摘要：火力發(fā)電制粉系統(tǒng)中，中速磨煤機旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計是保證一次風(fēng)與煤粉混合物（風(fēng)煤粉混合物）合理流速的重要基礎(chǔ)。通過對比研究傳統(tǒng)鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)與新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的異同之處，并結(jié)合兩者在磨煤機制粉過程中的實際運行效果，詳細(xì)分析了焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的特點與優(yōu)勢，同時闡述了新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的設(shè)計實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)；風(fēng)煤粉混合物；通風(fēng)電耗

作者簡介：王金柱（1977-），男，北京人，北京電力設(shè)備總廠磨機事業(yè)部，工程師。（北京 102401）

中圖分類號：TK223.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0233-01

目前，中速磨煤機在火力發(fā)電廠鍋爐制粉系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。中速磨煤機主要采用直吹式制粉系統(tǒng)，即原煤在經(jīng)過磨煤機研磨部件碾磨成煤粉后不在內(nèi)部停留，通過提供給磨煤機的一次熱風(fēng)進(jìn)行直吹，經(jīng)過一次風(fēng)室、旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)[1]、機殼殼體、分離器和出粉口出磨而送入煤粉管道并最終到達(dá)爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒。為了保證出磨的風(fēng)煤粉混合物[2]在一個合理的流速范圍內(nèi)，需要設(shè)計旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的線型并計算合適的通風(fēng)面積。筆者根據(jù)北京電力設(shè)備總廠（以下簡稱“我廠”）中速輥式磨煤機傳統(tǒng)鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的特點，結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用過程中的實際經(jīng)驗，設(shè)計了新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)，并在寧夏中寧電廠大修改造項目中得到了成功應(yīng)用。

一、中速磨煤機新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計原理

1.旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)基本原理介紹

中速磨煤機旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的工作原理是通過改變風(fēng)環(huán)處的空氣動力場，達(dá)到控制風(fēng)環(huán)出口處流速的作用，保證出磨的風(fēng)煤粉混合物流速在一定范圍內(nèi)，并有效提高了風(fēng)環(huán)的使用壽命。與傳統(tǒng)靜態(tài)風(fēng)環(huán)相比，旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)使得風(fēng)煤粉混合物流速降低20%左右，降低了磨煤機阻力和通風(fēng)電耗[3]，風(fēng)環(huán)的使用壽命提高了2～3倍以上。目前旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)主流上采用鑄造結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)介紹

中速磨煤機不同規(guī)格的旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)直徑范圍在1.6m～3.2m之間，質(zhì)量大約為6000kg～22000kg，其結(jié)構(gòu)特殊、工藝復(fù)雜，由內(nèi)動外靜兩環(huán)組成，在動環(huán)外側(cè)有一圈葉片，與靜環(huán)內(nèi)徑之間形成喉口面積。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝一直采用實樣下芯、粘砂造型工藝，芯子為整體粘土砂芯，動環(huán)葉片埋于砂中，最后取出。由于葉片四周均被型砂緊緊包裹，在取出時砂型表面會有不同程度破損，致使鑄件的外觀效果差，后續(xù)清理困難。

3.新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計

針對鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)工藝特殊復(fù)雜的情況，結(jié)合多年生產(chǎn)一線的實際經(jīng)驗，提出了將鑄造結(jié)構(gòu)改為焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)想。改造具體思路是：首先，設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)外形尺寸與鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)基本一致，滿足風(fēng)環(huán)合理通風(fēng)流速的基本功能；其次，為保證焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)堅固耐用，將動環(huán)分部采用內(nèi)外雙圈結(jié)構(gòu)加固葉片，滿足風(fēng)環(huán)在快速旋轉(zhuǎn)運行過程中的葉片不致?lián)p壞；再次，為滿足焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)在風(fēng)煤粉混合物高速通過下的耐沖刷性，整體結(jié)構(gòu)采用錳鋼材料[4]（根據(jù)實際需要，葉片可采用高硬度雙金屬耐磨復(fù)合材料[5]），提高風(fēng)環(huán)的使用壽命；最后，由于葉片安裝可以靈活調(diào)整，可以根據(jù)實際風(fēng)量計算出合理通風(fēng)流速后再確定葉片數(shù)量和焊接角度。

二、中速磨煤機新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)設(shè)計計算

1.鑄造結(jié)構(gòu)與焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)對比

鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)主要由風(fēng)環(huán)靜環(huán)、動環(huán)、葉片和托盤組成，焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)由靜環(huán)、動環(huán)內(nèi)外環(huán)、葉片、法蘭托盤和扁鋼組成。鑄造結(jié)構(gòu)與焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)結(jié)構(gòu)對比如圖1所示。

由結(jié)構(gòu)圖可知，焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)在脫胎于鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了制作工藝并提高了生產(chǎn)效率。其中由靜環(huán)、葉片、動環(huán)內(nèi)外環(huán)和扁鋼組合構(gòu)成的喉口結(jié)構(gòu)如圖2所示。

