雙進雙出球磨制粉系統安全可靠性改進

丁厚東，石天佐，尹曉天，張乃良

（東營市勝利油田勝利發電廠，山東 東營 257087）

1 設備存在的問題

某熱電廠2×300 MW 機組鍋爐是由上海鍋爐廠生產的亞臨界壓力、中間再熱自然循環煤粉鍋爐，型號為SG1025/17.40 M851，采用BBD3854 型雙進雙出磨煤機正壓直吹式制粉系統。機組投產后，磨煤機及制粉系統設備故障率逐漸升高，例如：A磨煤機減速機多次發生軸承損壞和輸入軸斷裂；B磨煤機密封風系統設計不合理，風機故障率高；C磨煤機潤滑系統冷卻效果差，易堵塞，導致軸瓦、減速機溫度過高等。這些問題經常造成鍋爐制粉系統停運，導致鍋爐燃燒不穩，被迫投油助燃，每年助燃用油需100 多t，嚴重時甚至造成鍋爐滅火停機，影響機組的安全、穩定、經濟運行和冬季供熱。

2 軸承損壞及輸入軸斷裂的原因分析

BBD3854 型雙進雙出鋼球磨煤機，其傳動系統具體結構如圖1 所示。

電動機通過彈性柱銷聯軸器帶動二級斜齒輪減速箱，減速箱輸出軸通過彈性柱銷聯軸器帶動小齒輪，小齒輪與大齒輪通過嚙合帶動磨煤機筒體轉動，減速箱的結構如圖2 所示。

2.1.1 磨煤機正常運行時所需功率

雙進雙出鋼球磨煤機是典型的參數耦合、非線性、時變、大噪聲的復雜系統。雙進雙出鋼球磨煤機功率的計算公式為：

圖1 鋼球磨煤機傳動系統組成示意

圖2 減速箱的結構

式中：D——筒體有效內徑；

L——筒體有效長度；

n——筒體轉速；

ρgt——鋼球堆積密度，取ρgt=4.9t/m3；

ψ——筒內充球系數，ψ=G/(ρgt×V)=67/(4.9×61.2)=0.2234；

G——筒內裝球量；

V——筒體有效容積；

Khb——護扳形狀修正系數(護扳形狀為波浪形則取1，護扳形狀為齒形則取1.1)；

Kr——燃料性質系數(滾筒空轉時，Kr=1；磨無煙煤時，由于有潤滑作用，能耗較少，Kr=0.95；磨其他煤時，Kr=1.05)；

S—— 筒體及護扳總厚度范圍為0.07～0.1 m，取S=0.09 m；

η——傳動系統傳遞效率，二級減速箱傳動取經驗值0.885。

根據已知的技術參數及圖紙給出的雙進雙出磨煤機結構尺寸，代入公式(1)得：P=982.59 kW。

2.1.2 問題分析

減速機銘牌功率P=970 kW，略小于磨煤機正常運行時所需的功率。磨煤機正常運行時可以勉強滿足使用要求，但磨煤機在啟動過程中，特別是故障停運后帶負荷啟動時，減速機明顯不能滿足負荷要求。

通過進一步分析，發現減速機的損壞首先表現在輸入軸軸承上。減速機的高負荷運行及冷卻效果差使得減速機整體溫度升高，這也加劇了軸承損壞。輸入軸軸承嚴重損壞后，斜齒輪嚙合的3 個軸的受力情況均發生變化，導致了整個減速機軸系不同程度的損壞，其中輸入軸的斷裂最明顯。

2.2 對減速箱的改進措施

對最薄弱的減速機輸入軸軸承，選用SKF 探索者加強型調心滾子軸承。為降低減速機的整體溫度，改善軸系特別是軸承的工作條件，增加了外置冷油器和強制循環油泵，進行強制循環潤滑。此措施可將減速機溫度由90 ℃降低到75 ℃以下。

改進后的減速機故障率明顯降低，減速機軸承損壞率由2 次/年降低到0.67 次/年。

3 磨煤機密封風系統存在的問題與改進

3.1 磨煤機密封風系統存在的問題

雙進雙出磨煤機為正壓式磨煤機，磨煤機內部壓力大于磨外大氣壓力，因此要單獨為其設計一套密封風系統，使密封風由外向內通過密封風箱對磨煤機動靜部分進行密封，以防煤粉泄露。磨煤機密封風系統原設計為，每臺機組4 臺磨煤機配備2 臺密封風機(風機流量：7.20 m3/s，全壓：11 771 Pa，電機功率：132 kW)，正常情況下，2 臺密封風機1 臺運行，1 臺備用。原設計密封風壓要求大于混一次風風壓(相當于磨內壓力)3 000～5000 Pa。在運行中密封風機故障率較高，主要表現在：

