ZGM113N型磨煤机增加出力改造及应用

4
收到基全水份
Mar
%
16
16
5
收到基灰份
Aar %
11.04
11.04
6
磨煤机基点出力
B0 t/h
57.35
64.66
7
运行方式
— — 五运一备 五运一备
二
修正系数
1
原煤可磨性影响系数
fH
—
2
煤粉细度影响系数
fR
—
3
原煤水份影响系数
fM —
4
原煤灰份影响系数
fA
5
磨煤机磨损后期出力下降 fVm —
达到节能降耗的目的。此次技术改造是国内同类型磨煤机增加出力改造的成功实践。
关键词：磨煤机；增加出力；煤粉
作者简介：李国新（1973-），男，天津人，河北国华定洲发电有限责任公司综合生产部经理助理；季广辉（1983-），男，河北国华定洲发电有
限责任公司安全技术部，点检工程师。（河北 定州 073000）
表 2 磨煤机改造前、后出力计算
名称 ZGM113N 型磨煤机增加出力计算书
MG43.GS.19-2008
产品名称
中速辊式磨煤机
共1页 第1页
序号
名称
符号 单位 原 ZGM113N 改造后出力
一
原始数据
1
燃煤量
Bg t/h
232.5
232.5
2
哈氏可磨性系数
HGI —
50
50
3
煤粉细度
R90
%
20
20
（3）研磨部件的尺寸确定。 根据锅炉燃煤量的需要，每台炉共改造两台磨，每台磨需要增 加 6 t / h的出力，折 算到磨 煤 机的基点出力上，需要增 加7. 31t / h的出 力。磨煤机机壳外径为3800mm，原设计压架和磨辊辊架的框架尺 寸下，磨 辊辊套直径由 Q 175 0 m m，增加到 Q 18 5 0 m m，辊套宽度由 585m m可以增加到615m m，磨盘衬 板 更 换为与 Q 1850 m m辊套相配 型线衬瓦。通过上述尺寸的改变，磨盘转速一定的情况下，磨辊直 径加大，外沿研磨区的研磨面积和研磨速度分别可增加6%左右，二 者共同作用达到增加出力的目的。磨辊上只改动辊套的尺寸，辊芯
由于磨 煤机出力增加，磨 煤机 入口一次 风流量相应增加约 10%。一次风量增加，通风阻力会相应提高。但在几个因素影响下， 通风阻力提高幅度较少。
研磨出力增加，煤粉在磨内循环研磨次数减少，煤粉容易携带 提升。
旋 转 喷 嘴 使 得磨盘 边 缘涡流区向上推移，加上合 适的喷 嘴 流 速，使得磨阻减 少。改 造前磨 煤 机设 计 最大 通 风 阻 力为6 . 41k Pa， 改造后最大通风阻力为6.54kPa。旋转喷嘴环的喉口流速需重新校 核，满负荷时控制在75m/s，使得磨煤机出力增加后，通风阻力保持 稳定。通过目前的运行状况分析，一次风机压头具有较大的裕度， 可以适用改造出力增加的需要。
2011年第9期
值，从而降低了气流穿过整个旋转环形通道的压降。动环叶片在旋 转时减少了空气流的流通面积，使具有均匀速度分布的空气气流加 速穿过每个喷口。穿过后气流减速并离开环形通道时压降能够减 小。叶片角反向设置，旋转所产生的鼓风效应将空气气流向上进入 逆环流区，使空气气流向上进入环形通道进口的流线更均匀，能使 研磨区的压降减小。在环形通道进口下方采用导流流线设计，减小 由于磨煤机进风区的尖角或阶梯变化产生的涡流，消除涡流的干扰 有助于使气流更均匀地向上流入通道，喷嘴磨损更加均匀。进口通 道垂直设计减少了磨煤机零部件诸如磨辊和机壳内壁的磨蚀，方便 安装与维修。叶片角度的增加，使得环形风道水平分速度降低，减 少了磨煤机正常工作之外的能量消耗，在煤粉悬浮中可以更好地利 用垂直分速度。叶片长度的减少使得摩擦损失以及零件重量减轻， 减少了铸造缺陷存在的可能性。材料采用低合金铸钢ZG50Mn2，寿 命大幅提高。
（1）
Q—— 一次研磨合格煤粉的产量；
116
k——系数； S——煤层厚度； V——磨辊压入物料的速度； F——研磨压力； B——研磨面积。 由（1）式知，在磨煤机转速一定的情况下，煤层稳定时，研磨 面积与磨煤机的出力成正比。在磨煤机转速不变的情况下，增加磨 盘面积的同时再增加磨辊的宽度，可达到增加磨煤机的研磨面积 的目的。 从（1）可知，增加研磨面积和研压速度可以有效增加磨煤机的 出力，从而影响磨煤机磨煤机的出力另外两个参数。而研磨压力和 料层厚度在原设计的强度参数下较难改变。通过对ZGM113N型磨 煤机内部结构的研究，认为现有磨煤机机体内具有增加磨盘面积和 磨辊宽度的空间。 2.主要改造参数的确定 （1）出力计算，见表1。
