磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器在機(jī)組靈活性改造中的應(yīng)用研究

摘 要：在新一輪能源革命席卷全球的大環(huán)境下，當(dāng)前電力系統(tǒng)正在以更為科學(xué)的方式發(fā)展，因此有必要深度挖掘火電機(jī)組調(diào)峰潛力，提高火電機(jī)組運(yùn)行靈活性，從而更加適應(yīng)當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)發(fā)展需求。鑒于此，研究了磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器在火電機(jī)組靈活性改造中的影響，分析了高效動(dòng)態(tài)分離器應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并以某2×330 MW機(jī)組的磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器靈活性改造為例，驗(yàn)證了磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器在提升機(jī)組靈活性、降低能耗和減少排放等方面的顯著效果，能夠?yàn)殡娏π袠I(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：磨煤機(jī)；高效動(dòng)態(tài)分離器；機(jī)組靈活性；煤粉細(xì)度

中圖分類號(hào)：TM621" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）04-0070-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.017

0" " 引言

火電廠具有較大的裝機(jī)容量與穩(wěn)定的發(fā)電能力，是我國(guó)電廠持續(xù)穩(wěn)定電力供應(yīng)的重要組成。隨著我國(guó)電力結(jié)構(gòu)中新能源占比不斷提高，燃煤電廠的調(diào)峰性能顯得更為重要。燃煤調(diào)峰有助于電力資源配置優(yōu)化，滿足不同時(shí)間段的調(diào)峰需求，減少因負(fù)荷波動(dòng)引起的電網(wǎng)壓力[1-2]。特別是在電網(wǎng)遭遇突發(fā)事故時(shí)，燃煤電廠能夠迅速調(diào)節(jié)負(fù)荷，以維持電網(wǎng)頻率和電壓穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行十分重要。

傳統(tǒng)煤粉分離器是燃煤電廠必備設(shè)備，但其分離效率較低，無(wú)法精準(zhǔn)控制煤粉細(xì)度，影響鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性[3-4]，同時(shí)，由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷，在分離器葉片處容易纏繞雜物，增加通風(fēng)阻力與磨煤電耗。為了克服傳統(tǒng)煤粉分離器應(yīng)用的局限性，許多燃煤電廠開展了煤粉分離器改造工作，采用新型高效動(dòng)態(tài)分離器技術(shù)，提高煤粉分離效率，提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性[5-7]。

高效動(dòng)態(tài)分離器改造有助于提高機(jī)組靈活性，改善煤粉細(xì)度與均勻性，提高磨煤機(jī)出力，增強(qiáng)機(jī)組調(diào)峰能力，在機(jī)組靈活性改造中發(fā)揮著重要作用。

1" " 磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器概述

1.1" " 磨煤機(jī)工作原理

在燃煤電廠中，磨煤機(jī)的作用是將原煤磨制成煤粉，并供給到鍋爐用以燃燒。不同類型的磨煤機(jī)工作原理也有所差異，以當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的中速磨煤機(jī)為例：中速磨煤機(jī)的工作主要包括碾磨和分離兩個(gè)過(guò)程，給煤機(jī)將原煤輸送到磨煤機(jī)進(jìn)料口，磨煤機(jī)內(nèi)部的磨輥在磨盤上不斷滾動(dòng)，通過(guò)對(duì)磨盤施加壓力將原煤磨制成煤粉，與此同時(shí)，熱風(fēng)從磨煤機(jī)的一次風(fēng)入口輸入，起到干燥煤粉與攜帶煤粉進(jìn)入鍋爐的作用。經(jīng)過(guò)碾磨、干燥后的煤粉與一次風(fēng)的混合物進(jìn)入分離器，在分離器中粗細(xì)煤粉分離，粗煤粉重新送回磨盤再次進(jìn)行碾磨，合格的煤粉通過(guò)分離器出口進(jìn)入鍋爐。

