中速磨煤機液壓系統(tǒng)運行優(yōu)化研究

曾國兵, 劉 聰, 魏佳佳, 胡勝利, 余長軍

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學院, 安徽 合肥 230051)

0 引言

在“雙碳”目標下，電力行業(yè)正發(fā)生著廣泛而深刻的變革，燃煤電廠定位為“托底保供”，這要求燃煤機組進行深度調(diào)峰。隨著燃煤電廠深度調(diào)峰的進行，機組峰谷負荷差距大，磨煤機運行故障率顯著升高。某火力發(fā)電廠機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的超臨界壓力、一次中間再熱直流鍋爐，制粉系統(tǒng)配有6臺ZGM113型中速直吹式磨煤機。磨煤機是制粉系統(tǒng)重要組成設(shè)備，其作用是將原煤碾磨成煤粉。大型機組磨煤機多采用磨輥液壓自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)給煤機煤量變化自動調(diào)整加載力，使磨煤機磨制的煤粉細度滿足鍋爐運行要求。

1 液壓加載系統(tǒng)工作原理

液壓加載系統(tǒng)的作用是控制與調(diào)節(jié)磨煤機加載力，是磨煤機的重要組成部分[1]。液壓加載系統(tǒng)由液壓油泵，蓄能器，比例溢流閥，液動換向閥，升降磨輥電磁換向閥，定、變加載電磁換向閥，安全閥，回油濾油器，冷卻器等設(shè)備組成，系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

圖1 液壓加載系統(tǒng)原理圖

液壓加載系統(tǒng)有自循環(huán)、變加載、定加載和升降磨輥四種運行方式[2]。磨煤機正常運行時液壓加載系統(tǒng)為變加載工況運行。變加載運行時，磨輥為降磨輥狀態(tài)，升降磨輥電磁換向閥在左邊位置；液動換向閥在右邊位置，為打開狀態(tài)，液壓加載切換為變加載運行方式，從而使定、變加載電磁換向閥切換至左邊位置。液壓加載系統(tǒng)液壓油系統(tǒng)流程為：油泵從油箱中吸油，油液經(jīng)濾油器、升降磨輥電磁、主油路進入加載油缸。另一路經(jīng)過定、變加載電磁換向閥、比例溢流閥、冷油器、回油過濾器回到油箱。比例溢流閥的開度根據(jù)DCS系統(tǒng)的電信號進行調(diào)節(jié)，即加載壓力隨給煤機煤量的變化而改變。

2 磨煤機運行中的問題及分析

2.1 磨煤機運行中存在的問題

制粉系統(tǒng)運行中發(fā)現(xiàn)存在各臺磨煤機低出力時振動大、制粉電耗偏高、磨輥磨損嚴重等問題；高負荷時，存在磨煤機出力受限等問題，無法滿足機組深度調(diào)峰運行要求。

2.2 問題分析

煤炭不同的可磨性與磨煤機中料層厚度不均勻，會導致磨盤不穩(wěn)，磨輥陷落和滑動，這是造成磨煤機振動的主要原因。磨輥陷落和滑動會加大磨輥不均勻性磨損，料層阻力也會隨著不均勻性磨損增加而增大，導致磨輥轉(zhuǎn)動時跳動增大，運行穩(wěn)定性下降，對煤層厚度破壞性增大，形成惡性循環(huán)過程；當磨盤與磨輥之間穩(wěn)定的料層厚度被破壞時，會造成磨煤機劇烈振動。

輥輪碾壓料層滾動狀態(tài)的壓應(yīng)力分布[3]表示如下。

p=khμ

(1)

式中，k表示物料抗壓系統(tǒng)，u表示物料狀態(tài)系數(shù)，取值范圍0～1。式(1)反應(yīng)了輥輪下物料比壓p和下陷深度h之間的數(shù)學關(guān)系，輥輪下物料比壓越大，輥輪下陷深度也就越深。

磨煤機磨輥的碾磨力為磨輥的重力和液壓加載力之和。磨輥的重力一定，液壓加載力變化，磨煤機的碾磨力則發(fā)生變化。即通過改變油缸中的液壓油壓力改變加載力，也就是說液壓油壓力越高，磨輥的碾磨力也就越大。液壓油油壓的大小是由比例溢流閥根據(jù)給煤量的變化進行自動調(diào)整的，其控制原理如圖2所示。

圖2 磨煤機加載系統(tǒng)控制原理圖

各磨煤機出廠時，根據(jù)磨煤機的設(shè)計煤種等參數(shù)，設(shè)置好磨煤機運行時液壓油工作壓力與磨煤機出力的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 液壓油工作壓力與磨煤機出力關(guān)系曲線