t2
℃
70
A
%
13.03
7 煤的挥发分
Vdaf
%
27.84
8 原煤水分 9 煤粉水分 10 环境温度 11 密封风质量流量 12 磨煤机出口静压 13 当地大气压 14 散热损失
Mar
%
16.1
Mmf
%
3
ta
℃
20
MSA
kg/s
1.21
P2
kPa
3.43
P0
kPa
95.38
0.05
最小通风量
17.1 kg/s
保证出力下磨煤机轴功率 512 kW
磨辊加载额定压力
20 MPa
磨辊加载拉杆最大拉力
471
kN
额定功率
512 kW
电动机额定功率
650 kW
电动机电压
6
kv
电动机转速
990 r/min
磨煤机磨盘转速
24.4 r/min
本体阻力 磨煤机密封风量
≤ 6410 1.54
Pa （保证出力下、含分离器和煤粉分 配箱）
二
过程参数
15 入口煤质量流量
MF1
kg/s 16.739
16 干燥煤质量流量
MFd1
kg/s 14.044
17 蒸发水流量
Mst
kg/s
2.261
18 煤粉水分流量
MH2OPF kg/s
0.434
19 加热干粉需要热流量
QFd1
kW 768.895
20 蒸发水需要的热流量
QST
kW 5759.103
图 6 新型拉杆连接套 1）压架距离机壳顶部距离为70mm，加载油缸全部伸出长度可 达312mm，零接触时伸出长度为228mm，行程为312-228=84mm。 2）现 行 程 要求为 7 0 m m，加 载 缸 全 部 伸出长 度 应 为 31 2 70=242mm。 3）磨辊辊套直径增加100mm，半径对应为50mm，倾斜角度为 15°，拉杆长度应增加48mm，结合现场实际测量结果，改造前零接 触时加载缸伸出长度为228mm，改造后零接触时加载缸伸出长度应 为228+48=276mm，改造后增加长度应为312-276=36mm。因此拉 杆连接套需重新设计以满足正常运行要求。技术要求：调质处理， HB=187-229，发蓝、尖角倒钝，光坯探伤，材质选用#45钢，每台磨 安装3件。 （6）重 新校 核 设 计 旋 转 喷 嘴。磨 煤 机 采 用 旋 转 喷 嘴 技 术， 有效降低磨煤机的阻力和通风电耗。旋转喷嘴（见图7）具 有如 下特点。
电力技术
图 2 衬瓦外形图 辊架等结构件等零部件可通用，不需更换。辊套外形见图1，衬瓦外 形见图2。
（4）选定的耐磨材质和主要指标。ZGM113N型磨煤机增加出 力后对耐磨材质提出了更高的要求。在中速辊式磨煤机中，辊套、 衬板、导向板、导向块、防磨板等件为易磨损件，其中，辊套因承受 周期性压缩载荷，煤料的磨粒磨损和一定小能量的反复冲击，磨损 最为严重。因此，辊套不但要有致密的要求，材质还有硬度、淬透性 和塑性等的要求。经过大量的优选试验，主要备选材料有镍硬Ⅳ号 耐磨铸铁、Cr2021高铬铸铁材质、Cr26耐磨铸铁、Cr2021 +Nb变质 耐磨铸铁、Cr26+Nb变质耐磨铸铁和Cr15系多元合金加复合变质耐 磨铸铁等。这些主要材质热处理后的硬度HRC≥60；冲击韧性≥7J/ cm2；金相组织均为共晶碳化物+弥散分布二次碳化物+马氏体+残 余奥氏体；都有很好的耐磨性能。
46.5 60.26
57.25 23.1
（2）热平衡计算，见表3。
总第196期
表 3 热平衡计算
序号
项目
符号
单位
一
输入数据
1 总煤量
mTotal t/h
60.26
2 运行台数
N
1
3 单台磨入口煤质量流量 4 一次风量 5 分离器出口温度 6 煤的灰分
mF0
t/h
60.26
mPA
kg/s
35.5
mG2
kg/s 38.729
27 出口气体体积流量
VG2
m3/s
38.295
28 煤粉质量流量
mPF
kg/s 14.478
29 风煤比
ε
kg/kg 2.121
30 出口煤粉质量浓度 31 出口煤粉体积浓度
μ1
kg/kg 0.374
μ2
kg/m3 0.378
从计算结果可知，改造后按照单台磨60.26t/h进行热平衡校核 计算，目前的热风量和热风温度有裕度。
