中速磨煤机磨损及单耗降低改造技术研究

徐艳辉 冯峰 黄韦 何时淼 刘鹏程 王璐 卢鹏鸿 朱晓晗 郝德付

国投钦州发电有限公司     广西壮族自治区钦州市    535008

摘要：本文通过对ZGM133N-II型中速磨煤机运行原理、磨损、单耗问题及原因进行了分析研究，优化改造了静动环结构及安装方式，同时也对动静环、筒体进行了耐磨加固，调整了动静环间隙尺寸和运行出风口风速，降低了磨煤机筒体磨损和单耗，很大程度上改善了磨煤机磨损严重、筒体漏粉、排渣量大、单耗大等问题。

关键词：中速磨煤机；静环；动环；磨损；单耗；降低

一、引言

磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械，它是煤粉炉的重要辅助设备。其碾磨部分是由转动的磨环和三个沿磨环滚动的固定且可自转的磨辊组成。需研磨的原煤从磨煤机的中央落煤管落到磨环上，旋转磨环借助于离心力将原煤运动至碾磨滚道上，通过磨辊进行碾磨。三个磨辊沿圆周方向均布于磨盘滚道上，碾磨力则由液压加载系统产生，通过静定的三点系统，碾磨力均匀作用至三个磨辊上，这个力经磨环、磨辊、压架、拉杆、传动盘、减速机、液压缸后通过底板传至基础。原煤的碾磨和干燥同时进行，一次风通过喷嘴环均匀进入磨环周围，将经过碾磨从磨环上切向甩出的煤粉混合物烘干并输送至磨煤机上部的分离器中进行分离，粗粉被分离出来返回磨环重磨，合格的细粉被一次风带出分离器。难以粉碎且一次风吹不起的较重石子煤、黄铁矿、铁块等通过喷嘴环落到一次风室，被刮板刮进排渣箱，由人工定期清理(或由自动排渣装置排走)，清除渣料的过程在磨运行期间也能进行。

磨煤机的主要结构包括电动机、减速机、动环（喷嘴环）、静环、石子煤仓、一次风室、入口风道、衬板、磨辊、分离器等部件。磨煤机结构示意图如图1所示。

图1 磨煤机结构示意图

我厂2×1000MW机组配套制粉系统采用的是北重ZGM133N-II型中速磨煤机，属于热一次风正压直吹式制粉系统，每台炉配6台ZGM133N-II型中速磨煤机，每台磨煤机带锅炉的一层燃烧器，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。

ZGM133N-II型中速磨煤机标准出力为108.3T/H，磨煤机磨煤电耗量 ≤12KW·H/T  (100%磨煤机出力)，磨煤机额定功率为852 KW。但在实际运行中，由于原设计工况条件与目前运行工况条件出入较大，导致磨煤机目前操作参数不能按设计操作参数进行，致使磨煤机在原设计工况条件下被迫运行，从而加剧了磨煤机内部件的冲刷、磨损，同时影响到磨煤机的正常出力，随之磨煤机的各类问题也相继出现，如磨煤机容易堵磨、筒体磨损、筒体漏粉、排渣量大、单耗高等问题，给磨煤机造成了巨大的运行隐患。本文针对磨煤机运行出现的问题进行了详细的分析研讨，对磨煤机动静环不合理的结构、材质、以及运行出风口风速进行了优化改造和调整，从而改善磨煤机磨损、筒体漏粉、排渣量大、单耗大等问题。

二、基本情况

（一）阐述中速磨煤机运行出现的问题及原因。

投产至今，我厂使用的ZGM133N-II型中速磨煤机已运行了7年，由于ZGM133N-II型中速磨煤机动静环、出风口不合理的结构、材质等原因，使其出现了磨辊磨损、筒体漏粉、排渣量大、单耗大等问题，经历了几次大、小轮修。针对这些问题，国投钦州发电有限公司检维修人员做了大量的研究分析。其问题主要表现在以下几个方面。

1、问题一：原厂磨煤机筒体、动环、静环、磨辊皆被严重吹损，超出正常范围，容易漏风漏粉，使用寿命短。

ZGM133N-II型中速磨煤机实际运行中，内部筒体、静动环被磨出深沟痕，磨损严重，甚至出现穿孔现象，且运行中监测到出口风向不集中而且很不均衡，粉管分配不均，容易漏粉。具体为：

①动环叶片磨损10-15mm；

②动环与传动盘连接处磨损严重，由原来的20mm磨损剩余量约5mm；

③动环固定螺栓单颗约磨损40%，基本失去固定作用；

④静环已磨穿；

⑤筒体贴的耐磨陶瓷严重被吹损，甚至已吹损至筒体母材，漏粉严重；

⑥磨辊由原来的110mm厚吹损到只剩下30mm左右，严重影响使用寿命。

吹损照片如图2-5。

    

  

