HP中速磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器改造

李曉堅(jiān)，韋 丹

(江蘇國信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州225131)

江蘇國信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司二期工程（3號、4號鍋爐）采用哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三井巴布科克能源公司技術(shù)生產(chǎn)的超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐型號為HG1956/25.4-YM，為單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣（采用碎渣機(jī)方案）、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐以神府煙煤作為設(shè)計(jì)煤，以山西晉北煙煤作為校核煤，采用三井巴布科克公司LNASB燃燒器，前后墻對沖燃燒布置。鍋爐采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配置6臺上海重型機(jī)器廠有限公司制造的HP1003型中速磨煤機(jī)，該磨煤機(jī)配用的分離器為靜態(tài)離心式分離器，采用了具有離心式和慣性分離技術(shù)，煤粉細(xì)度只能依靠調(diào)節(jié)擋板的角度來解決，煤粉調(diào)節(jié)范圍小。此外，由于煤的供應(yīng)廠家較多、煤種變化較大，因此不同煤種的燃燒效率不能得到充分發(fā)揮,長期存在分離效率低、回粉量大、煤粉細(xì)度不易調(diào)節(jié)等問題。為解決以上問題，優(yōu)化出粉狀況，決定對二期磨煤機(jī)進(jìn)行動態(tài)分離器改造。

1 分離器改造特點(diǎn)

該動態(tài)分離器有一個(gè)由傳動機(jī)構(gòu)帶動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由多個(gè)葉片組成，從磨煤機(jī)碾磨區(qū)上升的氣粉混合物氣流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子區(qū)，在轉(zhuǎn)子帶動下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中的粗煤粉顆粒在離心力和葉片的撞擊下被分離出來，落入碾磨區(qū)重新碾磨，其余的細(xì)粉隨氣流穿過葉片進(jìn)入煤粉引出管[1]。該類型旋轉(zhuǎn)式分離器具有分離效率高、煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)方便、出粉中粗顆粒少、煤粉細(xì)度不受通風(fēng)量變化的特點(diǎn)。在磨煤機(jī)的不同出力下均可達(dá)到要求的細(xì)度，有利于鍋爐負(fù)荷的變化

為保證改造效果，4號鍋爐磨煤機(jī)動態(tài)分離器改造分批進(jìn)行，在前一臺改造效果良好的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行下一臺改造。磨煤機(jī)4D、4F、4C、4A分離器改造分別于2010年7月14日、2011年3月6日、2011年11月10日、2011年12月9日完成。改造后的分離器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 動靜組合分離

在對旋轉(zhuǎn)分離器的選型上，選擇了性能指標(biāo)更好的動靜組合旋轉(zhuǎn)分離器。與沒有靜葉的分離器相比，其導(dǎo)流能力更強(qiáng)。同時(shí)動靜組合分離器的葉片采用可拆式的結(jié)構(gòu)，即在本體加裝人孔門，同時(shí)經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)，保證葉片隨時(shí)可以拆裝，方便檢查和檢修，保證在線維護(hù)。

1.2 齒輪傳動

考慮傳動的穩(wěn)定性，采用齒輪傳動設(shè)計(jì)。雖然皮帶更換方便，但運(yùn)行中易松弛，維護(hù)量大且不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，需定期進(jìn)行檢查。齒輪傳動較精確，但運(yùn)行抗震性略差，對安裝要求高，更換較難。同時(shí)皮帶傳動的效率比齒輪傳動要低，不利于節(jié)能。

1.3 雙軸承支撐

采用雙軸承的設(shè)計(jì)，增加了整體的穩(wěn)定性，確保了分離器本體轉(zhuǎn)子在徑向的抗震能力和高速旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。與國內(nèi)外傳統(tǒng)的分離器單軸承支撐傳動相比，增加了轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)能力，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)更穩(wěn)定；增加了轉(zhuǎn)子的抗震能力，對主軸承形成保護(hù)；在主軸承磨損時(shí)，避免振動。

1.4 雙重密封

旋轉(zhuǎn)分離器的密封結(jié)構(gòu)采用油封密封，輔以密封風(fēng)密封，增強(qiáng)了可靠性。同時(shí)，密封風(fēng)對機(jī)械密封起到了保護(hù)的作用，可保護(hù)傳動部分不超溫。

2 改造后主要性能指標(biāo)試驗(yàn)

2.1 磨煤機(jī)4D分離器試驗(yàn)

