16 進(jìn)雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)動靜態(tài)分離器的選型分析.doc

全國火電大機(jī)組（600MW級）競賽第十二屆年會論文集 鍋爐本體及輔機(jī)雙進(jìn)雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)動靜態(tài)分離器的選型分析張志?。▏娏某前l(fā)電有限公司山東252000）摘要：磨煤機(jī)和煤粉分離器是鍋爐制粉系統(tǒng)重要的設(shè)備，選擇磨煤機(jī)主要依據(jù)煤的特性，其中以揮發(fā)分Vdaf、水份Maf、可磨性系數(shù)Khm、磨損指數(shù)Ke及由它們決定的煤粉細(xì)度R90為主選擇的，而煤粉分離器選擇一般是根據(jù)磨煤機(jī)的型式進(jìn)行選擇的。某電廠2600MW超臨界鍋爐雙進(jìn)雙出冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)配置了動靜態(tài)煤粉分離器，本文介紹了雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置動靜態(tài)分離器的選型分析，并對制粉系統(tǒng)性能進(jìn)行初步分析。關(guān)鍵詞：雙進(jìn)雙出；磨煤機(jī)；動靜態(tài)分離器；煤粉細(xì)度1 磨煤機(jī)的設(shè)計選型根據(jù)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，磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)類型選擇原則，在選擇磨煤機(jī)型式和制粉系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)煤的燃燒、磨損、爆炸特性、可磨性、磨煤機(jī)的制粉特性及煤粉細(xì)度要求，結(jié)合鍋爐爐膛和燃燒器結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮，以達(dá)到磨煤機(jī)、制粉系統(tǒng)和燃燒裝置匹配合理，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行。1.1 煤質(zhì)分析該工程設(shè)計煤Vdaf11.24，校核煤的Vdaf在10.6615.8之間；設(shè)計煤種的IT為785850，而校核煤種的IT為735850，屬于難著火煤種；設(shè)計煤種的哈氏可磨性系數(shù)為72，校核煤種的哈氏可磨性系數(shù)為62，屬于中等可磨煤；設(shè)計煤種的沖刷磨損指數(shù)Ke5，屬于極強(qiáng)磨損性煤。1.2 鍋爐廠對煤粉細(xì)度的要求該工程鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）有限公司設(shè)計供貨的600MW超臨界參數(shù)變壓直流對沖燃燒鍋爐。東方鍋爐廠對制粉系統(tǒng)的要求為煤粉細(xì)度R906。1.3 磨煤機(jī)的選型該工程設(shè)計、校核煤種屬于低揮發(fā)分貧煤，根據(jù)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，不同煤質(zhì)條件下推薦的磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)類型分析如下：(1) 按點火溫度，設(shè)計煤種和校核煤種的點火溫度介于700800與800900之間，可選擇鋼球磨煤機(jī)儲倉式熱風(fēng)送粉或中速磨及雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。(2) 按煤粉細(xì)度，可選擇鋼球磨煤機(jī)儲倉式熱風(fēng)送粉或雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。(3) 按沖刷磨損指數(shù)Ke，設(shè)計煤種的沖刷磨損指數(shù)Ke5，屬于極強(qiáng)磨損性煤，可選擇鋼球磨煤機(jī)儲倉式熱風(fēng)送粉或雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。由上可知，該工程磨煤機(jī)可選用鋼球磨煤機(jī)儲倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)或雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。