，也不会因风速过低而烧坏燃烧器。磨煤机出口温度和一次风在输粉管流速两个控制量均由磨煤机出口一次风温度控制器分别控制冷一次风门和热一次风门来实现。当磨煤机出口一次风温度变化时，测得的温度信号送到磨煤机出口一次风温度控制器，改变冷、热一次风的比例，以保证磨煤机出口一次风温度稳定。在这一调节过程中，由于冷、热一次风控制风门开度变化而引起一次风流量变化，一次风流量变送器将测得的流量信号送到磨煤机出口一次风温度控制器，经过温度修正后，同时控制冷、热一次风控制风门的开度，以保证一次风在输粉管流速的稳定。因此，热一次风量是否合理将直接影响磨煤机的出力的大小。在一定煤种情况下，保持合理的风煤比很关键。

由于HP型磨煤机是通过热一次风经过磨煤机一次风室风环为煤粉提供所需动能和干燥出力。因此，不仅要求风环气流速度应保证研磨区具有良好的空气动力特性，还应能将大部分煤粒托起，并将其煤粉带入分离器，其余少部分煤粒返回研磨区重新研磨。风环流速值必须合理，速度过高则煤粉变粗，阻力变大，通风电耗增加。风速过低则煤粉变细，磨煤出力降低，石子煤排放量增加。

现场实际运行的HP863型磨煤机热一次风获得所要求的一次风速的方法一直采用通过在风环上增加节流环达到减少一次风的流通面积，获得较高的风速的方法。

通过减小叶轮通流面积虽可保证一次风的动压处于一个较高值，但减小通流面积后叶轮阻力增大，使得节流损失加大，磨煤机的干燥出力受限。尤其在磨煤机低煤量时，在一定的风煤比情况下，一次风量也相应降低，由于磨煤机叶轮风环面积固定，所以必然造成一次风动能降低，使得煤粉回流增大，石子煤排量增多，石子煤排量的增多又增大了风环出口一次风阻力的增大，使得一次风量进一步受阻，在此形成恶性循环，严重时便诱发堵煤、着火现象的发生。

HP型磨煤机通过调整煤粉分离器，可达到不同煤质所需的粗细度，同时通过减少调节罩与一级分离器底衬板的间隙来降低一次风的漏流。由于调节罩与分离器底衬板间的密封结构设计的不合理，使得此处的密封效果不好且容易造成叶轮及磨辊轴的损伤，使调节罩易于磨损，因此后期此处一次风的漏流增大，体现为磨煤机出力衰减加快的现象。

因此，以上的原因造成了HP863型磨煤机适应煤种差、出力低、石子煤排量高的问题。

5 综合应用翼型风环等改进方法解决石子煤排放大问题

应用增加节流环的传统风速调节的方法，石子煤量控制不佳，风环磨损严重，磨损后易脱落，从而造成磨煤机的损坏。

如何高效利用热一次风，实现既能同时保证风环处一次风的风速在合理区间，又能保证输粉管中煤粉的合理流速，是解决问题的关键所在。对此处风环气流速度调整方法的改进，不同的改进方法也会有截然不同的结果。

因此，依据存在的问题和产生问题的原因分析，根据现场设备的实际情况，对磨煤机风环、侧机体等进行综合改进。

按照可较好控制风速，减少部件磨损，提高部件的使用寿命，减少石子煤排量的目的，对磨煤机风环改进为翼形风环及对调节罩、侧机体容积等进行综合改进以有效减少石子煤的排放量。

5.1应用高效“翼型”风环降低风环叶形所造成的形状阻力

目前现装HP型中速磨风环均存在风环叶片形状简单、不符合流体的运动规律的问题。其产生驻点的面积较大，因此产生的差压阻力较大。

同时，由于现装风环叶片均存在“小头大尾”的结构特点，因此流体在通过风环时不可避免的会产生诱导阻力，即漩涡。

作为调节风速的空气流量调节块风环通常为沿着风环周向整圈布置，因此实际中极易造成石子煤的堆积，特别是风环外圈调节块由于受到风环调节罩的阻挡，更加不宜脱落。实际中常常发生石子煤在此处的着火现象，增加了磨煤机运行中发生爆燃、火灾的几率，特别是燃用高挥发分褐煤的安全隐患。

针对目前HP型磨煤机风环叶片形状的这种“小头大尾”非流线型结构，且易于积煤的缺陷，基于流体力学的原理，在保持原有风环流通面积不变，风环整体几何尺寸保持不变的前提下，将风环的叶形改为“翼型”，以降低风阻系数Cw，达到降低阻力的目的。如下图2、3所示

图2 原风环改造前形状

改造后风环叶片“翼形”形状

图3 改造后风环形状

5.2 采用新型一级分离器与调节罩装置，降低一次风漏流造成的压降

作为影响热一次风漏流多少的一个重要数据就是HP磨煤机一级分离器与叶轮调节罩之间的间隙大小，间隙小则漏流就小，漏流小则一次风的压力损失就小。以往，由于受限于一级分离器的结构，调节罩需要兼顾耐磨及抗石子煤冲击的特性，往往在材质上不好选择，因此此处的密封效果一直也难于保证，尤其是磨损后期衰减速度很快，最明显的现象就是石子煤排量陡增。

原磨煤机叶轮调节罩结构单一，为一块直板与一级分离器间隙配合。随着调节罩的磨损，一次风漏流增多，石子煤排量随之增大。而且漏流方向正好直吹叶轮，加速了叶轮的磨损，缩短了使用寿命，同时也增大了安全隐患。

为解决此问题，将调节罩与一级分离器相应工作面改为斜面，这样既增大了间隙配合长度，又可以在调节罩迎风面使用高硬度的耐磨材料，达到既能减少一次风漏流的增加速度又能不直接吹损叶轮的目的，同时对一级分离器区域的空气动力场没有影响。