磨煤機(jī)4D分離器為首臺改造，改造完成后由江蘇方天電力技術(shù)有限公司進(jìn)行了性能試驗(yàn)，主要有磨煤機(jī)煤量分別在48 t/h，40 t/h，30 t/h出力下的變動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、變出力試驗(yàn)、分離器起停比較試驗(yàn)以及最大出力試驗(yàn)。試驗(yàn)主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 磨煤機(jī)4D改造前后比較（48 t/h出力）

2.2 磨煤機(jī)4F分離器試驗(yàn)

磨煤機(jī)4D改造后分離器在低轉(zhuǎn)速工況下存在煤粉均勻性指數(shù)偏低的現(xiàn)象，為此磨煤機(jī)4F改造時(shí)對葉型的角度進(jìn)行了優(yōu)化。改造后的性能試驗(yàn)主要有磨煤機(jī)煤量分別在48 t/h，40 t/h，30 t/h出力下的變動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。試驗(yàn)主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2 磨煤機(jī)4F改造前后比較出力（48 t/h出力）

2.3 磨煤機(jī)4C分離器試驗(yàn)

磨煤機(jī)4C、4A分離器結(jié)構(gòu)與4F一致，改造完成后的試驗(yàn)工況主要有重要試驗(yàn)內(nèi)容為煤量48 t/h，40 t/h，30 t/h下分離器轉(zhuǎn)速在60 r/min，80 r/min及100 r/min的特性試驗(yàn)。試驗(yàn)主要性能指標(biāo)如表3所示。

表3 磨煤機(jī)4C改造前后比較（48 t/h出力）

需要說明的是磨煤機(jī)4C、4A改造后由電廠進(jìn)行煤粉取樣及化驗(yàn)，主要只對各煤粉管煤粉樣重及煤粉細(xì)度進(jìn)行了采樣、測試，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理分析。從磨煤機(jī)出口各煤粉管粉量分布看，隨分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高，粉量分配偏差變化沒有明確的規(guī)律性。在不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)出口管煤粉量分布存在較大差異，與磨煤機(jī)4F、4D分離器改造后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比有較大差異。初步估計(jì)原因在于前2臺磨煤機(jī)改造試驗(yàn)是由江蘇方天采用德國進(jìn)口的煤粉等速AKOMA取樣裝置進(jìn)行煤粉采樣，利用自動縮分器縮分煤粉樣，其將煤粉管斷面分為4個(gè)，上面分布著64個(gè)取樣點(diǎn)；而后2臺磨煤機(jī)改造試驗(yàn)時(shí)的煤粉取樣裝置為平頭槍，雖然也進(jìn)行了等格法測量（只在一條線上，非面上），但相比等截面圓環(huán)取樣裝置，誤差較大。加之平頭槍中粗細(xì)取樣罐在內(nèi)外溫差較大的情況下易產(chǎn)生水汽，造成粉量偏差大。另外，在每個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)間的把握上以及人員自身取樣方面也存在誤差，因此試驗(yàn)結(jié)果與磨煤機(jī)4F存在較大的差異。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場參考磨煤機(jī)4F改造后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分離器轉(zhuǎn)速控制。

2.4 同一工況下分離器變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

為進(jìn)一步了解磨煤機(jī)分離器對鍋爐NOx排放的影響，在同一工況情況下進(jìn)行了分離器變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)：機(jī)組負(fù)荷530 MW，總煤量229 t/h，磨煤機(jī)運(yùn)行方式ACDEF，燃盡風(fēng)開度20%，分離器轉(zhuǎn)速為80 r/min，60 r/min時(shí)，NOx濃度分別為897 mg/m3，933 mg/m3。

可見，在目前工況下降低磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速NOx濃度呈上升趨勢，在分離器轉(zhuǎn)速在80 r/min以下時(shí)磨煤機(jī)各煤粉管均勻性指數(shù)下降，部分燃燒器過氧燃燒造成鍋爐NOx排放上升。

根據(jù)目前燃用煤種，還進(jìn)行了分離器轉(zhuǎn)速在90 r/min，100 r/min工況下的最大出力試驗(yàn)及煤量穩(wěn)定在50 t/h工況下分離器對應(yīng)轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)，結(jié)果如表4、表5所示。

表4 磨煤機(jī)分離器不同轉(zhuǎn)速下最大出力試驗(yàn)

表5 磨煤機(jī)出力在50 t/h煤量穩(wěn)定工況下試驗(yàn)

