中速磨煤机风环动静间隙对石子煤排放的影响

郭晓彪

摘要：石子煤排放率是影响中速磨煤机安全经济运行的一个重要参数。磨煤机风环动静间隙会随着磨损而增大，使风环出口风速降低，导致石子煤排放增加。以HP863型磨煤机实测结构参数及其石子煤物性分布为基础，采用数值模拟的方法研究了风环动静间隙对石子煤排放的影响。结果表明，风环动静间隙的大小对风环出口风速的影响十分明显，动静间隙从10mm磨损至20mm，在65t／h的总风量下风环出口风速降低10．2m／s，石子煤总沉降率增加了114％。提出了一个动静间隙防漏风的优化方案，在风环动静间隙由10mln磨损到20mm，石子煤总沉降率比优化前下降31％。实际磨煤机风环结构改造后，石子煤排放率降低了68．7％，达到了相关标准要求，已运行近2a，没有再出现石子煤排放率增加现象，原存在的石子煤排放量过大制约磨煤机出力的问题得到了有效解决。

关键词：中速磨煤机；石子煤排放；风环；动静间隙；磨损；密封

本文选取HP863型中速磨煤机为研究对象，采集并分析了其排放的石子煤，在此基础上，采用数值模拟方法研究风环动静间隙对风环出口速度以及石子煤沉降的影响，并提出了一个可用于避免因动静间隙变大导致风环速度下降的优化方案。

一、HP863型磨煤机特性

HP863型中速碗式磨煤机广泛的应用于300MW亚临界燃煤机组。为了建立实际的HP863磨煤机的几何模型，对1台石子煤排量较大的HP863磨煤机进行了测绘，其风环处的结构如图2所示。为了保证风环的正常机械运动，磨碗与磨内壁面问存在一定的间隙，即动静间隙。一般在风环出口加装一圈节流环以调节风环出口风速。实测风环出口的流通区域宽度为55mm，动静间隙宽度的设计值为10mm，由于磨损等原因实际测量结果接近20mm。

二、石子煤排放情况及其物理特性

通过石子煤的物性分析，可以判断磨煤机排放的石子煤是否异常，如果石子煤的密度大、热值低，表示石子煤排放正常，即使石子煤量较大也是因为原煤中的杂质较多；而如果石子煤的热值偏大，即有部分煤颗粒也被做石子煤排出，造成能源浪费。同时石子煤的物理特性，如密度和当量直径均可以为数值模拟的参数设置提供实际依据。

在一台石子煤排放率较大的HP863磨煤机上，进行了石子煤排放采样。磨煤机磨制优混煤，一次风量70t/h、给煤量27.25t/h、出口温度85oC，稳定运行后采集了1h的石子煤，称生得出石子煤排放量为148kg/h，石子煤排放率达到了0.54%，远高于相关标准的1.05%。观察发现，石子煤中除了煤矸石外，其中还夹杂了部分石块、煤块和煤粉颗粒。一般磨煤机的风煤比控制在2左右，但试验中实际风煤比已接近2.6，已不适合通过提高一次风理来降低石子煤排放率。将采集的石子煤混合均匀后，缩分出15kg石子煤进行物性分析。在实验室中再次缩分出1kg石子煤，一颗颗分别测量其质量和体积，计算石子煤在真密度分成8个区间，测量其发热量。

试验结果表明，石子煤的当量范围在0.2~1.8cm，不同当量直径的石子煤的质量分布，当量直径在0.4~1.0cm区间的石子煤质量百分数最大，占总质量的65%。石子煤的真密度和收到基低位发热量实验结果，石子煤中有大量的煤块是煤矸石，造成了不必要的能源浪费和磨煤机出国损失。

三、计算结果与分析

3.1动静间隙对流场的影响。列出在65t／h的一次风量下动静间隙分别为10mm，20mm的风环附近的流场图，动静间隙由10mm增加至20mm，间隙处的流通面积增加，部分一次风被分流，风环出口风速明显降低。在不同动静间隙大小和一次风量下，风环出口风速和动静间隙漏风率(动静间隙风量占总风量的比例)如图7所示，动静间隙从10mm增大到20mm，在3个风量下风环出口风速会降低9．5～11m／s，动静间隙漏风率由24．8％增大至35．7％，总风量对动静间隙漏风率的变化无影响。