現(xiàn)代中速磨煤機(jī)通常配備有自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)鍋爐負(fù)荷和煤質(zhì)自動(dòng)調(diào)節(jié)磨輥壓力、熱風(fēng)速度和溫度、分離器轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以確保供給煤粉質(zhì)量與數(shù)量合格。中速磨煤機(jī)內(nèi)部磨輥和襯板需定期更換，以避免設(shè)備磨損導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

1.2" " 動(dòng)態(tài)分離器基本結(jié)構(gòu)與工作原理

動(dòng)態(tài)分離器是中速磨煤機(jī)的重要組件，通常由驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)子、靜止葉片和殼體等組成，如圖1所示。其中驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)和減速機(jī)組成，為動(dòng)態(tài)分離器提供動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)改變電機(jī)的電流頻率來(lái)調(diào)節(jié)分離器轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子是分離器的核心部件，主要作用是引導(dǎo)煤粉和氣流的分離過(guò)程。殼體內(nèi)部靜止葉片引導(dǎo)氣流以形成穩(wěn)定的水平渦流，提高煤粉分離效率。風(fēng)粉混合物進(jìn)入動(dòng)態(tài)分離器后，在轉(zhuǎn)子離心力的作用下，干燥且合格的煤粉所受離心力較小，可隨氣流不斷上升進(jìn)入鍋爐燃燒，較為潮濕且質(zhì)量較大的煤粉則在離心力作用下被分離出，經(jīng)返回錐斗進(jìn)入磨煤機(jī)再次進(jìn)行磨制。

應(yīng)用動(dòng)態(tài)分離器可有效降低磨煤機(jī)電耗，提高磨煤機(jī)出力，改善煤粉細(xì)度與均勻性，進(jìn)而提高鍋爐的燃燒效率與經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，還能夠有效降低排放煙氣中的氮氧化物含量，提高電廠環(huán)保水平。

1.3" " 高效動(dòng)態(tài)分離器的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

高效動(dòng)態(tài)分離器在當(dāng)前燃煤電廠的發(fā)展背景下，其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)更為明顯。首先，高效動(dòng)態(tài)分離器控制煤粉細(xì)度的水平更高，通過(guò)改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)鍋爐燃燒需求，調(diào)整煤粉細(xì)度，從而提高鍋爐的燃燒水平，同時(shí)，引進(jìn)高效動(dòng)態(tài)分離器提高了磨煤機(jī)制粉性能，由于分離效果更加精準(zhǔn)且高效，粗煤粉循環(huán)次數(shù)減少，不僅有助于提高磨煤機(jī)出力，還有效降低了磨煤機(jī)的能耗和機(jī)組運(yùn)行成本。其次，動(dòng)態(tài)分離器處理后的煤粉與當(dāng)下鍋爐運(yùn)行狀態(tài)更為匹配，煤粉燃燒效率更高，可有效降低由于不完全燃燒造成的熱損失，進(jìn)而降低煙氣中飛灰和氮氧化物的含量，有助于燃煤電廠節(jié)能減排工作的推進(jìn)。最后，動(dòng)態(tài)分離器適應(yīng)的煤種和煤質(zhì)更為廣泛，且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加合理，降低了運(yùn)維操作難度。由于動(dòng)態(tài)分離器的制造工藝更為先進(jìn)，采用的制造材料性能更強(qiáng)，設(shè)備整體的耐用性和可靠性全面提高。動(dòng)態(tài)分離器的設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)可以確保其在不同的工況下都能保持穩(wěn)定運(yùn)行，這對(duì)于保證整個(gè)磨煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。

綜上所述，高效動(dòng)態(tài)分離器在提高制粉系統(tǒng)運(yùn)行效率、增強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性、推進(jìn)節(jié)能減排建設(shè)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2" " 高效動(dòng)態(tài)分離器應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

2.1" " 煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)技術(shù)

煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)技術(shù)是高效動(dòng)態(tài)分離器的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，僅需調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就可調(diào)節(jié)分離器出口煤粉細(xì)度，相較于傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，更加快捷且精準(zhǔn)。

