磨煤机高效动态分离器在机组灵活性改造中的应用研究

火电厂具有较大的装机容量与稳定的发电能力，是我国电厂持续稳定电力供应的重要组成。随着我国电力结构中新能源占比不断提高，燃煤电厂的调峰性能显得更为重要。燃煤调峰有助于电力资源配置优化，满足不同时间段的调峰需求，减少因负荷波动引起的电网压力。特别是在电网遭遇突发事故时，燃煤电厂能够迅速调节负荷，以维持电网频率和电压稳定，对电网的安全可靠运行十分重要。传统煤粉分离器是燃煤电厂必备设备，但其分离效率较低，无法精准控制煤粉细度，影响锅炉燃烧的经济性，同时，由于设计结构缺陷，在分离器叶片处容易缠绕杂物，增加通风阻力与磨煤电耗。为了克服传统煤粉分离器应用的局限性，许多燃煤电厂开展了煤粉分离器改造工作，采用新型高效动态分离器技术，提高煤粉分离效率，提升机组运行经济性与安全性。高效动态分离器改造有助于提高机组灵活性，改善煤粉细度与均匀性，提高磨煤机出力，增强机组调峰能力，在机组灵活性改造中发挥着重要作用。1、磨煤机高效动态分离器概述1.1

磨煤机工作原理在燃煤电厂中，磨煤机的作用是将原煤磨制成煤粉，并供给到锅炉用以燃烧。不同类型的磨煤机工作原理也有所差异，以当前应用较为广泛的中速磨煤机为例：中速磨煤机的工作主要包括碾磨和分离两个过程，给煤机将原煤输送到磨煤机进料口，磨煤机内部的磨辊在磨盘上不断滚动，通过对磨盘施加压力将原煤磨制成煤粉，与此同时，热风从磨煤机的一次风入口输入，起到干燥煤粉与携带煤粉进入锅炉的作用。经过碾磨、干燥后的煤粉与一次风的混合物进入分离器，在分离器中粗细煤粉分离，粗煤粉重新送回磨盘再次进行碾磨，合格的煤粉通过分离器出口进入锅炉。现代中速磨煤机通常配备有自动控制系统，能够根据锅炉负荷和煤质自动调节磨辊压力、热风速度和温度、分离器转速等参数，以确保供给煤粉质量与数量合格。中速磨煤机内部磨辊和衬板需定期更换，以避免设备磨损导致安全事故的发生。1.2

动态分离器基本结构与工作原理动态分离器是中速磨煤机的重要组件，通常由驱动装置、转子、静止叶片和壳体等组成，如图1所示。其中驱动装置由电机和减速机组成，为动态分离器提供动力，以驱动分离器转子转动，通过改变电机的电流频率来调节分离器转速。转子是分离器的核心部件，主要作用是引导煤粉和气流的分离过程。壳体内部静止叶片引导气流以形成稳定的水平涡流，提高煤粉分离效率。风粉混合物进入动态分离器后，在转子离心力的作用下，干燥且合格的煤粉所受离心力较小，可随气流不断上升进入锅炉燃烧，较为潮湿且质量较大的煤粉则在离心力作用下被分离出，经返回锥斗进入磨煤机再次进行磨制。应用动态分离器可有效降低磨煤机电耗，提高磨煤机出力，改善煤粉细度与均匀性，进而提高锅炉的燃烧效率与经济性。同时，还能够有效降低排放烟气中的氮氧化物含量，提高电厂环保水平。1.3

高效动态分离器的特点与优势高效动态分离器在当前燃煤电厂的发展背景下，其特点和优势更为明显。首先，高效动态分离器控制煤粉细度的水平更高，通过改变转子转速，能够实时根据锅炉燃烧需求，调整煤粉细度，从而提高锅炉的燃烧水平，同时，引进高效动态分离器提高了磨煤机制粉性能，由于分离效果更加精准且高效，粗煤粉循环次数减少，不仅有助于提高磨煤机出力，还有效降低了磨煤机的能耗和机组运行成本。其次，动态分离器处理后的煤粉与当下锅炉运行状态更为匹配，煤粉燃烧效率更高，可有效降低由于不完全燃烧造成的热损失，进而降低烟气中飞灰和氮氧化物的含量，有助于燃煤电厂节能减排工作的推进。最后，动态分离器适应的煤种和煤质更为广泛，且设计结构更加合理，降低了运维操作难度。由于动态分离器的制造工艺更为先进，采用的制造材料性能更强，设备整体的耐用性和可靠性全面提高。动态分离器的设计和控制系统可以确保其在不同的工况下都能保持稳定运行，这对于保证整个磨煤系统的稳定性和安全性至关重要。综上所述，高效动态分离器在提高制粉系统运行效率、增强机组运行安全性与经济性、推进节能减排建设方面具有明显的优势。2、高效动态分离器应用中的关键技术问题2.1

