HP磨煤機(jī)磨損后期出力下降的分析

上海電氣上重碾磨特裝設(shè)備有限公司 上海 200245

1 問題描述

HP磨煤機(jī)廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電煤粉鍋爐領(lǐng)域,是火力發(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)之一。HP磨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、占地面積小、投資低、檢修方便、煤粉均勻性好等優(yōu)點(diǎn)。確保HP磨煤機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,尤其是確保HP磨煤機(jī)的出力穩(wěn)定,對整個(gè)火力發(fā)電機(jī)組而言尤為重要。筆者通過對HP磨煤機(jī)磨損后期出力下降進(jìn)行分析,通過結(jié)構(gòu)和裝置改進(jìn),起到改善出力下降率的目的。

HP磨煤機(jī)是當(dāng)今主流中速磨煤機(jī)之一,最早起源于RP磨煤機(jī),在RP磨煤機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),成為現(xiàn)在的HP磨煤機(jī)。HP磨煤機(jī)具有制粉效率高、故障率低、檢修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)DL/T 5145—2012《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》,煤粉鍋爐在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí),需考慮在留有一臺(tái)備用磨煤機(jī)的情況下,總出力不低于鍋爐連續(xù)最大蒸發(fā)量工況燃煤量的110%[1]。同時(shí),該出力需考慮在磨煤機(jī)磨損后期出力下降的情況。正常設(shè)計(jì)的MPS磨煤機(jī),在碾磨件質(zhì)量減小低于15%時(shí)沒有變化。在質(zhì)量減小22%時(shí),將加載力增大10%,出力約為最大出力的95%。RP磨煤機(jī)和HP磨煤機(jī)磨損后期調(diào)整磨輥間隙后,出力約為初期出力的90%?？梢?改善HP磨煤機(jī)的出力下降率是一個(gè)值得研究的問題,尚有很大的優(yōu)化空間。

2 碾磨原理

應(yīng)用HP磨煤機(jī),將直徑不大于38 mm的原煤經(jīng)由連接至給煤機(jī)的中心給煤管送入旋轉(zhuǎn)的磨碗中[2]。原煤落入磨碗后,在離心力的作用下沿徑向向外移動(dòng)至研磨環(huán)。由于徑向和周向的移動(dòng),煤在可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥裝置下通過,加載裝置產(chǎn)生的碾磨力通過轉(zhuǎn)動(dòng)的磨輥施加在煤上。磨輥裝置使煤在磨輥下形成煤床,并在磨環(huán)與磨輥之間研磨為煤粉。在煤的研磨過程中,較小、較輕的煤粉被氣態(tài)的輸送介質(zhì)連續(xù)從磨碗中吹起。輸送介質(zhì)有三個(gè)作用:① 將煤粉從磨煤機(jī)輸送至爐膛;② 在磨煤機(jī)內(nèi)提供必要的動(dòng)力,使煤粉分離,控制出口煤粉細(xì)度;③ 被加熱輸送介質(zhì)在煤粉的碾制過程中對煤進(jìn)行干燥,使其易于研磨。輸送介質(zhì)由位于磨煤機(jī)上游的一次風(fēng)機(jī)供給,一次風(fēng)機(jī)提供正壓。熱空氣從磨碗底部進(jìn)入,在磨碗外徑處的較小、較輕煤粉被氣流攜帶向上,而重的、不易磨碎的外來雜物則穿過氣流落入側(cè)機(jī)體區(qū)域。外來雜物通過側(cè)機(jī)體底板,由裝在轉(zhuǎn)動(dòng)裙罩裝置上的刮板裝置掃離磨煤機(jī)。通過分離器的重煤粒直接返回磨碗,進(jìn)一步碾磨為更小的煤粉[2]。較輕的煤粉被氣流攜帶至分離器頂蓋,進(jìn)行第二級分離。在此處,彎曲的可調(diào)葉片使風(fēng)粉混合物產(chǎn)生旋風(fēng)運(yùn)動(dòng),重煤粉失去動(dòng)量,進(jìn)而從煤流中降落。分離器分離出的較重煤粒經(jīng)過內(nèi)錐體返回至磨碗的研磨區(qū)域,錐體將磨煤機(jī)紊流區(qū)域的顆粒從分離器中分離出來,無紊流區(qū)域的煤粒在重力作用下返回磨碗。風(fēng)粉混合物經(jīng)過煤粉管，風(fēng)粉分配均勻[4-8]。煤粉管將風(fēng)粉混合物引入爐膛進(jìn)行燃燒。

HP磨煤機(jī)具有獨(dú)特的碗式磨盤和錐形磨輥結(jié)構(gòu),如圖1所示。錐形磨輥和磨碗在空載時(shí)形成3～5 mm間隙。當(dāng)負(fù)載運(yùn)行時(shí),原煤通過中心落煤管進(jìn)入磨碗,填充磨輥和磨碗之間的間隙,形成煤床,同時(shí)抬升磨輥,壓縮彈簧。彈簧給予磨輥裝置一個(gè)反向加載力,原煤得以在磨輥和磨碗襯板之間碾磨。