這種技術(shù)的主要特點(diǎn)包括：

1）適應(yīng)性強(qiáng)：當(dāng)前電廠大多采用摻混燃燒，燃煤來(lái)源較多，一旦更換產(chǎn)煤區(qū)，則煤質(zhì)變化較大，且鍋爐燃燒狀態(tài)需要做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)分離器能夠根據(jù)煤質(zhì)變化調(diào)整煤粉細(xì)度，提高鍋爐燃燒安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2）調(diào)峰能力強(qiáng)：機(jī)組處于低負(fù)荷時(shí)，動(dòng)態(tài)分離器仍可維持鍋爐燃燒用煤的煤粉細(xì)度，更適應(yīng)鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃要求，提高了鍋爐的參與調(diào)峰能力。

3）煤粉均勻性好：動(dòng)態(tài)分離器的分離效果更好，出口煤粉的均勻性更強(qiáng)，更有利于鍋爐的穩(wěn)定燃燒。

4）分離效率高：引進(jìn)動(dòng)態(tài)分離器能夠提高制粉系統(tǒng)出力5%以上，降低制粉系統(tǒng)電耗。

總的來(lái)說(shuō)，高效動(dòng)態(tài)分離器煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)技術(shù)是一種先進(jìn)的煤粉處理技術(shù)，能夠顯著提高鍋爐的燃燒效率和安全性，降低運(yùn)行成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2" " 通風(fēng)阻力優(yōu)化技術(shù)

高效動(dòng)態(tài)分離器經(jīng)過(guò)了設(shè)備內(nèi)部通風(fēng)阻力優(yōu)化，提高了制粉系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了運(yùn)行能耗。優(yōu)化通風(fēng)阻力的方法可能包括改進(jìn)分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如優(yōu)化轉(zhuǎn)子的形狀和排列、調(diào)整葉片的角度和間距等，以減少氣流在分離器內(nèi)部的摩擦和湍流，從而降低通風(fēng)阻力。此外，還可以采用先進(jìn)的控制技術(shù)和材料，如變頻電機(jī)和高效軸承等，以提高分離器的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，進(jìn)一步降低通風(fēng)阻力。然而，需要注意的是，通風(fēng)阻力的優(yōu)化需要在保證分離效果的前提下進(jìn)行。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工藝要求和系統(tǒng)條件，綜合考慮各種因素，制定合理的優(yōu)化方案。

2.3" " 穩(wěn)定性與可靠性保障技術(shù)

動(dòng)態(tài)分離器的穩(wěn)定性和可靠性與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝密切相關(guān)。以下是一些可能的技術(shù)保障措施：

1）先進(jìn)制造工藝：選用高強(qiáng)度、高穩(wěn)定材料制造的動(dòng)態(tài)分離器，經(jīng)過(guò)精密的加工工藝處理后，能夠大大提高設(shè)備高負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

2）自動(dòng)化控制技術(shù)：當(dāng)前，動(dòng)態(tài)分離器的應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化的操作模式，無(wú)須過(guò)多的人工干預(yù)，降低了由于人工操作可能帶來(lái)問(wèn)題的概率。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障診斷：動(dòng)態(tài)分離器引入了監(jiān)控系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障問(wèn)題，進(jìn)而提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

4）冗余設(shè)計(jì)與容錯(cuò)機(jī)制：動(dòng)態(tài)分離器的冗余技術(shù)主要集中在關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)上，并搭載了容錯(cuò)機(jī)制，能夠在關(guān)鍵部件出現(xiàn)故障時(shí)，確保整個(gè)系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行或安全脫離工作狀態(tài)。