鑒于直吹式制粉系統(tǒng)簡單，布置緊湊，鋼材消化少，占地少，投資少，輸粉管道阻力小，制粉系統(tǒng)輸粉電耗少；而雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的可靠性高，可用率高，維護(hù)簡單，維護(hù)費用低，出力穩(wěn)定，儲粉能力強(qiáng)，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，在較寬的負(fù)荷范圍內(nèi)有快速反應(yīng)的能力，并具有顯著的運行靈活性；目前，雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)在國產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組鍋爐運行良好，該工程制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出鋼球磨冷一風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。2 煤粉分離器的設(shè)計選型煤粉分離器是制粉系統(tǒng)中必不可少的分離設(shè)備，其作用是將不合格的粗煤粉分離出來，返回磨煤機(jī)中重磨，合格的煤粉供鍋爐燃燒用，此外還可以調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度，以便在煤種改變或磨煤出力變化時保證所要求的煤粉細(xì)度。煤粉分離器是利用離心力、慣性力和重力的原理把不合格的粗煤粉分離出來的，實際上制粉系統(tǒng)中所用的煤粉分離器是基于幾種工作原理進(jìn)行工作的。2.1 煤粉分離器的類型(1) 離心式煤粉分離器（靜態(tài)分離器）離心式煤粉分離器多與低速磨煤機(jī)配合使用，它主要由內(nèi)、外空心錐體和調(diào)節(jié)擋板組成。其主要工作原理為：由磨煤機(jī)出來的氣粉混合物進(jìn)入分離器外錐體下部的環(huán)形空間時，由于截面擴(kuò)大，速度降低，氣流中較大的煤粉在重力作用下分離出來，并沿回粉管返回磨煤機(jī)中重新磨制。進(jìn)入分離器上部的煤粉氣力，經(jīng)過切向調(diào)節(jié)擋板產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，在離心力的作用下，較粗的煤粉被甩到器壁滑下，由內(nèi)錐體分離出來的回粉達(dá)到一定量時，鎖氣器打開使回粉管落到外錐體，最后煤粉氣流進(jìn)入出口管時，由于急轉(zhuǎn)彎，慣性力又使一部分煤粉分離出來，而合格的細(xì)煤粉則被氣流從出口管帶子。(2) 回轉(zhuǎn)式煤粉分離器（動態(tài)分離器）回轉(zhuǎn)式煤粉分離器多與中速磨煤機(jī)配合使用，其結(jié)構(gòu)和工作原理是：有一個由電動機(jī)經(jīng)減速機(jī)帶動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子一般由20個左右的葉片組成。由磨煤機(jī)來的煤粉氣流自下部進(jìn)入分離器，由于通流截面擴(kuò)大，速度降低，一部分粗煤粉依靠重力分離出來；氣流繼續(xù)向上，進(jìn)入分離器轉(zhuǎn)子區(qū)域被轉(zhuǎn)子帶動作旋轉(zhuǎn)運動，這時氣流中的粗煤粉被離心力拋到壁上沿壁面滑下分離出來；當(dāng)氣流通過轉(zhuǎn)子葉片時，又有一部分粗煤粉被葉片撞擊而分離出來。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，則氣流帶出的煤粉越細(xì)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速靠無級變速裝置調(diào)整，并可在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)變化。(3) 慣性式煤粉分離器慣性式煤粉分離器與風(fēng)扇磨配合使用，這種分離器在煤粉氣流通道中裝設(shè)幾塊可以調(diào)節(jié)的折向擋板。攜帶煤粉的氣流通過折向擋板時發(fā)生兩次轉(zhuǎn)彎，過粗的煤粉因慣性作用脫離氣流而被分離出來，返回磨煤機(jī)重新磨制。改變折向擋板的角度可以調(diào)節(jié)氣流轉(zhuǎn)彎的劇烈程度，從而得到所需要的煤粉細(xì)度。