磨煤機風環(huán)部優(yōu)化改造分析

馮成凱 王浩南 周明

摘 要：某公司#2機組采用HP1003磨煤機，在磨煤機長期運行中，其內(nèi)部殼體磨損嚴重，噴嘴環(huán)上部循環(huán)倍率高，同時石子煤排出量較大。磨煤機風環(huán)部作為一次風導(dǎo)流的關(guān)鍵部分，其設(shè)計結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了磨煤機下部流場的惰性差異，從而會影響磨煤機的運行性能以及能耗。鑒于此，通過對磨煤機風環(huán)部進行優(yōu)化改造，解決HP1003磨煤機出現(xiàn)的種種問題。

關(guān)鍵詞：HP1003磨煤機;風環(huán)部;優(yōu)化改造

中圖分類號：TH17? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）12-0056-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.015

0? ? 引言

HP1003磨煤機主要是通過作用于3個磨輥裝置上的彈簧加載力，將磨碗上的原煤碾碎，碾碎的原煤在一次風的作用下被卷起向磨煤機頂部運動。風環(huán)（葉輪裝置）是中速磨煤機不可或缺的部件，直接影響中速磨煤機的通風阻力和磨煤機石子煤排放量。風環(huán)處的阻力變化十分復(fù)雜，與磨機負荷、熱風溫度、原煤粒度、入磨風量等有關(guān)[1]。

在磨煤機長期運行過程中，不同風環(huán)的設(shè)計對其內(nèi)部殼體的磨損不一，同時中部殼體上部會出現(xiàn)風粉混合物循環(huán)倍率高的情況。為減少殼體的磨損，解決風粉循環(huán)倍率高的問題，通過分析和研究中部流場的機理，對磨煤機的風環(huán)裝置進行了可行性優(yōu)化設(shè)計。

1? ? 改造前結(jié)構(gòu)分析

磨煤機的直板式節(jié)流風環(huán)包括與磨碗連接的葉輪、防止葉輪磨損的耐磨板以及調(diào)節(jié)風環(huán)最外圓與一級分離器體襯板間隙的可調(diào)罩。在整個旋轉(zhuǎn)風環(huán)裝置中，起主要作用的是旋轉(zhuǎn)風環(huán)上均布的出風口，出風口的面積與一次風通過的速度成反比，也決定了磨煤機攜帶風粉的能力和混合均勻度。此種風環(huán)采用單獨的均布葉片，節(jié)流葉片在一次風作用下磨損速度快，同時在旋轉(zhuǎn)風環(huán)上部，磨煤機殼體有一定的磨損，需要定期對其內(nèi)部進行檢查，在一定程度上增加了其檢修工作量[2-3]。改造前結(jié)構(gòu)如圖1所示。

同時葉輪裝置上部殼體有一圈凸出的三角體，對煤粉的預(yù)分離有一定作用，此區(qū)域壓力場變化相差較大，部分區(qū)域會產(chǎn)生風粉渦流，殼體在磨煤機運行過程中逐漸磨損。

根據(jù)多年來磨煤機的運行情況來看，此種結(jié)構(gòu)的風環(huán)主要靠旋轉(zhuǎn)的動葉輪對一次風粉混合物進行導(dǎo)流，這也是磨煤機內(nèi)殼體磨損較為嚴重的情況之一。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)ZGM磨煤機的風環(huán)部分存在著安裝在殼體上的靜環(huán)結(jié)構(gòu)，靜環(huán)部分對風環(huán)上部殼體具有保護作用，一次風螺旋式上升，減少了殼體的磨損。由于該結(jié)構(gòu)風環(huán)較ZGM式噴嘴環(huán)的通風面積大，故在一定程度上降低了一次風對煤粉的攜帶能力，排渣量在運行過程中有不斷增加的趨勢。