3" " 磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器優(yōu)化改造

3.1" " 磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器改造的必要性分析

1）某電廠試驗(yàn)煤種的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分35.05%，按照公式R90=0.5nVdaf計(jì)算可知，磨煤機(jī)煤粉細(xì)度R90應(yīng)控制在17.5%左右，穩(wěn)燃型低氮燃燒器改造對(duì)煤粉細(xì)度要求R90控制在19%以內(nèi)，均勻性指數(shù)1.1。目前磨煤機(jī)靜態(tài)擋板式分離器調(diào)節(jié)范圍偏小、調(diào)節(jié)時(shí)效性差，無(wú)法滿足需求，有必要增設(shè)磨煤機(jī)動(dòng)靜態(tài)組合煤粉分離器，提升磨出口煤粉細(xì)度、均勻性等指標(biāo)，以滿足燃燒器穩(wěn)燃對(duì)制粉系統(tǒng)的要求。該廠平均入爐混煤煤質(zhì)如表1所示。

2）試驗(yàn)煤種收到基水分21.3%，高于機(jī)組原設(shè)計(jì)值11.7%，對(duì)磨煤機(jī)的干燥出力有一定的影響；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》，干燥劑的終端溫度應(yīng)高于露點(diǎn)，并且不能低于60 ℃?；谠囼?yàn)煤種收到基水分21.3%，目前1號(hào)機(jī)組磨煤機(jī)出口溫度在55 ℃水平，磨煤機(jī)干燥出力不足，不滿足規(guī)范要求，存在堵磨、堵粉管的風(fēng)險(xiǎn)。

3）基于試驗(yàn)煤種的Vdaf=35.05%，推薦的磨出口溫度為（78.25±5）℃，目前的磨煤機(jī)出口溫度偏低，影響煤粉著火與燃燒，同時(shí)可能造成制粉系統(tǒng)堵塞，干燥出力主要受進(jìn)口風(fēng)溫限制，有必要進(jìn)行一次風(fēng)溫提升改造。

4）目前1號(hào)鍋爐實(shí)際入爐煤收到基水分偏高，磨煤機(jī)干燥出力不足，為避免堵磨、堵粉管，運(yùn)行中采用高通風(fēng)量的運(yùn)行方式，導(dǎo)致一次風(fēng)速、一次風(fēng)煤比偏高，而較低的一次風(fēng)煤粉濃度、溫度等不利于鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃，建議對(duì)磨煤機(jī)動(dòng)靜環(huán)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升一次風(fēng)煤粉攜帶能力、干燥出力。

3.2" " 改造目標(biāo)分析

通過(guò)增設(shè)煤粉動(dòng)態(tài)分離器，提高煤粉細(xì)度可調(diào)性，優(yōu)化煤粉均勻性指數(shù)；實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度R90在5%～30%之間在線動(dòng)態(tài)可調(diào)，提升煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)靈活性、煤種適應(yīng)性。

3.3" " 當(dāng)前狀態(tài)分析

本文所述某電廠的磨煤機(jī)當(dāng)前狀態(tài)為：采用磨煤機(jī)動(dòng)靜組合旋轉(zhuǎn)分離器對(duì)A層、B層、C層共計(jì)3臺(tái)磨煤機(jī)分離器進(jìn)行改造，通過(guò)改造降低煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)的循環(huán)倍率，提高煤粉細(xì)度的同時(shí)保證磨煤機(jī)出力不減，降低煤粉偏差，提高煤粉細(xì)度、均勻性。煤粉細(xì)度提高，燃燼率提高，燃燒充分，飛灰含碳量降低，可以實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷穩(wěn)燃；同時(shí)，煤粉細(xì)度高，比表面積大，煤粉燃燼速度快，碳是表面反應(yīng)，容易與氧接觸，鍋爐NOx氣體排放量減少。

鍋爐超低負(fù)荷靈活性深度調(diào)峰運(yùn)行對(duì)磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器出口煤粉要求如下：

