0 引 言

雙進雙出鋼球磨煤機是火力發(fā)電廠直吹式制粉系統(tǒng)的主體設(shè)備，具有煤種適應(yīng)廣、自動化程度高、出力和細(xì)度穩(wěn)定、維護操作簡便等特點，近年被廣泛使用。每臺磨煤機配有兩個獨立分離器、左右對稱。目前，國內(nèi)運行的雙進雙出磨煤機主要供應(yīng)商是SVEDALA公司、FW公司和ALSTOM公司，沈陽重型機器廠和上海重型機器廠引進ALSTOM公司的技術(shù)制造。這三家供應(yīng)商制造的雙進雙出鋼球磨煤機結(jié)構(gòu)各有特點，例如在分離器結(jié)構(gòu)方面：FW公司分離器為靜態(tài)慣性雙流道式，SVEDALA公司和ALSTOM公司分離器為靜態(tài)離心擋板式。

2006年筆者負(fù)責(zé)聊城發(fā)電有限公司2×600 MW超臨界機組（#3、4機組）鍋爐制粉系統(tǒng)磨煤機的設(shè)計。由于燃用煤種為山西陽泉無煙煤與貧瘦煤的混煤，煤質(zhì)揮發(fā)份低（Vdaf≈10%）、可磨性差（HGI=37～67），屬于極難燃煤種，磨損指數(shù)達ke=6.2～18, 煤的著火、燃盡性能很差。為提高鍋爐運行的經(jīng)濟性，保證無煙煤和貧煤等低揮發(fā)分煤種的著火和穩(wěn)燃，應(yīng)采用較細(xì)的煤粉細(xì)度。然而現(xiàn)有三家公司的分離器結(jié)構(gòu)都很難滿足這要求。按照ALSTOM公司雙進雙出鋼球磨煤機配置的分離器為靜態(tài)分離器，由于結(jié)構(gòu)原因，在遇到高細(xì)度煤粉時，存在磨煤機出力損失大，循環(huán)倍率大，分離效率低，煤粉顆粒均勻性差，出口之間煤粉濃度偏差大等缺點。因此要求研發(fā)一種既適應(yīng)雙進雙出鋼球磨煤機運行要求，又能滿足高煤粉細(xì)度和均勻性指標(biāo)（≥1.1），具有多煤種適應(yīng)能力、調(diào)節(jié)方便、簡單可靠的分離器。

20世紀(jì)80年代后，國內(nèi)引進中速磨煤機、水泥立磨等有部分配有旋轉(zhuǎn)式分離器，但是在雙進雙出鋼球磨煤機上還沒有采用旋轉(zhuǎn)分離器。筆者在雙進雙出鋼球磨煤機上增加動、靜態(tài)分離器的構(gòu)思與業(yè)主進行了交流，經(jīng)過雙方溝通，業(yè)主接受了設(shè)計方案。經(jīng)過近一年半的時間，完成雙進雙出磨煤機雙可調(diào)式動、靜態(tài)分離器的設(shè)計，并取得了成功。此后，該技術(shù)又分別用于華潤常熟、貴州塘寨和四川鞏縣等多家大型發(fā)電機組中，為提高鍋爐熱效率，降低飛灰含碳量及NOX排放量，使飛灰變?yōu)橐环N暢銷的副產(chǎn)品，對經(jīng)濟效益和保護環(huán)境發(fā)揮了很好的效用。

1 雙可調(diào)式動靜態(tài)分離器的設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)特點

1.1 動、靜態(tài)分離器設(shè)計原理

動、靜態(tài)分離器設(shè)計思想主要來自于雙進雙出鋼球磨煤機靜態(tài)分離器。靜態(tài)分離器的結(jié)構(gòu)特點是：煤粉細(xì)度提高，磨煤機出力下降，且出力下降率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)度提高率，主要是因為靜態(tài)葉片結(jié)構(gòu)造成的。原結(jié)構(gòu)中多出口分配器并不能起到有效的分離粗、細(xì)粉作用，如果用動態(tài)葉輪取代多出口分配器位置，就能在原有靜態(tài)分離的基礎(chǔ)上增加一個動態(tài)分離的功能，合格的煤粉被更快的分離排出，減少了分離器產(chǎn)生的再循環(huán)煤粉。

由于動、靜態(tài)分離器可以實現(xiàn)葉輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和靜態(tài)折向擋板角度調(diào)節(jié)的雙向調(diào)節(jié)功能，能夠使煤粉在重力分離、撞擊分離、折向慣性分離和離心力強制分離等作用下，在磨煤機內(nèi)循環(huán)倍率下降，達到提高煤粉細(xì)度和均勻性指標(biāo)，最終達到提高鍋爐燃燒效率，降低飛灰含碳量的目的。

