节能型叶轮装置在HP803磨煤机中的应用邵伟亮

节能型叶轮装置在HP803磨煤机中的应用邵伟亮

邵伟亮

（深圳妈湾电力有限公司广东深圳518054）

摘要：针对HP803磨煤机结构特点，运行中存在的问题，进行细致分析研究，找出产生问题的根本原因，对关键部件叶轮装置进行改进，提高设备性能，最终达到节能减排，提高经济效益的目的。

关键词：HP803磨煤机；节能型叶轮装置；叶片；腔室；空气节流环；磨碗延伸环；石子煤石子煤排放率；节能减排；经济效益

一、概述

深圳妈湾电力有限公司一期、二期、三期制粉系统的磨煤机均采用上海重型机器厂生产的HP803型碗式中速磨煤机。HP系列磨煤机是在引进美国ABB-CE公司RP磨煤机的基础上改进、发展起来的又一种新型中速磨煤机。它具有体积小，高度低，重量轻，运行平稳，能耗低，负荷调节范围宽，煤种适应性强（可以研磨烟煤、次烟煤、贫煤、硬质褐煤以及碾磨含高灰分、高水分的煤种等），维修方便，基建成本低等优点。但正因为HP系列磨煤机对多煤种的适应性，设计时通常按通用结构模式考虑，反而导致了针对具体某一煤种时，该系列磨的优异性能不能得以全面的体现，或多或少存在对某一煤种表现出某些结构性能方面的缺陷。

二、存在问题

妈湾电力有限公司#1-6机组锅炉设计煤种均为烟煤，每台机组制粉系统配套6台HP803磨煤机，磨煤机石子煤排放率设计值为1‰。这一1‰左右的排放率经多年生产实践发现，对于我司燃用的比较优质的燃煤来说明显偏大，造成了大量的燃煤的浪费。我司燃煤采购货源较广，主要为神华煤、伊泰煤、大同煤、印尼煤、澳洲煤、俄罗斯煤等（燃煤指标参数范围值见下表）：

热值（卡/克）全水（%）灰分（%）挥发分（%）硫（%）

5000-550014-218-1135-40≤0.5

注：少量批次煤种指标参数超出表内值，未列明。

按单台机组日平均负荷200MW左右计算，每台机组每天消耗燃煤3万吨左右，石子煤的日均排放量达3万吨/天*1‰=3吨/天。对废弃的石子煤进行化验分析，发现其仍含有2312卡/克的热值，这部分未能充分利用的可燃成分被白白浪费掉。大量的石子煤排放，一方面造成了燃料的极大浪费，另一方面也增加了处理石子煤的环保压力及费用，直接影响到企业的发电成本。为了积极响应集团及公司“节能减排”、“降本增效”的号召，提高设备的经济性能，所以针对HP803磨煤机在实际生产中存在的石子煤排放过多这一弊病进行研究改进。

三、问题分析

通过全面细致分析研究HP803型磨煤机的工作原理、部件、结构构成及运行现状，发现引起磨煤机石子煤排量过大的主要原因是由磨煤机的叶轮（风环）结构尺寸设计不尽合理造成的。在磨煤机其他整体结构不变及运行参数一致的情况下，叶轮结构尺寸的不同，影响石子煤排量大小主要决定于以下三方面因素：

1、叶轮本体叶片的片数及构成的相应腔室数。叶片与腔室数量越多，石子煤排量越少。此因素对石子煤的排放量起决定性的影响。

2、叶轮出风口处空气节流环的间隙大小及相应出风口风压风速的高低。间隙小，风速风压高，石子煤排量小，反之则排量大。

3、叶轮出风口（即石子煤排出入口）与磨碗延伸环顶部的高度差。高度差大石子煤易排出，排量大；反之高度差小，排量也小。

针对上述三个影响因素，对我司磨煤机叶轮结构进行针对性的改进。

四、节能型叶轮改进方向及原理

磨煤机节能型叶轮改进的目标方向就是减少石子煤的排放量，改进后不增加磨内其余部件的磨损，不影响整磨的使用寿命，同时保证磨煤机运行参数与改进前保持基本一致。改进的主要手段是通过改变叶轮叶片及腔室的个数，来有效达到减少磨煤机石子煤排放量的大小，同时辅以叶轮其他结构与尺寸的相应改变。原理如图示：