煤粉细度调节技术煤粉细度调节技术是高效动态分离器的一项关键技术，仅需调整转子转速就可调节分离器出口煤粉细度，相较于传统的调节方法，更加快捷且精准。这种技术的主要特点包括：1）适应性强：当前电厂大多采用掺混燃烧，燃煤来源较多，一旦更换产煤区，则煤质变化较大，且锅炉燃烧状态需要做出相应的调节，动态分离器能够根据煤质变化调整煤粉细度，提高锅炉燃烧安全性和经济性。2）调峰能力强：机组处于低负荷时，动态分离器仍可维持锅炉燃烧用煤的煤粉细度，更适应锅炉低负荷稳燃要求，提高了锅炉的参与调峰能力。3）煤粉均匀性好：动态分离器的分离效果更好，出口煤粉的均匀性更强，更有利于锅炉的稳定燃烧。4）分离效率高：引进动态分离器能够提高制粉系统出力5%以上，降低制粉系统电耗。总的来说，高效动态分离器煤粉细度调节技术是一种先进的煤粉处理技术，能够显著提高锅炉的燃烧效率和安全性，降低运行成本，具有广阔的应用前景。2.2

通风阻力优化技术高效动态分离器经过了设备内部通风阻力优化，提高了制粉系统的运行效率，降低了运行能耗。优化通风阻力的方法可能包括改进分离器的结构设计，如优化转子的形状和排列、调整叶片的角度和间距等，以减少气流在分离器内部的摩擦和湍流，从而降低通风阻力。此外，还可以采用先进的控制技术和材料，如变频电机和高效轴承等，以提高分离器的运行效率和稳定性，进一步降低通风阻力。然而，需要注意的是，通风阻力的优化需要在保证分离效果的前提下进行。因此，在实际应用中，需要根据具体的工艺要求和系统条件，综合考虑各种因素，制定合理的优化方案。2.3

稳定性与可靠性保障技术动态分离器的稳定性和可靠性与设备的结构设计、制造工艺密切相关。以下是一些可能的技术保障措施：1）先进制造工艺：选用高强度、高稳定材料制造的动态分离器，经过精密的加工工艺处理后，能够大大提高设备高负荷、长时间运行的稳定性和可靠性。2）自动化控制技术：当前，动态分离器的应用已经实现了全自动化的操作模式，无须过多的人工干预，降低了由于人工操作可能带来问题的概率。3）实时监控与故障诊断：动态分离器引入了监控系统与故障诊断技术，能够实时监测设备的运行状态，及时发现并处理潜在的故障问题，进而提高设备的运行稳定性和可靠性。4）冗余设计与容错机制：动态分离器的冗余技术主要集中在关键部分的设计上，并搭载了容错机制，能够在关键部件出现故障时，确保整个系统仍能够正常运行或安全脱离工作状态。3、磨煤机动态分离器优化改造3.1