機組運行深度調(diào)峰期間，機組負荷差很大。低谷階段機組負荷較低，所需的煤量較低。在實際運行中，為減輕因磨煤機投入臺數(shù)太少，導致的爐內(nèi)溫度場不均勻，熱負荷太集中，水冷壁、過熱器熱偏差大的情況，會采用2臺磨的煤量維持3臺磨投入的運行方式，這就更使磨煤機長期低于最小出力運行，使得磨煤機出現(xiàn)劇烈振動、磨輥磨損嚴重、制粉電耗高等問題。磨輥嚴重磨損后，使得磨盤和磨輥的間隙增大，在磨煤機高負荷運行時，加載力又不夠，無法達到最大出力運行，煤粉細度也達不到最佳煤粉細度要求，機組運行不經(jīng)濟。

3 磨煤機運行優(yōu)化試驗

3.1 磨煤機摸底試驗

為充分了解各磨煤機運行狀態(tài)，在進行磨煤機加載油壓特性試驗之前對6臺磨煤機進行了摸底試驗，#22、#23、#25磨煤機內(nèi)部易損部件進行過更換，其他磨煤機內(nèi)部易損部件未進行更換。試驗時，各磨煤機磨制煤種的可磨性系數(shù)在74～82之間，差異較小，且處于正常煤種與易磨煤種之間，與設(shè)計煤種基本一致，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1所示。

表1 磨煤機摸底試驗數(shù)據(jù)匯總

續(xù)表

由磨煤機運行狀況及摸底測試數(shù)據(jù)可知：

(1)從磨煤機功率可知，由于#22、#23、#25磨煤機內(nèi)部易損部件進行過更換，所以內(nèi)部磨損較小，這三臺磨煤機功率明顯低于其他磨。

(2)從磨煤機加載油壓及其偏置可知，各磨煤機實際加載油壓均高于組態(tài)曲線中的設(shè)置值。

3.2 磨煤機加載油壓特性試驗

磨煤機加載油壓特性試驗方法是在保持其他運行參數(shù)不變的條件下，僅通過改變磨煤機加載油壓，得到磨煤機相關(guān)運行參數(shù)的變化規(guī)律，最后結(jié)合磨煤機振動、煤粉細度、磨煤機功率、進出口差壓等參數(shù)綜合分析比較，確定該磨煤機一定給煤量下最佳加載油壓。然后再改變磨煤機的給煤量進行一個煤量-加載油壓特性試驗，如此反復(fù)進行，最終得到磨煤機在不同給煤量下的最佳加載油壓，從而得出磨煤機磨煤量-加載油壓特性曲線。限于篇幅文中僅列出#22磨、#25磨在55 t/h給煤量情況下的試驗數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 磨煤機加載油壓特性試驗數(shù)據(jù)匯總

由試驗數(shù)據(jù)可知：

(1)加載油壓越大，磨煤機進出口差壓整體呈現(xiàn)下降趨勢。當磨煤機加載壓力增大時，其研磨能力增強，進而使得磨內(nèi)貯煤量降低，進出口差壓隨之降低。

(2)加載油壓越大，一方面對磨盤壓力增加，進而磨煤機功率上升；另一方面研磨能力的加強，又使得磨內(nèi)貯煤量降低，磨煤機功率又會有所下降。

3.3 煤量-加載油壓特性曲線修正

根據(jù)各臺磨煤機加載油壓特性試驗，從眾多試驗工況中選取不同磨煤機出力下的典型工況，進行煤量-加載油壓特性曲線修正，同時在DCS控制系統(tǒng)中進行液壓油工作壓力與磨煤機出力關(guān)系曲線的修改。各臺磨煤機修正后的磨煤量-加載油壓特性曲線如圖4(a)～(f)所示。

(a)#21磨煤量-加載油壓特性曲線 (b)#22磨煤量-加載油壓特性曲線

(c)#23磨煤量-加載油壓特性曲線 (d)#24磨煤量-加載油壓特性曲線

(e)#25磨煤量-加載油壓特性曲線(f)#26磨煤量-加載油壓特性曲線

4 結(jié)論

根據(jù)磨煤機運行中存在的問題進行制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果，修正各臺磨煤機原有“煤量-加載油壓”特性曲線，優(yōu)化磨煤機液壓控制系統(tǒng)中的DCS控制邏輯，解決了磨煤機低出力時磨煤機振動大、制粉電耗偏高、磨輥磨損嚴重、高負荷磨煤機出力受限等問題，實現(xiàn)了試驗指導實際運行的最終目標。