(1)密封風機軸承設計上無冷卻系統，軸承溫度過高；

(2)密封風機多次出現機殼及風道因振動開裂而漏風的現象；

(3)密封風道補償器投運后出現過多次損壞；

(4)密封風機的耗電量較大。

對雙進雙出磨煤機的整個密封系統進行研究分析后，認為密封風3 000～5 000 Pa的壓差定得偏高，導致系統設計復雜龐大。一般認為1 000～1500 Pa的壓差就可以滿足密封的需要，而冷一次風與混一次風的壓差波動就在這一范圍內，因此，可以用冷一次風代替密封風。在對整個密封風系統進行整體分析的同時，發現一次風機的設計出力偏大，致使風機出口擋板開度較小，在機組滿負荷情況下開度也只有35 %左右，一次風機出力低于最佳狀態。倘若讓冷一次風機承擔磨煤機的密封工作，有以下3 個優點：

(1)保證磨煤機正常運行，減少事故隱患；

(2)減少了運行設備，提高了系統的安全性，同時節約了廠用電；

(3)一次風機可在最佳工況下運行。

3.2 改造方案

從鍋爐0 m 通道的冷一次風母管在B、C 磨南側向4 臺磨煤機的密封風母管引2 根Φ630×6 的連接管道，并分別在垂直段加裝2 個DN600 的圓風門；再從鍋爐0 m 電梯間東3.5 m 的上方密封風母管處也加裝1 個DN600 的圓風門以隔絕冷一次風反竄。這樣，即使用冷一次風代替密封風試驗不成功也可以恢復原密封風系統運行狀態。通過系統優化設計，用冷一次風代替了雙進雙出磨煤機密封風進行了改造，改造后系統穩定。

4 磨煤機冷卻水系統存在的問題及改進

4.1 磨煤機冷卻水系統存在的問題

磨煤機投產后經常發生磨煤機主減速機、主烏金瓦溫度達到報警值，甚至被迫停磨的現象，嚴重影響了發電機組的安全運行。通過分析發現，主減速機、主烏金瓦溫度偏高的原因有2 點：一是冷卻系統壓差過小換熱不足；二是冷卻器都采用內徑為8～10 mm 的蛇行盤管型式，冷卻水采用當地開式循環水，硬度偏高、沙土等雜質較多，長期運行會導致冷卻器結垢、堵塞。要解決以上問題就要改變水質，提高冷卻用來回水壓差。

4.2 優化改進方法

對電廠所有相關系統就地勘察后，發現汽輪機島閉式循環水能夠滿足改造要求。其水質為軟化水，系統來回壓差在0.45 MPa 以上，經現場實際測量，每臺磨煤機烏金瓦、減速機冷卻水的流量在壓差為0.35 MPa 時約為2.5 t/h，每臺機組約10 t/h，還有的容量富余，能滿足水量要求。所以將主減速機、主烏金瓦冷卻用水進行改造，引自閉式循環水泵出入口母管，其他冷卻用水則仍采用開式循環水。閉式水循環泵入口壓力為0.2 MPa，出口壓力為0.7 MPa，閉式水冷卻器目前高溫時進口水溫約為46 ℃，出口水溫約為39 ℃。測得單臺磨煤機烏金瓦、減速機冷卻水的流量在壓差為0.35 MPa 時約為2.5 t/h，每臺機組約10 t/h。在不影響機側設備正常運行的情況下，冷卻水量滿足改造要求，換熱量在春、秋、冬季時完全能滿足要求，在夏季時持平。并且，可以通過擴充原有板式換熱器(再加部分板塊)或夏季短期雙泵運行來解決夏季換熱持平問題。

5 改造后的效果

(1)制粉系統通過一系列改造完善后，沒有再發生因突然性故障導致制粉系統緊急停運的情況，制粉系統缺陷發生率下降到原先的10 %以下，設備可利用率達到98 %以上，極大地提高了機組的安全性、穩定性和經濟性。

(2)解決制粉系統，特別是A、B 系統故障引起的助燃用油量大的問題，徹底解決了制粉系統緊急停運的問題，并且使制粉系統得到優化，機組燃燒穩定性得到提高。每臺發電機組每年投油助燃量比優化完善前低50 t。

(3)制粉系統優化完善后，發電機組磨煤機制粉系統檢修維護費用減少30 萬元/年。

1 趙仲琥，張安國，王文元，等．火力發電廠煤粉制備系統設計和計算方法[M]．北京: 中國電力出版社，1998.