5.3 缩小一次风室容积

在热一次风焓值保持不变的情况下，通过降低热一次风容积比可以提高风环入口风压。

如图1所示，HP磨煤机热一次风由入口1-1至叶轮入口2-2过程，由于流速快，因此可以忽略与外界的热交换以及过程中的热损失，这个过程就可视为热力学中的等温过程。即，P1V1= P2V2。显然对于刚性流体来说，提高叶轮入口静压P2唯有提高一次风入口风压P1。气体的一个重要物理性质就是可压缩性，利用气体的这一重要特性，通过改造风室裙罩，扇形板等使一次风室的容积缩小，在一次风入口推动功相同的情况下达到提高叶轮入口静压的目的。实现以增大风环入口风压代替增加风环节流面积，实现提高风环出口速度从而达到降低石子煤排量，减少由于石子煤排放造成的风环出口阻力增加。

显然，在获得相同压力P2时，可以提高一次风的使用效率，而且也可以使低风量时一次风室内的静压较改造前提高，改善磨煤机低负荷时石子煤排放多，易造成一次风室着火的安全隐患，提升单烧高挥发分褐煤的安全性。

与传统提高风速方法比，在风环出口风速相同的情况下，风环的节流面积可以增大，亦即可以减小叶片的迎风面积，这样就可以使热一次风的流动阻力进一步降低，实现热一次风焓增的目的。

下图4为通过改进风室裙罩、内气封、扇形板，使一次风室的容积缩小，在一次风入口风量相同的情况下达到提高风环入口静压，增大风环入口风压代替增加风环节流面积，实现提高风环出口速度从而达到降低石子煤排量，减少由于石子煤排放造成的风环出口阻力增加。

图4 示意图及关键点说明

5.4 预期达到的目标

改进的目标为使该型磨煤机能稳定磨制目前常用煤种，提高磨煤机出力，减小磨碗压差、提高风环处风速，减少石子煤的排放，改造部件使用寿命提高的效果。

主要性能达到磨煤机在不同工况下、各种煤种、特别是低负荷、长周期运行的石子煤排量小于等于给煤量的0.5%；

磨煤机掺烧或单烧褐煤等高挥发份煤种，碾磨区域风粉混合均匀，磨出口温度在不低于55℃，出口各部风粉混合物温度偏差不大于3℃，能够稳定运行；

磨煤机最大设计出力时能保持连续稳定运行，磨煤机磨碗压差＜3KPa，磨煤机能适应多煤种的变化。

6 综合改进后效果

按照以上方法进行该型磨煤机综合改进后，经实际运行检验及各项主要参数的测定验证，该型磨煤机运行稳定，主要指标均达到了预期，取得较好效果。

改进后由于一次风室静压的提高，使一次风室叶轮入口各处的静压较改造前分布更为均匀，提高了叶轮入口各处流量的均匀性，改善了煤粉在分离器内的分离效果和均匀性。降低了高温区域一次风室、叶轮处易着火的风险，实现单烧高挥发分褐煤，拓展了该型磨适应煤种的范围。

由于避免了一次风对叶轮及磨辊轴的吹损，有效延长了叶轮与磨辊轴的使用寿命。调节罩工作面硬度的提高有效防止一次风能量后期的衰减速度，延长磨煤机的检修周期。

对改善低负荷石子煤偏多有明显效果，石子煤排量的减少，大大延长了刮板的使用寿命。

下表1为HP863磨改进前后性能对比：

表1 HP863磨改进前后性能对比

性能参数	工况1	工况2	工况3	备注
煤量（t/h）	15～20	25～30	35～40
改造后磨碗前后差压Kpa	1.5～1.6	2.1～2.5	2.6～2.9
改造前磨碗前后差压Kpa	1.89～2.1	2.8～3.1	3.2～3.8
改造后石子煤排放率Kg/h	60～80	90～110	0～150
改造前石子煤排放率Kg/h	260～330	300～350	450～600

改进后石子煤排量可控制在0.4%以内，以改造前石子煤平均排量1.5%，磨煤机平均出力30t/h,磨煤机年运行小时数6500h，石子煤热值6000KJ/KG计算，改进后每台磨每年可节约标煤30*（1.5%-0.4%）*6000/29271*6500=439t，以标煤单价700元/吨计算，每年每台磨可节约费用30万元。

7 结语

在目前煤价高企，企业为解决发电效益低问题，由单燃用烟煤，改为以褐煤为主，多煤种进行掺烧的方式以提高发电效益情况下，由此产生的HP863型磨煤机偏离设计煤种，受煤质等影响存在着适应煤种差，出力低，石子煤排量高等问题，影响机组安全经济稳定运行。本文通过分析HP863型磨煤机工作机理、问题产生的原因及结合现场实际提出综合应用翼型风环改进等方法解决以上问题。经综合改进后效果明显，解决了HP863型中速磨煤机石子煤排放大问题，保证了锅炉磨煤机在适应多煤种带负荷能力下的安全可靠运行。

参考文献

[1] 辽宁东方发电有限公司锅炉检修规程

[2] 辽宁东方发电有限公司锅炉运行规程

[3] HP863型磨煤机使用说明书

[4] 张 诚 制粉系统优化运行的分析。云南电力技术：2003年第2期

[5] 王贤明 HP863碗式中速磨煤机存在的问题及解决措施。浙江电力，2010年第9期

[6] 王廷德 HP中速磨煤机石子煤量大问题探讨与处理。工程技术(全文版) 2016年第6期

作者简介:

江凝音(1967)，男，工程师，从事火力发电厂热机检修技术研究

（收稿日期 2020-09-08）

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