◎金英淑 王立芳

风扇磨煤机的特性及结构设计原则

◎金英淑 王立芳

风扇磨煤机是直吹式制粉系统的燃煤电站锅炉提供合格煤粉的制粉设备。它属于高速磨煤机。本文介绍了风扇磨煤机的特性及结构设计原则，根据风扇磨煤机性能参数设计最合理的结构，能满足100MW-1000MW机组的要求，以推动风扇磨煤机在高水份褐煤锅炉发电机组的应用。

风扇磨煤机的特点及应用

风扇磨煤机是直吹式制粉系统的燃煤电站锅炉提供合格煤粉的制粉设备。它属于高速磨煤机类。

风扇磨煤机的结构与风机相似，具有较高的自身通风能力，纯空气状态下压头可达2000到3300Pa。它的特点是在磨煤机中可同时完成干燥、制粉、和输送三个工作过程，因此简化了制粉系统。

在直吹式风扇磨煤机制粉系统中，可以采用高温炉烟+低温炉烟+热风做干燥剂，且煤在磨煤机中大部分处于悬浮状态，所以干燥过程非常强烈，因而它特别适合磨制高水份褐煤，泥煤等。并可推广到磨制油母页岩及高水分、高挥发分的烟煤。风扇磨煤机具有结构简单、易于控制、尺寸紧凑、占地面积小、对杂物敏感性不强等优点。由于尺寸小，磨煤机内存煤量较少，因此对锅炉负荷的变化适应性非常好，且制粉电耗为最低。

风扇磨煤机的工作原理及结构特性

风扇磨煤机的工作原理。原煤经干燥竖井进入磨煤机前得到强烈的干燥，大部分外在水分被蒸发掉。原煤在热应力的作用下，体积膨胀，表面产生龟裂直至完全破裂，此种现象称之为干燥破碎。

原煤经轴向进入磨煤机后，其破碎过程可分解为二种方式。一种仍为干燥破碎；另一种为机械破碎。煤粒径机械破碎后不断产生新的表面，在干燥剂的作用下，新表面的水分被蒸发，随之体积产生膨胀，尽管不如进入磨煤机前剧烈，但仍有利于下一次机械破碎。

煤在磨煤机内受到高速旋转的打击轮的冲击，破碎后被抛到磨煤机护钩上进一步破碎。被破碎的煤粒在气流的带动下沿磨煤机蜗壳做环流运动。大的颗粒由于自重无法输送出去，而从气流中脱离出来重又进入打击轮中，经再一次破碎后又被抛到护钩上进一步破碎。此种反复循环的过程称之为撞击破碎。

煤粒在经打击轮撞击破碎后，与打击板粗糙的表面产生平面相对摩擦运动，使煤粒得到细化；同样煤粒在沿蜗壳内做环流运动时也与蜗壳产生相对摩擦运动，使煤粒得到细化。以上两种使煤粒得到细化的方式称为摩擦破碎。

撞击破碎与摩擦破碎都称为机械破碎。

经过干燥及机械两种方式的不断交替进行，将原煤破碎到一定的粒度，借助于风扇磨煤机的风机功能，将煤粉送入分离器内进行重力分离、撞击分离及惯性分离。合格的煤粉被继续送入燃烧器内进炉膛燃烧；被分离出来的粗粉经回粉管返回磨煤机内重新破碎。

风扇磨煤机的结构特性。风扇磨煤机主要由打击轮、机壳、分离器等装配部件组成。

打击轮：打击轮位于机壳内部，其结构类似于风机的叶轮，打击板相当于叶片。运行时，打击轮与电机同步转动。打击轮背面装有通风背筋，当打击轮高速旋转时吸来自密封风管道的热风，在打击轮背面与机壳形成正压区，阻止煤粉进入，以防后盘轮缘及盘面磨损，并杜绝轴端漏粉。

