王 荣，贾志军，王 耀

(1.内蒙古京隆发电有限责任公司，内蒙古 丰镇 012100；2.内蒙古机电职业技术学院，呼和浩特 015501；3.新疆油田公司应急抢险救援中心，新疆 克拉玛依 834000)

0 引 言

近年来，受燃煤短缺及价格上涨等不利因素影响，越来越多的燃煤发电机组开始掺烧劣质煤降低发电成本。由于实际燃用煤种偏离设计煤种，导致锅炉制粉系统出现干燥出力不足、煤粉管堵塞、制粉系统磨损严重等一系列问题[1]。有的电厂根据实际燃用煤种特性对磨煤机进行了适当技术改造，提高劣质煤掺烧比例，进一步降低发电成本。

针对京隆发电公司磨煤机选型偏小、出力不足和制粉电耗偏高的问题，以优化磨煤机内部煤粉流场、提高磨盘研磨及煤粉分离效率为目的，采用大型气固两相流数值模拟等技术，创造性地提出在磨煤机内部加装切断分离器装置及喷嘴干燥风装置[2]，在保证制粉系统安全稳定运行的前提下，增加磨煤机出力、降低制粉系统电耗，进一步提高劣质煤掺烧比例，降低燃料成本，缓解企业经营压力。

1 设备概况

京隆发电公司2台600 MW亚临界空冷机组，锅炉采用中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，ZGM113型中速辊式磨煤机，最大通风量为100.87 t/h，转速为24.2 r/min，分离器型式为静态离心挡板式。磨煤机性能参数见表1。使用设计煤种，标准出力为64.66 t/h，磨煤机最大出力为72.78 t/h。每台炉配6台磨煤机，设计煤种为准格尔矿煤，校核煤种为晋北代表煤。燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。

表1 磨煤机性能参数Table 1 Performance parameters of coal mill

由于煤炭资源紧张，京隆发电公司近年来掺烧低成本、低热值劣质煤。因实际煤种远偏离设计煤种，水分较大，导致锅炉制粉系统干燥出力不足，磨煤机出口温度在50～55 ℃左右，曾多次发生磨煤机满煤、煤粉管堵塞的情况[3]。通过提高一次风压、一次风速、增加磨煤机风煤比及开大磨煤机分离器出口挡板等手段，最大限度地增加磨煤机出力，加剧了磨煤机内部磨辊架、筒体、喷嘴环、静环和煤粉管道的磨损，同时磨煤机及一次风机电耗也会增加[4]。因此，根据现有煤种特性对磨煤机进行适当改造，提高出力、降低电耗，保证制粉系统安全稳定运行的前提下，实现高负荷磨煤机五运一备的目的，对提升电厂安全性、经济性是非常必要的。

2 改造思路

在总结公司历年来磨煤机进行增速、分离器内部改造等经验的基础上，提出充分优化磨煤机内部流场、提高磨盘研磨及煤粉分离效率的技术路线，以达到减少合格煤粉多次碾压的目的，进一步提高磨煤机出力和降低制粉电耗，最终实现满负荷磨煤机五运一备的运行方式。

因B、C、D、E磨为主力磨，A磨作为等离子点火磨要保证煤质，F磨作为五运一备的备用磨，因此选择对B、C、D、E共4台磨煤机进行改造，改造主要分为三部分：中心干燥+磨盘流化+回粉锥体优化。

第一部分：中心干燥。采用多级配风方式，在给煤机下插板后1 m的位置，增加原煤干燥风，提高原煤的可磨性。该部分改造是将磨煤机热一次风提前与原煤混合，经计算此部分风量约占单台磨煤机入口总风量的5%，接入落煤管可提高原煤温度约15 ℃，能有效提高磨煤机研磨出力、降低磨煤机电机电耗[5]。经计算，抽取热一次风总量的5%，对喷嘴环风速的影响可忽略不计。混合风室见图1。

图1 落煤管新增混合风室示意图Fig.1 Schematic diagram of newly added mixing air chamber in falling coal pipe

第二部分：磨盘流化。从落煤管下落的原煤经过磨辊磨盘研磨，细粉混合在原煤里，不易分离。通过加装磨盘吹扫风，原煤在一次热风吹扫、干燥、流化扰动作用下，合格煤粉被分离卷吸从分离器进入炉膛燃烧，避免合格煤粉多次碾压，增加电机出力[6]。

第三部分：回粉锥体优化。切断分离器分离粗颗粒再次循环途径。由于原煤水分存在不确定性，根据现场实际，延长分离器下锥体管，将分离器分离粗粉直接与原煤混合，阻断分离器粗粉在磨煤机内部再次循环，直接回到磨辊主研磨区进行研磨，有效降低风阻。对磨煤机内部煤粉浓度流场进行模拟，这部分一次风由于没有经过喷嘴环，通风风阻略有减小，速度略有增加，致使磨煤机的阻力降低约350 Pa[7]。通风携带煤粉能力有所提高，煤粉浓度则由原来的0.53 kg/m3增加到0.60 kg/m3，煤粉浓度可提高约13.2%。

3 改造方案

改造结合机组检修进行，改造及后续调试总工期约20天。

1)在给煤机出口插板门后落煤管上加装干燥流化风装置，增加原煤干燥风，提高原煤可磨性。热一次风取自磨煤机入口热风调门后热一次风道，开Φ530 mm孔，接Φ530 mm金属膨胀节，安装DN500高温蝶阀及DN500电动调节风门，电动调节风门后接Φ530 mm×5 mm无缝钢管至落煤管混合风室，新增热风管道增加100 mm厚保温，见图2。