2.2 煤粉分離器的設(shè)計選型該工程磨煤機(jī)設(shè)計選型為雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，而與雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配合使用的多為離心式煤粉分離器。在雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)中，離心式分離器有兩種布置型式：整體式布置和分體式布置。在整體式布置中，煤粉分離器與磨煤機(jī)是一個整體，落煤管是從煤粉分離器中間下來，原煤直接落到端部螺旋絞刀下半部。磨制后的風(fēng)粉混合物從端部的上半間隙直接進(jìn)入煤粉分離器入口，該種布置方式比較緊湊，但是煤粉分離效果稍差一些。在分體式布置中，粗粉分離器與磨煤機(jī)分開布置，進(jìn)入分離器的風(fēng)粉管具有一定的垂直高度，粗粉分離器為高位布置，一般在運轉(zhuǎn)層，其落煤管單獨連接，管路布置比前者要復(fù)雜，但是由于粗粉分離器進(jìn)口有一定的高度，能預(yù)先起到重力分離的作用，分離效果比整體式布置要好。該工程鍋爐對煤粉細(xì)度要求較高，煤粉細(xì)度按R906，采用整體式布置難于難于達(dá)到鍋爐廠要求。因此，該工程煤粉分離器初步設(shè)計選型為離心式煤粉分離器、分體式布置。3 磨煤機(jī)、煤粉分離器的實際選型該工程磨煤機(jī)招投標(biāo)過程中共有三家雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)制造商投標(biāo)，分別為沈陽重型機(jī)器有限責(zé)任公司（以下簡稱“沈重”）、上海重型機(jī)器廠有限公司（以下簡稱“上重”）和中信重工機(jī)械有限責(zé)任公司（以下簡稱“中信重工”）。沈重和上重投標(biāo)設(shè)備均為引進(jìn)法國ALSTOM的BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置雷蒙式靜態(tài)分離器，中信重工投標(biāo)設(shè)備為引進(jìn)美國SVEDALA的雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置靜態(tài)分離器。3.1 SVEDALA雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)與ALSTOM的BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)比較SVEDALA雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)與ALSTOM的BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)在結(jié)構(gòu)和料位控制方面存在如下差別：（1）SVEDALA雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)進(jìn)煤裝置沒有螺旋輸送器“鉸龍”，采用自然溜槽式給料結(jié)構(gòu)，磨的空心軸帶有螺旋形螺紋，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時，將原煤推入筒體內(nèi)研磨；空心軸分為兩個半圓，一側(cè)進(jìn)原煤與熱風(fēng)，一側(cè)出風(fēng)粉混合物；磨煤機(jī)長度較短，維護(hù)量少，但進(jìn)煤箱彎管處的磨損較嚴(yán)重。BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)有螺旋輸送裝置“鉸龍”，原煤進(jìn)入磨煤機(jī)后，由中空軸與內(nèi)套筒之間的螺旋輸送裝置將其推入筒體進(jìn)行研磨；熱風(fēng)由套筒內(nèi)進(jìn)入磨煤機(jī)，并攜帶磨制好的煤粉在內(nèi)套筒和中空軸之間的上部進(jìn)入分離器；“鉸龍”檢修需要起吊裝置以及抽“鉸龍”需要空間，在煤倉間與汽機(jī)房之間的隔墻上留出專用門，平時關(guān)閉，磨煤機(jī)檢修時打開。（2）SVEDALA雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)驅(qū)動裝置采用空氣離合器，安裝在減速機(jī)和小齒輪之間，電動機(jī)可以空載啟動，從而可以減小電動機(jī)的啟動力矩。BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)驅(qū)動裝置是減速機(jī)直接和小齒輪連接，電動機(jī)通過減速機(jī)驅(qū)動小齒輪，小齒輪與磨煤機(jī)大齒輪嚙合把動力傳給筒體從而驅(qū)動筒體轉(zhuǎn)動。