图2-5.磨煤机动环、静环、筒体、磨辊磨损情况图

原因分析要点：

针对以上问题检维修人员着重通过以下4个方面进行现场调查分析：

（1）现场调查静动环结构情况，对磨煤机内部碾磨件检查、测量；

（2）调查不同静动环结构的磨煤机筒体漏粉和磨煤机排渣量大情况。

（3）现场调查磨煤机筒体、动环、静环、磨辊磨损结构情况；

（4）调查不同磨煤机磨煤机筒体、动环、静环、磨辊磨损对电流的影响和磨损量是否正常。

主要原因具体分析：

（1）原厂磨煤机动环风口角度设计存在弊端，磨煤机动环风口出来的热一次风会吹到磨煤机筒体，因热一风冲击力大且带有煤粉容易将筒体吹损减薄甚至吹穿，导致磨煤机筒体漏风漏粉，漏风又加剧对筒体的冲刷力，造成磨煤机出力下降，磨煤机单耗升高。

（2）原厂磨煤机动环与静环连接方式采用的是面与面正对衔接，这种衔接方式间隙大，漏风严重，容易受热一次风流场的影响对动环与静环造成吹损。

（3）原厂ZGM133N-II型中速磨煤机的动静环动材质不耐磨。原厂静动环材质采用的是16Mn材质，这种材质不耐磨，一般连续运行周期一般到6个月，就会出现因风蚀局部减薄，当减薄到一定程度，若继续强行运行就会导致动静环磨穿。因此，针对此现象，建议更换更加耐磨材质的动静环。

（4）原厂ZGM133N-II型中速磨煤机磨辊设计使用的材质为Cr2021,为高热铸铁，其Cr含量为18-22%，HRC硬度为58-62，此种材质具有高温耐磨和一定的抗冲击性，筒体、动环、静环材质为16Mn，此材料耐磨性一般，但是由于受原煤和非工作磨损的影响，皆被严重吹损。具体原因为：

一、因磨辊碾磨原煤造成的磨损：因煤中含有其他杂质，如：粘土、方解石、石英、黄铁矿等，它们的硬度为HV900-1200，同时原煤的的莫氏硬度为1.0-3.75（相当HV50-214）；碾磨过程中，原煤对磨辊的磨损为高应力磨料磨损，其过程为多次塑变的磨损，造成磨辊工作面磨损，为正常工作的磨损。

二、磨辊受热一次风冲刷造成的磨损：磨煤机在运行中通过热一次风对原煤干燥及输送，由下至上形成漩涡状携带煤粉，正常运行中热一次风压压力为10kpa左右，磨煤机出口流速为28-31m/s；因热一次风携带煤粉在磨煤机筒体与磨辊之间流动，对磨辊非碾磨面造成冲刷，导致磨煤机非工作磨损。磨辊碾磨原煤工作原理如图6。

图6.ZGM133N-II型中速磨煤机磨辊碾磨原煤工作原理图

2、问题二：磨煤机运行单耗高。

原厂磨煤机出口风速设计值为22-28m/s，但在实际操作过程中如果磨煤机出口风速低于25 m/s，容易导致输送粉管堵粉，堵粉后会降低机组负荷，为了使输送粉管避免堵粉，在运行中往往将磨煤机出口风速提高到25-30 m/s，然而过高的风速会使磨煤机内部吹损严重，动静环、筒体、磨损磨损加剧，磨煤机单耗也随着升高。

下面是2021年2月17日至2月24日，检维修人员对原厂磨煤机单耗进行的调查研究。

（1）原厂磨煤机处理煤量60T/H时，单耗调查结果：

通过调查分析，原厂磨煤机处理煤量在60T/H时能耗为7.5-9.2KW.H/T，磨煤机单耗偏高；磨煤机单耗设计的最高达8.8KW·H/T，正常值为5-6 KW·H/T。

（2）原厂磨煤机处理煤量70T/H时，单耗调查结果：

通过调查分析，原厂磨煤机处理煤量在70T/H时能耗为7.29-7.89KW.H/T，磨煤机单耗偏高；磨煤机单耗设计的最高达8.8KW·H/T，正常值为5-6 KW·H/T。

（3）原厂磨煤机处理煤量80T/H时，单耗调查结果：

通过调查分析，活动前的磨煤机处理煤量在80T/H时能耗为6.6-8.0KW.H/T，磨煤机单耗偏高；磨煤机单耗设计的最高达8.8KW·H/T，正常值为5-6 KW·H/T。

综上所述，原厂磨煤机的单耗正常值为5-6 KW·H/T，但在2021年2月17日至2月24日的调查中，实际最高可达8.8KW·H/T，能耗很大。

三、处理及防范措施

（一）实施对策

1、对策一：动静环面与面正对衔接改为套筒搭接连接结构。

通过分析动静环垂直结构的连接方式和动静环风口运行的要求，将动静环由原来的面与面正对连接改为套筒搭接结构，这种套筒搭接结构可以根据运行需要减少动静环之间的间隙，搭接改造后保证动静环间隙为5mm±0.1，减少筒体、动静环受一次风流场的影响，阻止异物从间隙处下落引起剧烈的磨擦及卡涩现象。

