磨煤機風環部優化改造分析

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，其內部殼體磨損嚴重，噴嘴環上部循環倍率高，同時石子煤排出量較大。磨煤機風環部作為一次風導流的關鍵部分，其設計結構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，通過對磨煤機風環部進行優化改造，解決HP1003磨煤機出現的種種問題。

關鍵詞：HP1003磨煤機;風環部;優化改造

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（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。風環處的阻力變化十分復雜，與磨機負荷、熱風溫度、原煤粒度、入磨風量等有關[1]。

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

1? ? 改造前結構分析

磨煤機的直板式節流風環包括與磨碗連接的葉輪、防止葉輪磨損的耐磨板以及調節風環最外圓與一級分離器體襯板間隙的可調罩。在整個旋轉風環裝置中，起主要作用的是旋轉風環上均布的出風口，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。此種風環采用單獨的均布葉片，節流葉片在一次風作用下磨損速度快，同時在旋轉風環上部，磨煤機殼體有一定的磨損，需要定期對其內部進行檢查，在一定程度上增加了其檢修工作量[2-3]。改造前結構如圖1所示。

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

根據多年來磨煤機的運行情況來看，此種結構的風環主要靠旋轉的動葉輪對一次風粉混合物進行導流，這也是磨煤機內殼體磨損較為嚴重的情況之一。在調研中發現，多數ZGM磨煤機的風環部分存在著安裝在殼體上的靜環結構，靜環部分對風環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。由于該結構風環較ZGM式噴嘴環的通風面積大，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，通過右上方區域葉片的速度較大，在磨煤機的右上方區域所在位置的殼體磨損情況不同，會出現參差不齊的現象[4]。同時，左下方區域則是落渣聚集的區域，會較右上方位置的落渣量大。所以通過調整風環處的結構形式來改變一次風流通區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域的能量消耗[5]。

2? ? 改造后結構分析

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

2.1? ? 改造原理

新型葉輪裝置（旋轉噴嘴環）主要在結構形式上進行了重新設計和計算，結合了ZGM磨煤機噴嘴環結構特征，針對HP磨煤機進行了性能優化。旋轉噴嘴環改造主要將原葉輪裝置動葉環以及延伸環取消，增加新型的旋轉噴嘴環和焊接于殼體內壁的靜環裝置，殼體內壁的擋粉錐取消，增加殼體防磨板。該結構的一次風通流面積主要取決于原煤質情況和風煤比，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]。同時新型噴嘴環考慮了動靜環易磨損的情況，針對動環葉片進行了防磨處理，靜環進行了鑲護板耐磨處理。

2.2? ? 改造介紹

根據原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，得到了新型葉輪裝置示意圖，如圖4所示。

2.2.1? ? 靜環結構

磨煤機靜環上部磨損嚴重，因此磨煤機的靜環加裝分段式護板，護板采用進口耐磨材質，表面硬度達到HRC45～50。上端用螺栓與靜環座把合固定，此結構磨損后更換方便，靜環外壁貼上新型的耐磨材料，以延長靜環的使用壽命，并保證與磨煤機其他結構完整對接，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，噴嘴靜環上部斜坡的設計，增強了靜環對風粉混合物的導流作用，有效改善了風粉氣流對噴嘴上部殼體的沖刷作用，結構設計上解決了噴嘴環上部循環倍率高的問題，減少了磨煤機內部殼體磨損。

2.2.2? ? 動環結構

動環采用焊接式，動環葉片均采用雙面復合高強度耐磨板，此設計使葉片更加耐磨，既減少了葉片出氣邊的磨損，又使風環處阻力進一步降低。葉片上方貼有一層扁鋼，通過調整扁鋼的寬度，改變通流面積，調整風環流速。動環傾斜角度的設計，充分考慮磨煤機“沸騰區”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，動環采用了分段的設計形式，便于日常的維護檢修和更換。改造后的噴嘴環，擴大了磨煤機對煤種的適應范圍。

2.2.3? ? 阻風擋渣環

阻風擋渣環的設計主要考慮降低排渣量，在相同轉速下，將排渣量控制在一定水平。同時該結構通過螺栓把合在動環之上，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的流速在設計的范圍之內[5]。

3? ? 旋轉噴嘴環計算分析

為了保證磨煤機的正常運行，根據設計煤質的熱平衡計算結果，依據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》（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

噴嘴環通風流速：

v=×106=77.352 m/s

葉輪裝置經過改造后，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，檢查發現，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，提高設備可靠性。

5? ? 結語

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意義。

[參考文獻]

[1] 宮家宏，羅云嶺，徐國軍，等.RP903磨煤機風環改造[J].電力安全技術，2011，13（7）：45-48.

[2] 朱安鈺.某660 MW超超臨界鍋爐運行優化試驗研究[D].保定：華北電力大學，2014.

[3] 李強.ZGM中速磨煤機局部磨損問題分析及治理[J].熱能動力工程，2021，36（2）：132-137.

[4] 朱憲然，孟慶東，禹慶明，等.HP中速磨煤機內部一次風流場的數值模擬[J].華北電力技術，2010（8）：5-8.

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

[6] 火力發電廠制粉系統設計計算技術規定：DL/T 5145—2012[S].

[7] 趙振寧.中速磨制粉系統一次風運行參數整體優化[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：電廠鍋爐檢修設備管理工作。