（3）在料位控制方面，SVEDALA雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)采用利用噪聲原理的料位控制系統(tǒng)（電耳料位控制系統(tǒng)）進(jìn)行料位控制，控制精度不高，不利于料位控制自動的投入。 BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)既配置了電耳料位控制系統(tǒng)又配置了差壓測量料位控制系統(tǒng)。電耳測量裝置作為輔助測量系統(tǒng)，主要是監(jiān)控磨機(jī)筒體內(nèi)尚未磨制成煤粉的原煤料位。筒體內(nèi)煤少噪聲強(qiáng)度大；筒體內(nèi)煤量過高時，噪聲強(qiáng)度弱。電耳測量裝置就是根據(jù)噪聲的強(qiáng)度來判斷筒體內(nèi)原煤的料位，并輸出420mA的電流，控制給煤機(jī)的給煤速度。差壓測量裝置作為料位主控制系統(tǒng)，主要用于監(jiān)控磨機(jī)筒體內(nèi)已磨制好的煤粉的料位，它在磨機(jī)筒體內(nèi)設(shè)有壓差取樣點，通過壓差值的大小，來確定已被磨制成細(xì)粉的料位狀態(tài)，通常料位高，壓差值大，料位低壓，差值小。差壓測量裝置根據(jù)料位的高低輸出420mA的電流控制給煤機(jī)的給煤量。通過電耳和差壓測量裝置監(jiān)控筒體內(nèi)的料位，使磨機(jī)筒體內(nèi)的料位維持在一個恒定的范圍之內(nèi)，既保持筒體內(nèi)的風(fēng)煤比恒定不變，又避免因筒體內(nèi)料位過高，而發(fā)生堵磨現(xiàn)象。3.2 動靜態(tài)分離器三投標(biāo)商投標(biāo)的分離器都是離心式靜態(tài)分離器，結(jié)構(gòu)、原理基本一致，唯一的區(qū)別在于SVEDALA的雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置的靜態(tài)分離器為內(nèi)錐回粉，而BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置的雷蒙式靜態(tài)分離器取消了內(nèi)錐體回粉管，代之以可以上下活動的鎖氣器。（1）沈陽重型機(jī)器有限公司動靜態(tài)分離器由于東方鍋爐廠要求的煤粉細(xì)度較細(xì)，沈重在投標(biāo)文件中建議采用動靜態(tài)分離器。沈重于1996年從德國Babcock公司引進(jìn)了動靜態(tài)分離器設(shè)計技術(shù)，并為天津楊柳青電廠成功設(shè)計開發(fā)出用于中速磨的動靜態(tài)分離器。沈重研制的動靜態(tài)分離器是雷蒙式分離器和動態(tài)分離器的優(yōu)化組合，是集雷蒙式分離器和動態(tài)旋轉(zhuǎn)分離器的優(yōu)點于一體的高效分離設(shè)備。動靜態(tài)分離器的結(jié)構(gòu)：由殼體、靜態(tài)葉片、動態(tài)葉片、粗粉收集裝置、內(nèi)置式煤粉分配器、行星減速器、變頻調(diào)速電機(jī)和變頻器等組成。動靜態(tài)分離器的工作原理：來自磨煤機(jī)的風(fēng)粉混合物進(jìn)入分離器后，首先降低流速進(jìn)行速度場的重力分離過程，然后經(jīng)過靜態(tài)葉片進(jìn)行慣性分離過程，最后進(jìn)入動態(tài)旋轉(zhuǎn)葉片（通過變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動）進(jìn)行強(qiáng)制分離過程，經(jīng)過三次分離過程后，合格的細(xì)粉經(jīng)過內(nèi)置式煤粉分配器被送往鍋爐燃燒器，不合格的粗粉通過粗粉收集裝置返回磨煤機(jī)重新研磨。 采用動靜態(tài)分離器，煤粉的均勻性指數(shù)提高，磨煤電耗降低，有利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運行，但國產(chǎn)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)尚未配置過動靜態(tài)分離器。目前，只有華能德州電廠三期2660MW機(jī)組的德國Babcock公司的雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置了德國Babcock公司生產(chǎn)的動靜態(tài)分離器。經(jīng)了解，德州電廠三期工程設(shè)計煤種的可燃基揮發(fā)分為12%，鍋爐為德國Babcock公司生產(chǎn)的前后墻對沖燃燒鍋爐，該鍋爐為目前國內(nèi)600MW等級、設(shè)計煤種可燃基揮發(fā)分比較低的前后墻對沖燃燒鍋爐。