2、对策二：采用文丘里设计原理，优化动环、动环叶片形状及安装角度。

根据文丘里设计原理，结合文丘里效应和信铬钢耐磨的技术，将静环的上半部分磨辊方向加装一个耐磨护板（挡环），耐磨护板（挡环）宽度刚好延伸至动环吹风口喉口处，将动环风口热一次风挡住。耐磨护板（挡环）采用高铬合金，使用寿命大于30000小时，硬度为HRC≧60，从而增加静环的耐磨性。

同时，将动环叶片靠近静环的一侧加高一个挡风板，挡风板延伸至刚好与静环耐磨护板（挡环）贴合，挡住流向筒体的热一次风，同时，安装动环时，将动环风口角度向磨中心倾斜10°左右，改变热一次风的风向，使热一次风不吹向筒体，降低筒体吹损。

3、对策三：静环母体材质更换采用耐磨长久型高强度钢。

检维修人员根据静环母体材质的耐磨要求，将静环母体材质更换为使用寿命不低于80000小时的耐磨长久型高强度钢，设计时将静环内护板分段组成（数量视设计而定），每段静环尺寸一致，每块可以互换，方便更换使用，同时内护板表面设计成光滑面无缺陷，以减少摩擦。

4、对策四：动环喉口处增加耐磨部件。

为了增加动环喉口的耐磨性，设计动环时在动环喉口最易磨损的区域堆焊SA1750CR耐磨高铬合金，在压板上增加25mm挡圈材质SA1750CR，以增加磨煤机碾磨区域煤层的厚度，从而降低磨煤机的振动，减少摩擦。

5、项目实施后，动静环优化改造前后结构图。

（二）实施成效

1、完成调整动静环间隙为5mm±0.1，减少了筒体、动静环受一次风流场的影响，阻止异物从间隙处下落引起剧烈的磨擦及卡涩现象，减少漏粉现象。优化后具体调查情况如下图。

从调查表和柱状图中可以看出，动静环优化改造对策实施后，动静环间隙尺寸均在4.9mm-5.1mm之间，不会对磨壳体产生磨损、不降低原来性能，对煤粉细度不会产生变化，不增加非工作负荷。

2、增加了筒体、动环、静环、静环母体的耐磨性，改变了热一次风的风向，使热一次风不吹向筒体，降低筒体吹损，使用寿命长。

3、优化实施改造后，磨煤机出口风速均在25m/s-30m/s之间，具体调查情况如下。

从调查表和柱状图中可以看出，对策实施后，磨煤机出口风速均在25m/s-30m/s之间。提升喷嘴环处的气流速度和通风出力，降低磨煤机的石子煤排放量，粉管堵粉现象减少。

4、对策实施后，2021年10月17日至10月24日的中速磨煤机电流进行调查并计算单耗情况。

从调查表和柱状图中可以看出，对策实施后，磨煤机单耗由原来的8.8KW·H/T降为5.5-6KW·H/T，单耗降低，运行和检修成本降低，提高了磨煤机出力及循环经济性。

整个项目实施后，ZGM133N型中速磨煤机实施前后性能对比表：

	实施前	实施后
动静环连接结构	安装方式：面与面正对衔接	套筒搭接连接结构，同时将静环的上半部分向磨辊方向加宽延伸至动环吹风口喉口处
静环	静环上半部分宽度不够，热一次风吹到筒体	加装一个耐磨护板（挡环），挡住动环风口热一次风
动环叶片	动环叶片低，热一次风吹到筒体	加高一个挡风板，同时将动环风口角度向磨中心倾斜10°左右安装，挡住流向筒体的热一次风，筒体的耐磨性提高
静环耐磨护板（挡环）、动环挡风板材质	原厂磨煤机无这两个部件	材质均使用寿命大于30000小时、硬度为HRC≧60的高铬合金，静环、动环的耐磨性提高。
动静环之间缝隙	6-7mm	均在4.9mm-5.1mm之间，降低漏风漏粉
静环母体	16Mn	静环母体采用耐磨长久型高强度钢使用寿命不低于80000小时，静环耐磨性提高
动环喉口材质	16Mn	动环喉口最易磨损的区域堆焊SA1750CR耐磨高铬合金，在压板上增加25mm挡圈材质SA1750CR，静环耐磨性提高
磨煤机出口风速	22m/s-28m/s,低于25m/s容易堵磨	均在25m/s-30m/s之间，堵磨现象减少
磨煤机单耗	6.6KW·H/T以上，甚至高达8.8KW·H/T	5.5-6KW·H/T，单耗降低

四、总结

本文通过对ZGM133N-II型中速磨煤机运行原理、磨损、单耗问题及原因进行了分析研究，优化改造了静动环结构及安装方式，同时也对动静环、筒体进行了耐磨加固，调整了动静环间隙尺寸和运行出风口风速，降低了磨煤机筒体磨损和单耗，很大程度上改善了磨煤机磨损严重、筒体漏粉、排渣量大、单耗大等问题，满足了ZGM133N型中速磨煤机高效运行的需求，同时提高了磨煤机的运行效益。

参考文献：

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[3]董吉柱,刘晓东.中速磨煤机磨辊总成损坏的分析与对策[J].上海电气技术,2023,16(01):89-92.