磨煤機(jī)分離器高轉(zhuǎn)速條件下最大出力試驗(yàn)表明，鍋爐后墻燃燒器對應(yīng)的磨煤機(jī)在分離器處于高轉(zhuǎn)速情況下出力是受限的，主要原因?yàn)榉蛛x器高轉(zhuǎn)速時(shí)差壓比較大，在分離器轉(zhuǎn)速超過85 r/min時(shí)動態(tài)分離器差壓大于原分離器差壓，再加上后墻燃燒器煤粉管可調(diào)縮孔開度比較小，造成后墻制粉系統(tǒng)輸送出力受限。

2.5 3號和4機(jī)鍋爐同工況下磨煤機(jī)電耗對比

2012年2月24日15：00至15：30，對3號和4號鍋爐同工況下磨煤機(jī)電耗進(jìn)行了記錄，3號、4號鍋爐磨煤機(jī)煤量分別為274.85 t/h，273.29 t/h，其電耗分別為647.90 A，596.84 A?？梢?號鍋爐磨煤機(jī)動態(tài)分離器改造后，磨煤機(jī)電流同比3號鍋爐同煤量約低10%。

3 改造后的運(yùn)行情況

3.1 各煤粉管粉量和風(fēng)速均勻性提高

從4號鍋爐磨煤機(jī)4D、4F動態(tài)分離器改造后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，磨煤機(jī)出口管風(fēng)速分布比較均勻，大部分工況最大分布偏差小于10%，避免了改造前磨煤機(jī)出口管風(fēng)速分布偏差大的現(xiàn)象；磨煤機(jī)4A、4C動態(tài)分離器改造后電廠對其進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明煤粉細(xì)度均勻性上升，但各煤粉管粉量由于取樣裝置問題表現(xiàn)出偏差比較大。有關(guān)偏差較大的問題仍需專業(yè)單位重做試驗(yàn)確認(rèn)。

3.2 煤粉細(xì)度可調(diào)范圍增

在磨煤機(jī)48 t/h出力下，當(dāng)磨煤機(jī)4D動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速從0到120 r/min變化時(shí)，平均煤粉細(xì)度R90的變化范圍為31.46%～7.19%；磨煤機(jī)4F動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速從60 r/min到100 r/min變化時(shí)，平均煤粉細(xì)度R90的變化范圍為31.64%～16.91%，煤粉細(xì)度可調(diào)范圍較大，對煤種的適應(yīng)性增強(qiáng)。

3.3 煤粉均勻性指數(shù)提高

在改造前，最好時(shí)的磨煤機(jī)煤粉均勻性指數(shù)在1.0左右，改造后轉(zhuǎn)速在80 r/min以上時(shí)都能達(dá)到1.1。磨煤機(jī)4F、4C、4A在4D改造的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了分離器在低轉(zhuǎn)速下的煤粉均勻性指數(shù)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，分離器葉型優(yōu)化后，煤粉均勻性指數(shù)及煤粉細(xì)度有了進(jìn)一步改善；從磨煤機(jī)4F改造后試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，分離器轉(zhuǎn)速在70～100 r/min時(shí)，平均煤粉均勻性指數(shù)均在1.0以上（磨煤機(jī)4D分離器轉(zhuǎn)速在80 r/min以上）。與磨煤機(jī)4D分離器改造后試驗(yàn)結(jié)果類似，動態(tài)分離器在高轉(zhuǎn)速時(shí)煤粉均勻性指數(shù)較高，達(dá)到1.31。煤粉均勻性指數(shù)基本上呈現(xiàn)出隨動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速的增加而提高的趨勢，其中轉(zhuǎn)速越高，趨勢越明顯（磨煤機(jī)4F在煤量為40 t/h、分離器轉(zhuǎn)速達(dá)到80 r/min時(shí)，煤粉均勻性指數(shù)達(dá)到1.25）。