假设把整个叶轮变成只有一组叶片和腔室，如图1，此种情况磨煤机石子煤排量会很大。

图1

在叶轮通流面积较上图不变的情况下，假如把叶轮叶片实体厚度均分，形成多个叶片及腔室，如图2：

图2

此时在叶轮不断转动的情况下，叶片及腔室数量越多，石子煤下落时与叶片碰触的接触面积就越大，排出阻碍也越大，排出量就会减少，直至没有石子煤排出。通过改变叶轮叶片及腔室的数量，来有效控制石子煤的排量，这就是此次叶轮改进的基本原理。

五、节能型叶轮改进的现场实施方案

通过对影响石子煤排量大小的因素分析及此次叶轮改进依据的基本原理，现场从三方面对我司HP803型磨煤机的叶轮（风环）进行结构、尺寸改进。具体实施方案如下：

图3（新叶轮扇形段背面）图4（旧叶轮扇形段背面）

1、原叶轮装置为铆焊式结构，由6个扇型段组合成一套完整的圆周形叶轮装置，每段由5片叶片分隔为5个腔室，全圆周共30片叶片与30个腔室，流经叶轮装置的一次风就是经过这30个喷口腔室喷出并将煤粉携带走，制粉过程中产生的石子煤也由这30个腔室排出。改进后将每个扇形段上的叶片增至7片，分隔成7个腔室，全周共计42片叶片及42个腔室。由于叶片需有足够的厚度才能保证其强度，所以增加的12片叶片整体厚度使改进后叶轮通流面积较原有通流面积减少1.96%左右。在磨煤机转速不变的情况下，叶片及腔室数量的增多增加了石子煤下落排出时与叶片的接触面积，对石子煤的顺利排出造成阻碍，有效的减少了石子煤的排放量。叶轮的扇形段新旧结构对比见图3-图8。

2、将叶轮出风口处空气节流环的间隙宽度由原35mm增加至现在的45-50mm（此间隙可在运行后根据石子煤实际排放量大小、风压、风速及磨碗压差变化情况做进一步调整）。此间隙的加宽可增大叶轮出风口的通流截面积，但过宽会加大石子煤排量，适当为宜，目的在于由于叶片数量的增加而使得原通流面积减少的部分（减少的1.96%的通流面积）。这样通流面积改进前后基本不变，是一种反向制衡手段。通过变更空气节流环间隙，保证了原有一次风速、风压及磨碗压差基本不变，从而保证了磨煤机出力及煤粉细度，又不增加磨内部件额外磨损。综合来说，叶轮叶片、腔室数量的增多及空气节流环间隙的加宽，整体上会使得一次风速风压较原值会有轻微提高，但变化甚微，这一细微变化还可变相遏制石子煤中的细粉含量。空气节流环间隙变化情况见新旧叶轮扇形段对比图5、图6。

图5（新叶轮扇形段正面）图6（旧叶轮扇形段正面）

3、原叶轮6个扇形段每段由螺栓固定于磨碗延伸环外侧边缘，再进行铆焊，叶轮出风口（即石子煤排出入口）处空气节流环水平面比磨碗延伸环顶部水平面低50mm左右，石子煤比较容易落入排出。改进后的节能型叶轮将连接固定方式加以改进，取消侧面铆焊连接方式，而将每段扇形段做成一个整体，通过顶部连接结构直接把6段扇形段用螺栓固定于磨碗延伸环顶部，形成一个圆形叶轮。同时设计将叶轮出风口（即石子煤排出入口）处空气节流环水平面提高50mm左右，做成高度与磨碗延伸环顶部平面平齐。出风口高度的提高可有效阻止石子煤的顺畅排出，达到减少石子煤过量排放的目的。见新旧叶轮结构截面对比图7、图8。