磨煤机动态分离器改造的必要性分析1）某电厂试验煤种的干燥无灰基挥发分35.05%，按照公式R90＝0.5nVdaf计算可知，磨煤机煤粉细度R90应控制在17.5%左右，稳燃型低氮燃烧器改造对煤粉细度要求R90控制在19%以内，均匀性指数1.1。目前磨煤机静态挡板式分离器调节范围偏小、调节时效性差，无法满足需求，有必要增设磨煤机动静态组合煤粉分离器，提升磨出口煤粉细度、均匀性等指标，以满足燃烧器稳燃对制粉系统的要求。该厂平均入炉混煤煤质如表1所示。2）试验煤种收到基水分21.3%，高于机组原设计值11.7%，对磨煤机的干燥出力有一定的影响；根据DL/T5145—2012《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》，干燥剂的终端温度应高于露点，并且不能低于60℃。基于试验煤种收到基水分21.3%，目前1号机组磨煤机出口温度在55℃水平，磨煤机干燥出力不足，不满足规范要求，存在堵磨、堵粉管的风险。3）基于试验煤种的Vdaf=35.05%，推荐的磨出口温度为（78.25±5）℃，目前的磨煤机出口温度偏低，影响煤粉着火与燃烧，同时可能造成制粉系统堵塞，干燥出力主要受进口风温限制，有必要进行一次风温提升改造。4）目前1号锅炉实际入炉煤收到基水分偏高，磨煤机干燥出力不足，为避免堵磨、堵粉管，运行中采用高通风量的运行方式，导致一次风速、一次风煤比偏高，而较低的一次风煤粉浓度、温度等不利于锅炉低负荷稳燃，建议对磨煤机动静环进行优化设计，提升一次风煤粉携带能力、干燥出力。3.2

改造目标分析通过增设煤粉动态分离器，提高煤粉细度可调性，优化煤粉均匀性指数；实现磨煤机出口煤粉细度R90在5%～30%之间在线动态可调，提升煤粉细度调节灵活性、煤种适应性。3.3

当前状态分析本文所述某电厂的磨煤机当前状态为：采用磨煤机动静组合旋转分离器对A层、B层、C层共计3台磨煤机分离器进行改造，通过改造降低煤粉在磨煤机内的循环倍率，提高煤粉细度的同时保证磨煤机出力不减，降低煤粉偏差，提高煤粉细度、均匀性。煤粉细度提高，燃烬率提高，燃烧充分，飞灰含碳量降低，可以实现低负荷稳燃；同时，煤粉细度高，比表面积大，煤粉燃烬速度快，碳是表面反应，容易与氧接触，锅炉NOx气体排放量减少。锅炉超低负荷灵活性深度调峰运行对磨煤机动态分离器出口煤粉要求如下：最低不助燃负荷对制粉系统的要求：R90≤19%，煤粉均匀性指数1.1，风量偏差≤±5%，粉量偏差≤±10%，磨出口一次风粉温度≥65℃，磨出口一次风煤粉浓度≥0.3kg/m3。3台磨煤机分离器改造后设计要求煤粉细度R90达到19%，满足锅炉低负荷灵活性运行改造的需要，能实现1号机组锅炉超低负荷灵活稳定运行，提高机组深度调峰能力。3.4

优化改造方案改造方案及界定范围：为配合燃烧超低负荷灵活性改造，提高煤粉细度，降低煤粉偏差，保证煤粉燃烬率，确保燃烧充分，对A层、B层、C层燃烧器对应的3台磨煤机分离器进行改造，将现有静态分离器改造为动静态结合分离器（图2）。分离器改造具体界限：与给煤机界限为给煤机出口落煤管与磨煤机本体接口法兰；与密封风管道界限为密封风手动门后至磨煤机本体，不包含密封风手动门；与消防蒸汽管道界限为消防蒸汽电动门后至磨煤机本体，不含消防蒸汽电动门；与煤粉管道界限为磨煤机出口粉管气动快关门以上至第一个弯管焊缝，以及磨煤机出口粉管气动快关门以下至磨煤机本体；磨煤机出力优化改造过程中所有需拆除设备的拆除工作及恢复工作。动态分离器特点：传动系统是整个分离器关键部件，采用减速器经轴承座与叶轮相联，结构简单、可靠；静子叶片可调（专利技术），分离器筒体上加装人孔，人孔门对应静子叶片设计为可拆卸式，便于检修。设计好叶片角度后，只需通过变频电机皮带传动来调节叶轮转速，就可以实现对煤粉细度的调节；由于采用优化角度的静叶片和可调转速的动态叶轮，优化结构、材质设计，采用超耐磨“金属+陶瓷”防磨措施，整个分离器几乎不需要日常维护，使用非常简便。3.5

改造预期效果改造后预期可达到以下效果：1）A层、B层、C层磨煤机出口煤粉细度R90调节范围：5%～30%连续可调。2）磨出口煤粉细度均匀性指数大于1.2。4、结束语本文通过对磨煤