根據(jù)HP1003磨煤機葉片布置情況，獲得了磨煤機在通風條件下的壓力云圖，如圖2所示。

由圖2可以看出，磨煤機風環(huán)在一次風吹過的作用下，通過每個葉片的壓力各不相同，在葉片的左下方壓力明顯大于右上方。壓力不同，通過葉輪30個葉片出風口的速度則不同，速度分布與壓力分布緊密相關(guān)，通過右上方區(qū)域葉片的速度較大，在磨煤機的右上方區(qū)域所在位置的殼體磨損情況不同，會出現(xiàn)參差不齊的現(xiàn)象[4]。同時，左下方區(qū)域則是落渣聚集的區(qū)域，會較右上方位置的落渣量大。所以通過調(diào)整風環(huán)處的結(jié)構(gòu)形式來改變一次風流通區(qū)域的流場和壓力是目前需要解決的問題之一，可以降低葉輪裝置區(qū)域的能量消耗[5]。

2? ? 改造后結(jié)構(gòu)分析

改造涉及的范圍主要包括拆除原有的HP1003磨煤機延伸環(huán)、葉輪裝置以及殼體擋風板，同時對靜環(huán)部分進行焊接，通過螺栓把和對旋轉(zhuǎn)動環(huán)進行安裝固定，其示意圖如圖3所示。

2.1? ? 改造原理

新型葉輪裝置（旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)）主要在結(jié)構(gòu)形式上進行了重新設(shè)計和計算，結(jié)合了ZGM磨煤機噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)特征，針對HP磨煤機進行了性能優(yōu)化。旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)改造主要將原葉輪裝置動葉環(huán)以及延伸環(huán)取消，增加新型的旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)和焊接于殼體內(nèi)壁的靜環(huán)裝置，殼體內(nèi)壁的擋粉錐取消，增加殼體防磨板。該結(jié)構(gòu)的一次風通流面積主要取決于原煤質(zhì)情況和風煤比，正常情況下風煤比控制在1.8左右，以保證合適的通風流速[6]。同時新型噴嘴環(huán)考慮了動靜環(huán)易磨損的情況，針對動環(huán)葉片進行了防磨處理，靜環(huán)進行了鑲護板耐磨處理。

2.2? ? 改造介紹

根據(jù)原HP1003磨煤機葉輪裝置整體和接口尺寸，并通過流速計算，在合理的范圍之內(nèi)，得到了新型葉輪裝置示意圖，如圖4所示。

2.2.1? ? 靜環(huán)結(jié)構(gòu)

磨煤機靜環(huán)上部磨損嚴重，因此磨煤機的靜環(huán)加裝分段式護板，護板采用進口耐磨材質(zhì)，表面硬度達到HRC45～50。上端用螺栓與靜環(huán)座把合固定，此結(jié)構(gòu)磨損后更換方便，靜環(huán)外壁貼上新型的耐磨材料，以延長靜環(huán)的使用壽命，并保證與磨煤機其他結(jié)構(gòu)完整對接，滿足動靜間隙配合尺寸要求及安裝需要，提高耐磨性，且易于檢修更換。減少風粉混合物對機殼的沖刷，延長耐磨部件的壽命1～2倍，噴嘴靜環(huán)上部斜坡的設(shè)計，增強了靜環(huán)對風粉混合物的導(dǎo)流作用，有效改善了風粉氣流對噴嘴上部殼體的沖刷作用，結(jié)構(gòu)設(shè)計上解決了噴嘴環(huán)上部循環(huán)倍率高的問題，減少了磨煤機內(nèi)部殼體磨損。

2.2.2? ? 動環(huán)結(jié)構(gòu)

動環(huán)采用焊接式，動環(huán)葉片均采用雙面復(fù)合高強度耐磨板，此設(shè)計使葉片更加耐磨，既減少了葉片出氣邊的磨損，又使風環(huán)處阻力進一步降低。葉片上方貼有一層扁鋼，通過調(diào)整扁鋼的寬度，改變通流面積，調(diào)整風環(huán)流速。動環(huán)傾斜角度的設(shè)計，充分考慮磨煤機“沸騰區(qū)”的碾磨特性，加大風量以攜帶和干燥更多的煤粉，使煤粉在懸浮中可以更好地利用垂直分速度，保證磨煤機既可滿足煤粉干燥和輸送需求，也能盡可能地降低噴口流速，減少沖刷磨損。同時，動環(huán)采用了分段的設(shè)計形式，便于日常的維護檢修和更換。改造后的噴嘴環(huán)，擴大了磨煤機對煤種的適應(yīng)范圍。