隨著機(jī)組的運(yùn)行,碾磨區(qū)域的構(gòu)件會(huì)不可避免地產(chǎn)生磨損,磨損的構(gòu)件主要集中在磨輥輥套和磨碗襯板中。然而,碗式磨盤和錐形磨輥的特殊構(gòu)造導(dǎo)致磨損并非呈線性分布,在磨輥輥套和襯板的某一特定區(qū)域,磨損尤其嚴(yán)重。磨輥磨損形式如圖2所示。當(dāng)設(shè)備處于磨損后期時(shí),由于特定區(qū)域的嚴(yán)重磨損,導(dǎo)致局部區(qū)域煤床厚薄不一,加載力作用不均衡,從而導(dǎo)致出力下降。可見,如何盡量避免磨損區(qū)域的不均衡是改善出力下降率的關(guān)鍵。在設(shè)備檢修維護(hù)中,可以在不修復(fù)輥套的前提下對磨輥和磨碗間隙進(jìn)行縮小,磨煤機(jī)出力會(huì)得到一定程度的恢復(fù)。但由于磨損不均衡部位無法通過間隙進(jìn)行調(diào)整,磨輥輥套和磨碗襯板之間存在較大空間,因此設(shè)備性能還是無法完全恢復(fù)。

圖1 HP磨煤機(jī)碗式磨盤和錐形磨輥結(jié)構(gòu)

圖2 磨輥磨損形式

3 碾磨構(gòu)件制造工藝

目前,HP磨煤機(jī)主要碾磨構(gòu)件之一的磨碗襯板有兩種主流制造工藝。一種是采用特殊調(diào)配的耐磨鑄鐵鑄造而成,具有成批量后生產(chǎn)成本低,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。另一種是整圈襯板進(jìn)行堆焊后再切割,這一制造工藝成本較鑄造高,但能獲得更長的使用壽命。

磨輥輥套是磨煤機(jī)的另一主要碾磨構(gòu)件,目前在HP磨煤機(jī)上使用的磨輥輥套,其主流制造工藝為使用特殊的合金焊絲,在全自動(dòng)埋弧焊焊機(jī)上進(jìn)行堆焊制造。這一制造工藝能使磨輥輥套獲得較長的使用壽命。

4 改善出力下降率的方法

4.1 改善磨輥輥套和磨碗襯板制造工藝

碾磨構(gòu)件磨損如圖3所示。在磨輥輥套磨損過程中,首先磨損的地方為區(qū)域A。而在區(qū)域B,輥套的金屬材料幾乎呈線性磨損。磨碗襯板在使用過程中,同樣存在區(qū)域A和區(qū)域B磨損不均衡的問題。如果能同時(shí)解決磨輥輥套和磨碗襯板的線性磨損問題,那么就可以在磨煤機(jī)磨損后期通過縮小磨輥和磨碗之間的間隙來實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)出力的恢復(fù)。在磨輥輥套制造工藝方面,區(qū)域A通過工藝改進(jìn),使洛氏硬度(HRC)達(dá)到62左右;區(qū)域B通過工藝改進(jìn),使洛氏硬度(HRC)達(dá)到57左右。同樣對于磨輥襯板,使用不同的堆焊工藝,使區(qū)域A和區(qū)域B產(chǎn)生硬度差。這樣,在設(shè)備運(yùn)行過程中,即可獲得幾乎線性的磨損曲線輪廓,對于磨煤機(jī)在磨損后期維持出力有非常大的幫助。

圖3 碾磨構(gòu)件磨損

4.2 改變磨輥裝置加載力

在獲得碾磨構(gòu)件磨損線性均勻變化的基礎(chǔ)上,相應(yīng)增大磨煤機(jī)的加載力。碾磨壓力越大,磨輥與磨盤之間的煤或煤粉越容易被壓碎,同時(shí)可以減少碾磨次數(shù)。經(jīng)過碾磨壓碎的小顆粒煤粉被磨盤旋轉(zhuǎn)離心力甩離,進(jìn)入風(fēng)粉氣流輸送通道被吹出[9]。增大加載力的目的是補(bǔ)償實(shí)際作用在原煤上的加載力缺失。目前主流的HP磨煤機(jī),其加載方式有彈簧變加載和液壓變加載,其中彈簧變加載使用較廣泛。當(dāng)使用彈簧加載時(shí),需要在設(shè)備停機(jī)時(shí)進(jìn)行彈簧預(yù)加載力變更。而使用液壓加載方式時(shí),則只需要在分布式控制系統(tǒng)中進(jìn)行系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)[10]。

5 結(jié)束語

通過對磨輥輥套和磨碗襯板制造工藝的改進(jìn),獲得了理想的磨損曲線輪廓,再配合對加載力進(jìn)行適當(dāng)增大,可以將HP磨煤機(jī)磨損后期的出力下降率控制在5%左右,與其它中速磨煤機(jī)相同。這樣做對于提高HP磨煤機(jī)的市場競爭力有非常大的幫助。同時(shí),對于現(xiàn)有運(yùn)行機(jī)組,普遍遇到實(shí)際使用煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種,導(dǎo)致機(jī)組帶負(fù)荷能力下降的問題。針對這一情況,使用筆者所介紹的方法,同樣可以恢復(fù)機(jī)組帶負(fù)荷的能力。