中速磨煤機在實際運行過程中，通過喉口的一次熱風(fēng)在風(fēng)環(huán)旋轉(zhuǎn)運行下而呈現(xiàn)螺旋上升形態(tài)，并帶動研磨后的煤粉送入煤粉管道進(jìn)入爐膛燃燒。由此可見，喉口的外形尺寸是最終影響風(fēng)煤粉混合物流速計算的主要參數(shù)，這其中包括：風(fēng)環(huán)動環(huán)內(nèi)環(huán)外徑（D1）、風(fēng)環(huán)葉片外徑（D2）、風(fēng)環(huán)靜環(huán)內(nèi)徑（D3）、風(fēng)環(huán)動環(huán)外環(huán)外徑（D4）、扁鋼外徑（A）、葉片寬度（W）、葉片厚度（T）、葉片傾角（θ）、葉片數(shù)量（n）共9個尺寸。

2.焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)計算公式

焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)通風(fēng)流速計算首先要根據(jù)相關(guān)尺寸參數(shù)計算出通風(fēng)面積，然后根據(jù)中速磨煤機熱平衡計算結(jié)果提供的一次風(fēng)體積流量[6]（VPA）計算通風(fēng)流速。

單個葉片截面積（㎜2）：

整圈風(fēng)環(huán)通風(fēng)面積（㎜2）：

間隙通風(fēng)面積（㎜2）：

扁鋼面積（㎜2）：

風(fēng)環(huán)總通風(fēng)面積（㎜2）：

風(fēng)環(huán)通風(fēng)流速（m/s）：

根據(jù)我廠中速磨煤機經(jīng)驗值，旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)通風(fēng)流速在[60～70]（m/s）為合適的數(shù)值。

三、中速磨煤機新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)應(yīng)用

1.項目介紹

寧夏中寧電廠投建發(fā)電至今已將近8年時間，是西北地區(qū)較早使用我廠中速磨煤機的電廠之一。由于磨煤機長年運行導(dǎo)致的磨損，再加上近些年火電行業(yè)煤質(zhì)普遍變差等原因，目前中寧電廠磨煤機出力已經(jīng)無法達(dá)到當(dāng)初設(shè)計時的保證值。為解決電廠的燃眉之急，不斷提高自身設(shè)備性能之需，此次借中寧電廠大修改造之機，我廠與其合作了磨煤機增容提速改造項目。

2.改造方案

鑒于火電行業(yè)目前運營現(xiàn)狀，此次磨煤機改造本著為電廠節(jié)約費用成本的同時，達(dá)到增加出力、降低功耗、提高設(shè)備耐沖刷性的目的。具體方案為：改原有鑄造結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)為焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)（采用錳鋼耐磨材料）；通過提高主電機功率和減速機傳動比來提高磨盤部轉(zhuǎn)速而增加研磨能力；更換新型增大容積的選粉分離器來滿足磨煤機提高出力的要求。最終要求中速磨煤機改造后達(dá)到55.476t/h的保證出力，整機通風(fēng)電耗控制在9.0kW·h/t范圍以內(nèi)。

3.運行效果

替換與改造部件經(jīng)過安裝、調(diào)試、消缺工作目前已正常運行，經(jīng)過在中控室數(shù)日的跟蹤與監(jiān)控，改造后的一號機組A磨煤機在一次風(fēng)量達(dá)到滿負(fù)荷的75%左右、磨輥加載力大小為最大加載力的80%左右、分離器折向門開度大小為50°的基本工況下，出力已經(jīng)超過55.476 t/h的改造保證值。

根據(jù)電廠 DCS[7]（集散控制系統(tǒng)）給出的運行數(shù)據(jù)值并經(jīng)過校核與計算，在磨煤機出力為55.53 t/h、磨煤機本體工作電流值為36.5A的工況下，磨煤機本體功耗值約為8.315kW·h/t，達(dá)到了電廠對磨煤機增容提速改造通風(fēng)電耗的考核要求。

四、結(jié)束語

本文詳細(xì)闡述了中速磨煤機新型焊接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)改造設(shè)計的實現(xiàn)方法與應(yīng)用過程。目前，在火電行業(yè)運營成本增大、利潤普遍下滑的大背景下，提高機組的工作效率并降低設(shè)備功耗值是電廠扭虧為盈的重要手段之一。對電廠機電設(shè)備有針對性地進(jìn)行技術(shù)升級改造是擺在工程技術(shù)人員面前的重要課題。希望本文所論述的設(shè)計思想能對廣大工程技術(shù)人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

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[5]宋延沛，謝敬佩，等.鑄造耐磨材料及其生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：216-220.

[6]中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)委員會.火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定（DL/T5145-2002）[M].北京：中國電力出版社，2003：65-71.

[7]王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：3-5.

（責(zé)任編輯：王祝萍）