最低不助燃負(fù)荷對(duì)制粉系統(tǒng)的要求：R90≤19%，煤粉均勻性指數(shù)1.1，風(fēng)量偏差≤±5%，粉量偏差≤

±10%，磨出口一次風(fēng)粉溫度≥65 ℃，磨出口一次風(fēng)煤粉濃度≥0.3 kg/m3。3臺(tái)磨煤機(jī)分離器改造后設(shè)計(jì)要求煤粉細(xì)度R90達(dá)到19%，滿足鍋爐低負(fù)荷靈活性運(yùn)行改造的需要，能實(shí)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組鍋爐超低負(fù)荷靈活穩(wěn)定運(yùn)行，提高機(jī)組深度調(diào)峰能力。

3.4" " 優(yōu)化改造方案

改造方案及界定范圍：為配合燃燒超低負(fù)荷靈活性改造，提高煤粉細(xì)度，降低煤粉偏差，保證煤粉燃燼率，確保燃燒充分，對(duì)A層、B層、C層燃燒器對(duì)應(yīng)的3臺(tái)磨煤機(jī)分離器進(jìn)行改造，將現(xiàn)有靜態(tài)分離器改造為動(dòng)靜態(tài)結(jié)合分離器（圖2）。分離器改造具體界限：與給煤機(jī)界限為給煤機(jī)出口落煤管與磨煤機(jī)本體接口法蘭；與密封風(fēng)管道界限為密封風(fēng)手動(dòng)門后至磨煤機(jī)本體，不包含密封風(fēng)手動(dòng)門；與消防蒸汽管道界限為消防蒸汽電動(dòng)門后至磨煤機(jī)本體，不含消防蒸汽電動(dòng)門；與煤粉管道界限為磨煤機(jī)出口粉管氣動(dòng)快關(guān)門以上至第一個(gè)彎管焊縫，以及磨煤機(jī)出口粉管氣動(dòng)快關(guān)門以下至磨煤機(jī)本體；磨煤機(jī)出力優(yōu)化改造過(guò)程中所有需拆除設(shè)備的拆除工作及恢復(fù)工作。

動(dòng)態(tài)分離器特點(diǎn)：傳動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)分離器關(guān)鍵部件，采用減速器經(jīng)軸承座與葉輪相聯(lián)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；靜子葉片可調(diào)（專利技術(shù)），分離器筒體上加裝人孔，人孔門對(duì)應(yīng)靜子葉片設(shè)計(jì)為可拆卸式，便于檢修。設(shè)計(jì)好葉片角度后，只需通過(guò)變頻電機(jī)皮帶傳動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤粉細(xì)度的調(diào)節(jié)；由于采用優(yōu)化角度的靜葉片和可調(diào)轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)葉輪，優(yōu)化結(jié)構(gòu)、材質(zhì)設(shè)計(jì)，采用超耐磨“金屬+陶瓷”防磨措施，整個(gè)分離器幾乎不需要日常維護(hù)，使用非常簡(jiǎn)便。

3.5" " 改造預(yù)期效果

改造后預(yù)期可達(dá)到以下效果：

1）A層、B層、C層磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度R90調(diào)節(jié)范圍：5%～30%連續(xù)可調(diào)。

2）磨出口煤粉細(xì)度均勻性指數(shù)大于1.2。

4" " 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器在機(jī)組靈活性改造中的應(yīng)用進(jìn)行研究，深入探討了其工作原理、技術(shù)特點(diǎn)以及在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與效果。研究結(jié)果表明，高效動(dòng)態(tài)分離器作為中速磨煤機(jī)的重要組成部分，在提升機(jī)組靈活性和運(yùn)行效率方面發(fā)揮了重要作用。

磨煤機(jī)高效動(dòng)態(tài)分離器在機(jī)組靈活性改造中的應(yīng)用，不僅提高了機(jī)組的適應(yīng)性和運(yùn)行效率，還降低了能耗和排放，符合現(xiàn)代燃煤發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展要求。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入推廣，高效動(dòng)態(tài)分離器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為燃煤發(fā)電行業(yè)的綠色發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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收稿日期：2024-11-04

作者簡(jiǎn)介：彭晶（1969—），男，湖北荊州人，高級(jí)工程師，研究方向：熱工自動(dòng)化。