4、新叶轮安装

拆除原磨煤机叶轮，将经过改进的6段叶轮扇形段首尾相接，用螺栓固定于原磨煤机磨碗延伸环顶部，接缝处进行满焊，形成一个完整的具有42片叶片及42个腔室的新型节能叶轮。距离叶轮外圈空气节流环上部10mm，将调整环（环形钢板，6块，见图10）水平满焊于磨煤机壳体内壁，叶轮外缘侧边的可调罩（弧形钢板，6块，见图7）可以垂直方向上下移动调节与调整环之间的缝隙，初次定位二者间隙10mm（此间隙可以视磨投运后的运行参数和石子煤排量进行灵活调节），此间隙用以控制调整进入磨内的贴近磨壳体内壁的一次风参数及改变其方向，调整环不得与叶轮发生碰触。改进前后叶轮对比情况见图9、图10。新叶轮结构设计图见图11。

图11

六、新型节能叶轮的优缺点

1、优点

1）改进后叶轮结构简单，维护调整便利。

2）在通流面积（风速）改变很小的情况下，能有效控制排渣量。

3）改进后叶轮石子煤排放量改变明显，调整空气节流环的宽度，可细调排放量。

4）改进后保持叶轮叶片原厚度不变，腔室由30个变成42个，通流面积通过调整空气节流环间隙宽度，保证改造前后变化不大，对风速风压影响极小。

5）叶轮出风口和磨碗延伸环持平后，在磨煤机整体风速不变的情况下，石子煤下落处（叶轮的出风口处）的风速较原来的风速稍有提高，可以有效遏制石子煤中煤粉的排出。

6）叶轮与磨碗延伸环的联接螺栓有防磨圈，可以延长螺栓磨损，增加使用寿命，提高连接可靠度

7）改进后的叶轮整体出风不会产生紊流现象，有效优化磨煤机内部一次风进口区域的气体流场。

8）改进后磨煤机运行参数基本不变，不影响磨煤机出力及煤粉细度。

9）石子煤排量可以控制在改造目标排放范围之内，可减少石子煤排放80%，燃煤损耗少，经济效益显著。

2、缺点

由于石子煤排放量的减少，硬度偏高难磨的燃煤存留在磨碗内的量相对增加，磨辊衬套及磨碗衬板的磨损量有所增大。具体磨损量可通过调整空气节流环宽度，改变石子煤的排放量来调节，将其控制在可控范围内。

七、改造费用投入及经济效果评价

1、改造费用

每台炉改造费用主要包括6台磨的新型节能风环备件采购费用+施工费用+焊条（耗材）。

备件费：65000元*6=390000元

安装费：90000元（6台磨）

耗材焊条：50KGX7.5元/KGX6=2250元

6台磨改造总费用：390000+90000+2250=482250元

2、经济性计算

我司磨煤机按设计煤种石子煤排放率为1‰，按日平均负荷200MW计算，每台炉每天需用燃煤3万吨，石子煤排放量达3吨。项目改造完成后对磨煤机石子煤排放量实测，每台磨均达到预期效果，石子煤排量与改造前相比减少80%以上，石子煤排放率≤0.2‰，每台炉每天的排放量≤0.6吨（3*0.2‰）。

（1）按原煤量计算，石子煤每天减少的排量即为每台炉每天节省的燃煤量（绝对值）：

3*80%=2.4（吨）

燃煤按市场保守价650元/吨计算，每台炉每年节省燃煤价值为：

2.4吨*650元/吨*365=569400元

一年可收回投资成本。

2）按石子煤所含热值计算，实验室测得排放石子煤平均热值为2312卡/克，与使用的原煤平均热值5400卡/克相比较，转换率为2312/5400=0.428。同样按燃煤市场保守价650元/吨计算，单台炉改造后年节省的燃料价值为：

3吨×80%×365天×650元/吨×0.428=243703.2元

两年可收回投资成本。

结论：通过投资额与节省燃料价值的对比可以看出，节能型风环的应用，使得磨煤机石子煤排放量大幅减少，燃煤得到充分利用，磨煤机的运行经济性能得到提高，降低了企业发电成本，节能减排效果明显。同时，石子煤排放量的减少，石子煤处理的环保费用、运输储存费用也相应降低，环保压力得到明显改善。

参考文献：

[1]上海重型机器厂有限公司HP803碗式中速磨煤机运行维护手册

[2]上海重型机器厂有限公司HP803碗式中速磨煤机设计图纸

[3]北京天创兴源电力设备有限公司HP803磨煤机节能风环改造技术说明书

[4]北京天创兴源电力设备有限公司HP803磨煤机节能风环改造设计图纸