3.2磨煤机差压可以反映。内部的阻力变化，定义模型的进口至出口的压降为磨碗差压，磨碗差压在不同风量下随动静间隙的变化，动静间隙增加，流通阻力降低，磨碗差压下降。间隙从10mm增大到20mm，在3个风量下的磨碗差压降低了0．49～0．65kPa。不过，不难理解，由于动静间隙增加导致磨碗差压的下降并不是所期待的。

3.3动静间隙对石子煤排放的影响。定义数值计算中石子煤落入一次风室的比例为石子煤沉降率，粒径较小的石子煤均能被风环出口的热风托起，落入一次风室的石子煤量较小，石子煤沉降率随着粒径增加而增加，且在相同粒径下的石子煤沉降率随其密度增加而增加。动静间隙由10mm增大至20mm，石子煤沉降率明显增大。结合石子煤粒径和密度的分布分析结果，动静间隙宽度由10mm增大至20mm后，石子煤总沉降率由8．64％增加至18．52％，增加率达114％。

四、动静间隙的优化方案

风环动静间隙在磨煤机内长期被煤颗粒冲刷，不可避免的存在磨损而导致间隙变宽。为此，提出了一个防止动静间隙漏风率增大的优化方案：在一次风室内的风环入口至内壁面加装一圈密封圆环板，密封板与内壁的间隙与风环动静间隙一致，密封板有一定的斜度，防止煤粒的堆积。密封板位置一般不易受到煤颗粒的冲刷，能有效避免动静间隙增大后所导致的漏风率增加。加装密封板(密封间隙设定为10mm)后不同动静间隙大小在65t／h总风量下的风环出口风速如图11所示。在风环动静间隙磨损到20mm的情况下，加装密封板后，风环出口风速可提高9．7m／s，接近无密封板时磨损前的动静间隙为10mm的风环出口风速。根据石子煤的粒径和密度分布计算加装密封板后的石子煤总沉降率变化。在动静间隙为10mm时加装密封板前后的石子煤总沉降率变化不大，但在动静间隙磨损到20mm后，加装密封板的石子煤总沉降率由18．52％降低至12．77％，降低率达31％。

五、实际动静间隙改造效果

在1台HP863型中速磨煤机上进行了风环动静间隙修正并在磨碗边缘增加了密封板。在保持煤量、一次风量、煤种等参数稳定的情况下，进行了风环改造前后的磨煤机性能试验，结果见表1。通过风环结构优化明显降低了石子煤排放率，由改造前的0．091％降低至0．028％，降低了68．7％，改造后的石子煤排放率已经符合的相关国家标准。由于间隙变小而减少了一次风的总流通面积，磨碗差压提高了0．85kPa左右，考虑改后试验的煤量、风量略有增加，实际结果与数值模拟的结果基本一致。1台磨煤机改造成功后，2台机组的其他9台磨煤机随检修期陆续进行了改造，石子煤排放率基本都降低到了0．05％以下。已运行近2a，没有再出现石子煤排放率增加现象，原存在的石子煤排放量过大制约磨煤机出力的问题得到了有效解决。

结论

(1)风环动静间隙的大小对风环出口风速和风量分配的影响十分明显，动静间隙因磨损从10mm增大至20mm，在65t／h的总风量下风环出口风速降低了10．2m／s，动静间隙漏风率由21．6％增大至35．7％，石子煤总沉降率由8．64％增加至18．52％，增加率达114％。

(2)提出了一种动静间隙密封装置。在风环动静间隙磨损到20mm的情况下，加装密封板后，风环出口风速可提高9．7m／s，接近无密封板时磨损前的动静问隙为10mm的风环出口风速，石子煤总沉降率由18．52％降低至12．77％，降低率达31％。

(3)实际的HP863中速磨煤机风环结构改造后，石子煤排放率降低了68．7％，达到了相关标准要求。运行近2a时间，没有再出现石子煤排放率增加现象，石子煤排放量过大制约磨煤机出力的问题得到了有效解决。

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