曾國兵, 劉 聰, 魏佳佳, 胡勝利, 余長軍

(安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 安徽 合肥 230051)

0 引言

在“雙碳”目標(biāo)下，電力行業(yè)正發(fā)生著廣泛而深刻的變革，燃煤電廠定位為“托底保供”，這要求燃煤機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰。隨著燃煤電廠深度調(diào)峰的進(jìn)行，機(jī)組峰谷負(fù)荷差距大，磨煤機(jī)運(yùn)行故障率顯著升高。某火力發(fā)電廠機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的超臨界壓力、一次中間再熱直流鍋爐，制粉系統(tǒng)配有6臺ZGM113型中速直吹式磨煤機(jī)。磨煤機(jī)是制粉系統(tǒng)重要組成設(shè)備，其作用是將原煤碾磨成煤粉。大型機(jī)組磨煤機(jī)多采用磨輥液壓自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)給煤機(jī)煤量變化自動調(diào)整加載力，使磨煤機(jī)磨制的煤粉細(xì)度滿足鍋爐運(yùn)行要求。

1 液壓加載系統(tǒng)工作原理

液壓加載系統(tǒng)的作用是控制與調(diào)節(jié)磨煤機(jī)加載力，是磨煤機(jī)的重要組成部分[1]。液壓加載系統(tǒng)由液壓油泵，蓄能器，比例溢流閥，液動換向閥，升降磨輥電磁換向閥，定、變加載電磁換向閥，安全閥，回油濾油器，冷卻器等設(shè)備組成，系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

圖1 液壓加載系統(tǒng)原理圖

液壓加載系統(tǒng)有自循環(huán)、變加載、定加載和升降磨輥四種運(yùn)行方式[2]。磨煤機(jī)正常運(yùn)行時液壓加載系統(tǒng)為變加載工況運(yùn)行。變加載運(yùn)行時，磨輥為降磨輥狀態(tài)，升降磨輥電磁換向閥在左邊位置；液動換向閥在右邊位置，為打開狀態(tài)，液壓加載切換為變加載運(yùn)行方式，從而使定、變加載電磁換向閥切換至左邊位置。液壓加載系統(tǒng)液壓油系統(tǒng)流程為：油泵從油箱中吸油，油液經(jīng)濾油器、升降磨輥電磁、主油路進(jìn)入加載油缸。另一路經(jīng)過定、變加載電磁換向閥、比例溢流閥、冷油器、回油過濾器回到油箱。比例溢流閥的開度根據(jù)DCS系統(tǒng)的電信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，即加載壓力隨給煤機(jī)煤量的變化而改變。

2 磨煤機(jī)運(yùn)行中的問題及分析

2.1 磨煤機(jī)運(yùn)行中存在的問題

制粉系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)存在各臺磨煤機(jī)低出力時振動大、制粉電耗偏高、磨輥磨損嚴(yán)重等問題；高負(fù)荷時，存在磨煤機(jī)出力受限等問題，無法滿足機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行要求。

2.2 問題分析

煤炭不同的可磨性與磨煤機(jī)中料層厚度不均勻，會導(dǎo)致磨盤不穩(wěn)，磨輥陷落和滑動，這是造成磨煤機(jī)振動的主要原因。磨輥陷落和滑動會加大磨輥不均勻性磨損，料層阻力也會隨著不均勻性磨損增加而增大，導(dǎo)致磨輥轉(zhuǎn)動時跳動增大，運(yùn)行穩(wěn)定性下降，對煤層厚度破壞性增大，形成惡性循環(huán)過程；當(dāng)磨盤與磨輥之間穩(wěn)定的料層厚度被破壞時，會造成磨煤機(jī)劇烈振動。

輥輪碾壓料層滾動狀態(tài)的壓應(yīng)力分布[3]表示如下。

p=khμ

(1)

式中，k表示物料抗壓系統(tǒng)，u表示物料狀態(tài)系數(shù)，取值范圍0～1。式(1)反應(yīng)了輥輪下物料比壓p和下陷深度h之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，輥輪下物料比壓越大，輥輪下陷深度也就越深。

磨煤機(jī)磨輥的碾磨力為磨輥的重力和液壓加載力之和。磨輥的重力一定，液壓加載力變化，磨煤機(jī)的碾磨力則發(fā)生變化。即通過改變油缸中的液壓油壓力改變加載力，也就是說液壓油壓力越高，磨輥的碾磨力也就越大。液壓油油壓的大小是由比例溢流閥根據(jù)給煤量的變化進(jìn)行自動調(diào)整的，其控制原理如圖2所示。

圖2 磨煤機(jī)加載系統(tǒng)控制原理圖

各磨煤機(jī)出廠時，根據(jù)磨煤機(jī)的設(shè)計煤種等參數(shù)，設(shè)置好磨煤機(jī)運(yùn)行時液壓油工作壓力與磨煤機(jī)出力的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 液壓油工作壓力與磨煤機(jī)出力關(guān)系曲線