由于采用了雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置了動靜態(tài)分離器，煤粉細(xì)度R90約為4%左右，煤粉均勻性指數(shù)為1.2，制粉系統(tǒng)制粉效果良好，鍋爐燃燒穩(wěn)定，飛灰可燃物含量較低。（2） 上海重型機(jī)器廠有限公司動靜態(tài)分離器上重于2004年引進(jìn)了美國CE公司的動態(tài)分離器，該動態(tài)分離器是配合中速磨煤機(jī)使用，帶有中空管用于磨煤機(jī)進(jìn)煤。上重在引進(jìn)了美國CE公司的動態(tài)分離器后，進(jìn)行了將美國CE公司的動態(tài)分離器和ALSTOM公司的雷蒙式靜態(tài)分離器合并設(shè)置、優(yōu)化設(shè)計的可行性研究，重點調(diào)研了德國Babcock公司的動靜態(tài)分離器和CE公司的動態(tài)分離器、法國ALSTOM公司的雷蒙式靜態(tài)分離器的差異。上重結(jié)合美國CE公司的動態(tài)分離器、ALSTOM公司的雷蒙式靜態(tài)分離器的結(jié)構(gòu)特點并參考德國Babcock公司動靜態(tài)分離器的經(jīng)驗，設(shè)計了新型的動靜態(tài)分離器。該動靜態(tài)分離器由外殼、內(nèi)錐體、動葉片、靜葉片、變頻調(diào)速電機(jī)、變頻器、減速機(jī)及多出口裝置等組成。動靜態(tài)分離器采用雙錐結(jié)構(gòu)，動靜態(tài)頂部裝有靜葉片和動葉片：靜葉片角度可以在分離器外部調(diào)整，通過調(diào)整葉片角度來調(diào)節(jié)進(jìn)入動葉片的煤粉細(xì)度；動葉片由變速調(diào)頻電機(jī)帶動，轉(zhuǎn)速可調(diào)，通過調(diào)整動葉轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度。在動葉停止運轉(zhuǎn)時，該分離器作為一個靜態(tài)分離器，煤粉細(xì)度和保證出力達(dá)到設(shè)計要求；在動葉正常運轉(zhuǎn)時，煤粉均勻性指數(shù)提高、分離器出口風(fēng)粉濃度偏差減少。（3）沈陽重型機(jī)器有限公司動靜態(tài)分離器與上重動靜態(tài)分離器的差別兩者結(jié)構(gòu)型式基本相同，都是在靜態(tài)分離器的基礎(chǔ)上在靜葉片上部增加了轉(zhuǎn)速可調(diào)的動葉片。主要差別在于沈陽重型機(jī)器有限公司動靜態(tài)分離器的靜葉片是固定不動的，煤粉細(xì)度主要靠調(diào)節(jié)動葉片的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)；而上重動靜態(tài)分離器的靜葉片的角度是可調(diào)節(jié)的，通過調(diào)整葉片角度來調(diào)節(jié)進(jìn)入動葉片的煤粉細(xì)度；同時通過調(diào)節(jié)動葉片的轉(zhuǎn)速來最終調(diào)節(jié)煤粉的細(xì)度。在動葉片停止轉(zhuǎn)動后，沈陽重型機(jī)器有限公司動靜態(tài)分離器的煤粉細(xì)度變粗，煤粉細(xì)度R90約為25；而上重動靜態(tài)分離器的煤粉細(xì)度仍然能夠達(dá)到設(shè)計要求，即煤粉細(xì)度R90為6。磨煤機(jī)和分離器的最終選型經(jīng)過綜合比較，該工程最終選用上重BBD4360型雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)配置動靜態(tài)分離器。4 制粉系統(tǒng)性能探討4.1 BBD4360磨煤機(jī)性能BBD4360磨煤機(jī)為上重廠引進(jìn)法國ALSTOM公司雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)全套制造技術(shù)中的一種規(guī)格，其主要規(guī)格參數(shù)如下：磨煤機(jī)銘牌出力：75 t/h（HGI=50，H2O=8%，75%通過200目）筒體有效內(nèi)徑：4250 mm筒體有效長度：6140 mm筒體有效容積：87 m3磨煤機(jī)最大出力：53 t/h磨煤機(jī)最大出力時的鋼球填充量90 t磨煤機(jī)最佳保證出力：48.3t/h磨煤機(jī)最佳保證出力時的鋼球填充量82t根據(jù)法國ALSTOM公司提供的典型公式可知，對于該項目設(shè)計煤種，磨煤機(jī)最佳保證出力為48.3 t/h、最大出力為53 t/h，滿足“