3.4 磨煤機(jī)最大出力能滿足要求

改造后對磨煤機(jī)4D進(jìn)行了最大出力試驗(yàn)（煤種為蒙西煤，煤種全水分為19.9%，哈氏可磨性系數(shù)為64），試驗(yàn)期間保持分離器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速80 r/min。試驗(yàn)穩(wěn)定最大給煤量為56.75 t/h，進(jìn)口通風(fēng)量98.11 t/h，在最大出力狀況下仍基本能保證磨煤機(jī)通風(fēng)量的需要。相應(yīng)條件下磨煤機(jī)電流為117.19 A，磨煤機(jī)差壓為4.13 kPa。磨煤機(jī)出力限制在56 t/h，雖然仍有提高的潛能，但考慮到一、二次風(fēng)流量裕量較小，出于安全考慮未進(jìn)一步增加磨煤機(jī)出力。對磨煤機(jī)4F、4C、4A正常燃用煤種的情況下進(jìn)行了最大出力試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)以調(diào)整磨煤機(jī)出力至磨煤機(jī)出口煤粉溫度不低于58℃，安全運(yùn)行一次風(fēng)量為前提。在試驗(yàn)煤種下，磨煤機(jī)4C、4D都能在分離器轉(zhuǎn)速100 r/min時(shí)維持煤量50 t/h出力下穩(wěn)定運(yùn)行；磨煤機(jī)4A在100 r/min時(shí)煤量只能在45 t/h出力下穩(wěn)定運(yùn)行；磨煤機(jī)4F在煤量為48 t/h時(shí)，一次風(fēng)量在86 t/h左右，有點(diǎn)偏低（在中試所試驗(yàn)報(bào)告中燃用平混煤時(shí)，分離器轉(zhuǎn)速在100 r/min時(shí)能滿足此出力穩(wěn)定運(yùn)行），后墻燃燒器對應(yīng)的磨煤機(jī)出力受限主要原因是各可調(diào)縮孔開度太小。

3.5 改造前后NO x濃度同負(fù)荷下變化幅度有限

去除燃燼風(fēng)開度對NOx的影響（從30%關(guān)至10%，NOx上升約40 mg/m3），在3臺磨煤機(jī)分離器運(yùn)行工況下，NOx下降約41 mg/m3（煤種因素未考慮）。磨煤機(jī)分離器停運(yùn)及運(yùn)行試驗(yàn)表明NOx有不同變化，在4號鍋爐500 MW負(fù)荷下，將磨煤機(jī)4F、4D動態(tài)分離器停運(yùn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示NOx濃度上升約40 mg/m3。高轉(zhuǎn)速下NOx濃度有所下降，也說明了在高轉(zhuǎn)速下，煤粉的均勻性得到了進(jìn)一步提高；但全年平均NOx濃度較2010年未有下降。

3.6 燃燒器區(qū)域結(jié)渣情況有所改善

3號鍋爐2011年5至12月共人工放渣69斗，4號鍋爐共人工放渣42斗。4號鍋爐人工放渣次數(shù)比3號鍋爐少，在燃用相同煤種的情況下，由于4號鍋爐磨煤機(jī)4F、4D進(jìn)行了動態(tài)分離器改造，磨煤機(jī)出口煤粉管煤量偏差得到改善，避免了部分燃燒器出現(xiàn)還原性氣氛，從而造成灰熔點(diǎn)下降引起的較大渣塊的形成。

4 改造時(shí)需要注意的問題

實(shí)際改造過程中，發(fā)生過某分離器齒輪箱有煤粉進(jìn)入現(xiàn)象，導(dǎo)致該臺磨分離器停用，經(jīng)過清理，換油，并加強(qiáng)監(jiān)視未再發(fā)生類似事件。但是為了確保分離器密封系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組大修時(shí)，將該臺分離器返廠進(jìn)行優(yōu)化加工處理，將密封升級為更為可靠的雙唇密封，并在其他磨煤機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)分離器改造時(shí)也采用雙唇密封。

5 結(jié)束語

國信揚(yáng)電公司4號鍋爐磨煤機(jī)動態(tài)分離器改造試驗(yàn)結(jié)果表明，分離器各項(xiàng)主要性能指標(biāo)滿足鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，煤粉細(xì)度的可調(diào)范圍變大，提高了磨煤機(jī)對煤種的適應(yīng)性，方便了運(yùn)行中的調(diào)整；燃燒器區(qū)域結(jié)渣程度有所減輕，人工放渣次數(shù)同比3號鍋爐有所下降。磨煤機(jī)動態(tài)分離器改造的完成為下一步燃燒器改造、脫硝系統(tǒng)改造提供了制粉系統(tǒng)較佳的運(yùn)行參數(shù)，建議3號爐也進(jìn)行分離器改造，為以后的燃燒器改造打下基礎(chǔ)。同時(shí)建議對4號爐以優(yōu)化動態(tài)分離器運(yùn)行方式為中心的制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)，挖掘動態(tài)分離器的潛力。

[1]閆順林，楊玉環(huán).旋轉(zhuǎn)煤粉分離器分離性能研究[J].電力科學(xué)與工程，2011，27（8）：52-56.