機(jī)組運(yùn)行深度調(diào)峰期間，機(jī)組負(fù)荷差很大。低谷階段機(jī)組負(fù)荷較低，所需的煤量較低。在實際運(yùn)行中，為減輕因磨煤機(jī)投入臺數(shù)太少，導(dǎo)致的爐內(nèi)溫度場不均勻，熱負(fù)荷太集中，水冷壁、過熱器熱偏差大的情況，會采用2臺磨的煤量維持3臺磨投入的運(yùn)行方式，這就更使磨煤機(jī)長期低于最小出力運(yùn)行，使得磨煤機(jī)出現(xiàn)劇烈振動、磨輥磨損嚴(yán)重、制粉電耗高等問題。磨輥嚴(yán)重磨損后，使得磨盤和磨輥的間隙增大，在磨煤機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時，加載力又不夠，無法達(dá)到最大出力運(yùn)行，煤粉細(xì)度也達(dá)不到最佳煤粉細(xì)度要求，機(jī)組運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

3 磨煤機(jī)運(yùn)行優(yōu)化試驗

3.1 磨煤機(jī)摸底試驗

為充分了解各磨煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，在進(jìn)行磨煤機(jī)加載油壓特性試驗之前對6臺磨煤機(jī)進(jìn)行了摸底試驗，#22、#23、#25磨煤機(jī)內(nèi)部易損部件進(jìn)行過更換，其他磨煤機(jī)內(nèi)部易損部件未進(jìn)行更換。試驗時，各磨煤機(jī)磨制煤種的可磨性系數(shù)在74～82之間，差異較小，且處于正常煤種與易磨煤種之間，與設(shè)計煤種基本一致，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1所示。

表1 磨煤機(jī)摸底試驗數(shù)據(jù)匯總

續(xù)表

由磨煤機(jī)運(yùn)行狀況及摸底測試數(shù)據(jù)可知：

(1)從磨煤機(jī)功率可知，由于#22、#23、#25磨煤機(jī)內(nèi)部易損部件進(jìn)行過更換，所以內(nèi)部磨損較小，這三臺磨煤機(jī)功率明顯低于其他磨。

(2)從磨煤機(jī)加載油壓及其偏置可知，各磨煤機(jī)實際加載油壓均高于組態(tài)曲線中的設(shè)置值。

3.2 磨煤機(jī)加載油壓特性試驗

磨煤機(jī)加載油壓特性試驗方法是在保持其他運(yùn)行參數(shù)不變的條件下，僅通過改變磨煤機(jī)加載油壓，得到磨煤機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律，最后結(jié)合磨煤機(jī)振動、煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)功率、進(jìn)出口差壓等參數(shù)綜合分析比較，確定該磨煤機(jī)一定給煤量下最佳加載油壓。然后再改變磨煤機(jī)的給煤量進(jìn)行一個煤量-加載油壓特性試驗，如此反復(fù)進(jìn)行，最終得到磨煤機(jī)在不同給煤量下的最佳加載油壓，從而得出磨煤機(jī)磨煤量-加載油壓特性曲線。限于篇幅文中僅列出#22磨、#25磨在55 t/h給煤量情況下的試驗數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 磨煤機(jī)加載油壓特性試驗數(shù)據(jù)匯總

由試驗數(shù)據(jù)可知：

(1)加載油壓越大，磨煤機(jī)進(jìn)出口差壓整體呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)磨煤機(jī)加載壓力增大時，其研磨能力增強(qiáng)，進(jìn)而使得磨內(nèi)貯煤量降低，進(jìn)出口差壓隨之降低。

(2)加載油壓越大，一方面對磨盤壓力增加，進(jìn)而磨煤機(jī)功率上升；另一方面研磨能力的加強(qiáng)，又使得磨內(nèi)貯煤量降低，磨煤機(jī)功率又會有所下降。

3.3 煤量-加載油壓特性曲線修正

根據(jù)各臺磨煤機(jī)加載油壓特性試驗，從眾多試驗工況中選取不同磨煤機(jī)出力下的典型工況，進(jìn)行煤量-加載油壓特性曲線修正，同時在DCS控制系統(tǒng)中進(jìn)行液壓油工作壓力與磨煤機(jī)出力關(guān)系曲線的修改。各臺磨煤機(jī)修正后的磨煤量-加載油壓特性曲線如圖4(a)～(f)所示。

(a)#21磨煤量-加載油壓特性曲線 (b)#22磨煤量-加載油壓特性曲線

(c)#23磨煤量-加載油壓特性曲線 (d)#24磨煤量-加載油壓特性曲線

(e)#25磨煤量-加載油壓特性曲線(f)#26磨煤量-加載油壓特性曲線

4 結(jié)論

根據(jù)磨煤機(jī)運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果，修正各臺磨煤機(jī)原有“煤量-加載油壓”特性曲線，優(yōu)化磨煤機(jī)液壓控制系統(tǒng)中的DCS控制邏輯，解決了磨煤機(jī)低出力時磨煤機(jī)振動大、制粉電耗偏高、磨輥磨損嚴(yán)重、高負(fù)荷磨煤機(jī)出力受限等問題，實現(xiàn)了試驗指導(dǎo)實際運(yùn)行的最終目標(biāo)。