图2 落煤管加装中心干燥风管路系统Fig.2 Installation central drying air pipeline system of coal fall pipe

2)如图3所示，在磨煤机入口水平段开Φ219 mm孔，加装1个DN200耐高温手动蝶阀及1个DN200开关型电动蝶阀。在磨煤机外筒壁切开Φ219 mm的孔接入热一次风管，与磨煤机外粉锥密封风管下Φ159 mm环形风管相连。在三角压架处引Φ95 mm×10 mm铸造热一次风管，下部开Φ8 mm喷嘴，喷嘴向下将研磨合格细粉扰动、扬起，由旋转一次风带向分离器[8]。靠近落煤管位置加装3个向上喷头形成旋转气流向上，扰动、吹扫原煤，将原煤中合格煤粉进行分离，随旋转气 流带向出口粉管，既可以降低磨煤机出口煤粉混合物温度，降低煤粉发生爆炸的几率，还能降低一次风阻力，降低一次风机电耗。

图3 磨煤机磨盘吹扫风改造Fig.3 Windswept transformation for grinding plate of coal mill

3)将磨煤机分离器下锥体延长与Φ630 mm×10 mm落煤管相连接，中间连接部位为法兰连接，便于磨煤机大修或在线堆焊时拆除延长管，见图4部分。

图4 落煤管延长减少煤粉磨内再循环Fig.4 Coal fall pipe extension to reduce coal recycling in pulverized coal mill

4 性能试验

4.1 试验方案

为验证磨煤机改造后的效果，通过开关落煤管加热扰动风和磨盘吹扫风，对B、C、D、E磨煤机出口温度、额定出力、最大出力及磨煤单耗与改造前运行状况进行对比。试验分为3个工况：工况1，将流化风门和干燥风门全部关闭(开度为0%)，将磨煤机带到最大出力；工况2，在保持原磨煤机的最大出力的同时，将流化风和干燥风打开；工况3，将流化风门和干燥风门全部打开(开度为100%)，将磨煤机带到最大出力。所有试验工况期间，冷风门开度0%，热风门开度100%。

4.2 试验结果

磨煤机试验数据见表2～7。

表2 B磨煤机600 MW负荷试验参数Table 2 600 MW load test parameters of B pulverizer

表3 C磨煤机600 MW负荷试验参数Table 3 600 MW load test parameters of C pulverizer

表4 D磨煤机600 MW负荷试验参数Table 4 600 MW load test parameters of D pulverizer

表5 E磨煤机600 MW负荷试验参数Table 5 600 MW load test parameters of E pulverizer

表6 B、C、D、E磨煤机改造前后出力情况对比Table 6 Comparison of the output of B, C, D and E coal mills before and after the reform 单位:t/h

试验期间，先将改造后的流化风和干燥风全部关闭，B、C、D、E磨煤机最大出力分别为52.41 t/h、51.31 t/h、51.48 t/h、51.61 t/h。将干燥风和流化风全部打开，B、C、D、E磨煤机最大出力为62.51 t/h、62.03 t/h、65.35 t/h、61.85 t/h，磨煤机出力分别增加19.13%、20.13%、26.48%、19.75%。

通过试验数据发现改造后磨煤机出力有所增加，煤粉细度略有下降。磨煤机干燥风、流化风全关至全开，B、C、D、E磨煤机煤粉细度R90平均值分别由29.50%、21.15%、36.96%、26.26%下降至24.70%、14.23%、28.43%、21.43%。

表7 试验期间各台磨煤机煤粉细度对比Table 7 Comparison of pulverized coal fineness of each coal mill during the experiment 单位：%

5 经济性计算

该改造项目总投资115万元，包括设备购置、材料及施工费。改造后磨煤机实现五运一备，F磨煤机可以长时间停备。每年机组运行约6 500 h，F磨煤机按照一年运行3 000 h统计，磨煤单耗按8(kW·h)/t计算，煤量按40 t/h估算，上网电价按0.29元/(kW·h)计算，全年预计节省电费约27.84万元。改造后B、C、D、E磨煤机除D磨单耗增加外，其他3台磨煤机磨煤单耗都有所下降。按B、C、D、E磨煤机每台每年运行4 000 h，按每台磨煤量50 t/h估算，全年节省电费约11.46万元。改造后完全年节约电费约共计39.3万元，改造后2.5年便可收回成本。

6 结 语

通过对ZGM113型中速磨煤机进行中心干燥+磨盘流化+回粉锥体优化改造，有效切断分离粗粉颗粒的再次循环途径，将碾磨合格煤粉及时扰动分离出来，提高干燥分离效率，保证了煤粉的均匀性。从运行参数及性能试验报告分析，改造后磨煤机出力增加约20%，个别磨煤机制粉单耗、煤粉细度下降明显，既实现了磨煤机提高出力，机组高负荷五运一备的运行方式，又可降低制粉单耗，每年产生近40万元的经济效益。

该改造方案与更换减速机、改造动态分离器等其它改造方案相比成本低、效果好、检修维护量小，代表了磨煤机改造的最新技术路线和方向。该技术为国内首创，市场应用前景非常广阔，对于磨煤机出力不足、电耗偏高的电厂有推广应用价值。