kg/s
一、改造方案及实施
1.改造方案的理论依据
ZGM113N型辊式磨煤机在运行过程中几何相似和动力相似是
其气（气体、水蒸汽）固（风粉）两相流起主要作用的准则。
在理论模型中，磨辊一次研磨合格煤粉的产量与磨辊下通过的
物料厚度、磨辊压入物料的速度、研磨压力和磨辊的宽度成正比。
数学表示式如下：
Q= k×S×V×F×B
DOI编码：10.3969/j.issn.1007来自百度文库0079.2011.09.058
ZGM113N型磨煤机增加出力改造及应用
2011年第9期
李国新 季广辉 王 颖
摘要：河北国华定洲发电有限责任公司的600MW机组锅炉在改用低热值煤后，按照原设计磨煤机五运一备的运行方式，已无法满足机组
满负荷运行时所需燃煤量。介绍了通过对单台磨煤机磨盘、磨辊等主要部件的技术改造，增加了单台磨煤机的出力，降低了磨煤机的单耗，从而
表 1 ZGM113N 型磨煤机参数
设备名称
磨煤机
在装量
6 台 / 台锅炉
型号
ZGM113N
制造厂
北京电力设备总厂
名称
规格型号 单位
备注
原煤颗粒
≤ 30 mm
煤粉细度可调范围 ：R90 15 ～ 40 %
最大出力
53.45 t/h
最大通风量
25.14 kg/s
计算通风量
22.96 kg/s
（B － MCR 工况）
1）各主要材质的金相照片（见图3-图5）。
图 3 400× 的高铬铸铁材质铸态照片
图 4 400× 的高铬铸铁材质热处理后照片
图 1 辊套外形图
图 5 高铬铸铁材质热处理后的电镜照片 117
2）生产试验和铸造工艺的确定。 为确定合理的铸造工艺，进行了大量的对比试验和工艺参数的 探索，试验了辊套的多冒口等形式，最后确定了单冒口倾斜浇注的铸 造工艺，取得了用射线探伤检测评四级以上照片的好效果。 3）磨损效果简介。 采用高铬铸铁耐磨材质生产ZGM磨的耐磨产品，磨损寿命一般 在12000～16000小时，寿命较高的达20000小时以上。Cr2021+Nb变 质耐磨铸铁在煤质Ke值大于7.85的条件下，实际磨损量平均千小时 小于5mm，可以满足差煤质的要求。 （5）新型拉杆连接套研制。对压架进行有限元计算，对拉杆 进行强度计算和应力分析，确保运行的可靠性。因磨辊辊套直径将 由Q1750mm增加到Q1850mm，磨辊压架的位置在垂直方向相应升 高小于50mm，而拉杆加载装置的上行程会相应减少，磨煤机正常运 行时煤层厚度一般不超过50mm，为了降低改造成本，使用原拉杆 并研制新型拉杆连接套（见图6）。
影响系数
1.0 1.0 0.932 1.0 0.95
1.0 1.0 0.932 1.0
三
磨煤机计算结果
1
计算出力 ：Bj=Bg/N
Bj t/h
2
最大出力 ：Bm=B0×fH×fR Bm t/h
×fM×fA
3 运行后期出力 ：Bs=Bm×fVM Bs t/h
4
运行后期出力余度
%
46.5 53.45
50.77 9.2
21 加热煤粉水分需要的热流量 QH2OPF kW
90.926
22 加热密封风需要的热流量
QSA
kW
49.000
23 干燥需总热流量
Qtotal
kW 7001.321
三
输出数据
24 磨煤机入口一次风温度
t1
℃
261.9
25 磨煤机入口气体体积流量
VPA
m3/s
55.383
26 出口气体质量流量
中图分类号：TK223.2
文献标识码：A
文章编号：1007-0079（2011）09-0116-05
河北国华定洲发电有限责任公司一期两台600MW机组锅炉为 亚临界压 力控制 循环 汽包 炉，锅 炉制粉系统 采用 冷一 次 风 正 压 直 吹 式制粉系统，每台锅 炉配 六台Z G M113N型中速 磨 煤 机（参 数 见 表1），设计煤种为神府东胜烟煤，校核煤种为神木大柳塔烟煤，燃 烧设计煤种时五台磨煤机运行一台备用。单台磨煤机额定出力为 53.45 t/h，折算上中后期磨损，每台磨的平均出力在48～49t/h左右。 当煤质较差时，投入五台磨煤机运行不能满足机组满负荷时所需 煤 量，必 须 启动 第六台磨 煤 机 才 能 达 到总煤 量 需 求，导 致 磨 煤 机 电耗增加，同时制粉系统失去备用磨煤机，给机组安全稳定运行带 来隐患。