2.2.3? ? 阻風擋渣環(huán)

阻風擋渣環(huán)的設(shè)計主要考慮降低排渣量，在相同轉(zhuǎn)速下，將排渣量控制在一定水平。同時該結(jié)構(gòu)通過螺栓把合在動環(huán)之上，控制一次風的通流面積，在合理的風煤比情況下，保證一次風通過噴嘴環(huán)的流速在設(shè)計的范圍之內(nèi)[5]。

3? ? 旋轉(zhuǎn)噴嘴環(huán)計算分析

為了保證磨煤機的正常運行，根據(jù)設(shè)計煤質(zhì)的熱平衡計算結(jié)果，依據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5145—2012），流速控制在75～85 m/s。

單個葉片截面積：

Ablade=W×T+2-×r2=1 800 mm2

整圈噴嘴口通風面積：

Aring=×（D22-D12）×cos θ-n×Ablade=498 010 mm2

間隙通風面積：

Agap=×（D32-D22）=76 250 mm2

噴嘴環(huán)通風流速：

v=×106=77.352 m/s

葉輪裝置經(jīng)過改造后，在最大出力的情況下其流速為77.352 m/s（風煤比為1.8左右），改造后其流速大于原設(shè)計流速，主要考慮磨煤機風粉流場和出力的因素[7]。

4? ? 改造后效益分析

4.1? ? 主電機電流情況

通過對磨煤機進行改造前后的性能試驗，得到了其在改造前后45 t/h出力、相同細度下的電流情況：改造前給煤機出力為45 t/h，R90=19.32%，磨煤機主電機電流為53.2 A，在相同工況條件下，改造后磨煤機主電機電流降低為50 A左右，改造后電流下降。

4.2? ? 排渣情況

根據(jù)對改造后磨煤機安裝新型葉輪裝置的排渣量的日常巡查和統(tǒng)計，改造后其排渣量較以前降低，石子煤在改造后平均減少41.25 kg/h。葉輪裝置改造后，石子煤量明顯降低，達到了預(yù)期效果。

4.3? ? 殼體磨損情況

在改造后半年進行了定期檢查，檢查發(fā)現(xiàn)，改造后的葉輪裝置及其附件磨損量較小，殼體與之前相比磨損速度明顯降低，改造風環(huán)可以有效減少磨煤機的檢修工作量，降低磨煤機的檢修維護成本，提高設(shè)備可靠性。

5? ? 結(jié)語

改造前后試驗證明，將HP1003磨煤機的葉輪裝置進行新型改造后，提高了風環(huán)風速，磨煤機的石子煤排放量降低，磨煤機的性能得到了提高，主電機電流降低，達到了節(jié)能降耗的目的，同時新型葉輪裝置的磨損和殼體磨損明顯減少，檢修周期得到了延長，降低了維護費用，對HP磨煤機的改造具有指導(dǎo)意義。

[參考文獻]

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[5] 朱憲然，趙熙，趙振寧，等.基于數(shù)值模擬方法的中速磨煤機石子煤排放研究[J].熱力發(fā)電，2010，39（11）：37-40.

[6] 火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定：DL/T 5145—2012[S].

[7] 趙振寧.中速磨制粉系統(tǒng)一次風運行參數(shù)整體優(yōu)化[J].中國電機工程學報，2010，30（S1）：124-130.

收稿日期：2022-03-07

作者簡介：馮成凱（1986—），男，浙江人，工程師，研究方向：電廠鍋爐檢修設(shè)備管理工作。