打击轮的几何尺寸决定了磨煤机的功率、工作转速、提升压头、磨煤出力及通风量。

机壳：机壳是包容打击轮的装配部件，与打击轮构成磨煤机的主体，是磨制煤粉的场所

机壳内部由铸钢护板围成的蜗壳与打击轮构成气流混合物的通道。蜗壳型线的设计决定了其铸钢护板的使用寿命，并可影响到磨煤机的通风量及出力。

分离器：分离器是分离粗、细粉的装置，通过改变其调节挡板的位置以改变风粉混合物的通道来达到分离粗、细粉的目的。它决定了磨煤机的制粉细度。

风扇磨煤机的结构设计原则

风扇磨煤机的结构设计中，重点为打击轮结构、机壳结构及分离器结构。

打击轮的结构设计原则。打击轮的结构参数包括：打击轮直径、有效宽度、打击板数等。

对带粉的风扇磨煤机模拟试验结果表明：较合适的打击板宽度比：b/ D2=0.23-0.30。较合适的打击板高度比：L/D2=0.16-0.18。打击板数：m=8-12,最多为14。适当的圆周速度：75-85m/s。

以上试验是综合考虑了破碎效率和全效率（即带粉时的通风效率）的结果。

但由于风扇磨的提升压头比较小，往往满足不了设计需要，因而在选定磨煤机型号的基础上，通常通过提高其打击轮外缘的线速度来提高风扇磨的提升压头。

即取：μ2=85～90m/s

机壳结构的设计原则

机壳的结构设计主要是其内部蜗壳型线、宽度、张开度及喉部间隙的选择。

蜗壳型线的设计。蜗壳型线的设计即要考虑气流的流动，也要考虑煤粉顺利的输送。目前最常使用的型线为阿基米德螺线。

假设蜗壳中的平均流速为：

V=Q/A.B 式中：A-蜗壳张开度m；B-蜗壳宽度m； Q-气体流量m3/s。

且在所有径向界面中V保持不变，即相当于蜗壳径向界面逐步扩大，正比于打击轮转角而逐渐增多的流量。

则：Rφ=r2+（A/2π）φ 式中：r2-打击轮半径m；Rφ-对应于转角φ的蜗壳半径mA-蜗壳张开度m

蜗壳宽度B的选取。从能量损失角度考虑宽度B小好。因为B小，气体脱离打击轮后通道面积突然扩大程度小些，相应动能损失低些，但也不能太小，否则将导致张开度过大，根据经验： B=b+40-60 mm b-叶轮宽mm

蜗壳张开度的计算

（a）按气体流动计算张开度

即按阿基米德螺线 A/r2=0.215

（b）按煤粉沉降速度计算张开度

蜗壳张开度的大小必须保证气流在张开度处将煤粒全部带出磨煤机，以避免在蜗壳内积粉。因而张开度处气流速度必须

大于煤粒的沉降速度，才能保证顺利输粉。

不同直径的煤粒在200℃的气流中运动时的沉降速度如下：

从分离器回粉的分布来看，基本上是在5mm以下，因此张开度处的流速应在18～25m/s范围内。

沉降速度和张开度的关系如下：

西德EVT公司推荐蜗壳张开度处的计算流速（即按分离器出口处流量来计算的流速）为40～60m/s（小磨取下线，大磨取上线），此流速可以认为就是张开度处的实际流速（如果考虑分离器回流，则张开度处实际流速要大，但最大张开度处的流量还不是风扇磨中最大流量，按照叶轮所转过的角度来考虑，此处流量大概只有总流量的75%，这样张开度处的实际流速仍旧为40～60m/s）。这个数字比我们按单颗粒计算出来的沉降速度18～25m/s要大，原因是此处煤粉浓度高，实际沉降速度并不能按单颗粒煤粒来计算。按照沉降速度和叶轮参数的关系所得出的张开度应是0.29～0.43。

蜗壳喉部间隙的选取

喉部间隙增大后会导致磨内循环风量增加，压头降低。因为一部分能量消耗于循环回流中。在磨煤机压头紧张时，适当减小喉部间隙有一定的好处。

t=20-50 mm

分离器结构的设计原则

分离器结构的设计原则应是控制容积强度和断面强度（即断面流速）。容积强度影响到煤粉细度R90;而断面强度影响到R1000。容积强度Q/V（m3/h.m3）:单位体积在单位时间内所通过的气体流量。

风扇磨煤机常用的分离器有三种型式：雷蒙式、双流惯性式、单流惯性式。

长春发电设备总厂）