1.2 動、靜態(tài)分離器組成和結(jié)構(gòu)

1.2.1 分離器結(jié)構(gòu)組成

圖1 動靜分離器結(jié)構(gòu)

1.2.2 分離器結(jié)構(gòu)特點

(1)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高（如圖2）

圖2 傳動軸系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)是整個分離器關(guān)鍵部件，采用同軸減速器經(jīng)軸承座與葉輪相聯(lián)，結(jié)構(gòu)簡單、可靠。軸承座采用一對雙列球面滾子軸承和單個軸向推力軸承作傳動軸支撐，從而解決了徑向和軸向載荷受力分布。軸承的設(shè)計壽命大于100 000 h，為確保軸承長期運行安全，采用油封+迷宮密封，磨煤機處于正壓運行，在上部和下部油封處通入密封風(fēng)，以免受到分離器內(nèi)煤粉入侵。另外，軸承采用油脂潤滑，外部設(shè)置注油管路，便于定期加油。

(2)操作簡單、維護方便

由于靜態(tài)葉片在分離器頂蓋上部設(shè)有手動調(diào)節(jié)扳手，在初始狀態(tài)調(diào)好葉片角度后，只需通過變頻電機來調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，就可以達到對煤粉細(xì)度的調(diào)節(jié)。加上內(nèi)、外錐采取防磨措施，整個分離器幾乎不需要日常維護，非常簡便。

(3)選粉效率高、安全性能好

由于采用可調(diào)角度的靜葉片和可調(diào)轉(zhuǎn)速的動態(tài)葉輪(如圖3)，整個動、靜態(tài)系統(tǒng)形成雙層籠式結(jié)構(gòu)，使煤粉經(jīng)過靜葉分離后再經(jīng)動態(tài)葉輪加速分離，分離效率明顯高于靜態(tài)或動態(tài)分離器；采用狹長的可調(diào)靜葉和轉(zhuǎn)子葉片, 狹長的擋板使煤粉流在通流截面上均勻性更好。加上靜態(tài)與動態(tài)結(jié)構(gòu)是相互獨立，當(dāng)傳動系統(tǒng)發(fā)生意外不能運行時，通過調(diào)節(jié)靜態(tài)葉片角度，分離器依然能滿足鍋爐運行要求，這樣制粉系統(tǒng)的運行可靠性明顯提高。

圖3 轉(zhuǎn)子外形

2 動、靜態(tài)分離器工作原理

煤粉氣流由磨煤機筒體進入高位布置的分離器腔體時，由于截面積突然增大，流速降低，質(zhì)量大的一部分煤粉顆粒失去動能，受重力作用沿外錐體內(nèi)壁滑入返粉管中。在分離器頂部裝有36個均布可調(diào)節(jié)的靜態(tài)葉片擋板，風(fēng)煤混合物穿越靜態(tài)葉片時，受到葉片阻擋形成風(fēng)煤混合物的渦流，由渦流產(chǎn)生的離心力改變煤粉顆粒的方向和速度，從而促使大顆粒煤粉離開煤粉氣流落到內(nèi)錐體中，沿內(nèi)錐體內(nèi)壁進入返粉管和原煤混合一起送入磨煤機。調(diào)整葉片擋板的開度可以改變風(fēng)煤混合物的流場調(diào)節(jié)，通常被認(rèn)為靜態(tài)預(yù)選，從而改變出粉細(xì)度。進入靜葉和動態(tài)葉輪之區(qū)域的煤粉氣流在葉輪帶動下，煤粉顆粒被瞬間提速，粗顆粒煤粉在離心力及動態(tài)葉片撞擊作用下，與煤粉氣流脫離進入內(nèi)錐體下部，隨后進入返粉管。符合要求的煤粉穿過動態(tài)葉輪經(jīng)分離器排出口進入鍋爐。由此可看出，在相同的條件下，葉輪轉(zhuǎn)速大，則離心力大。當(dāng)粗顆粒煤粉受到的離心力大于氣流的曳引力時，就被自然分離出來。煤粉顆粒越小，分離所需要的離心力越大，需要葉輪轉(zhuǎn)速也越高，當(dāng)動葉轉(zhuǎn)速達到較高時，可以獲得較高的煤粉細(xì)度。因此，按照煤粉細(xì)度要求，可以通過降低或提高葉輪轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)（見圖4）。從上述分離器運行原理可看出，動態(tài)葉輪在旋轉(zhuǎn)時還能產(chǎn)生相當(dāng)大的擾動力，使煤粉在被瞬間提速時促使風(fēng)粉混合物更趨均勻化，使粗、細(xì)煤粉相互間干擾減少，從而降低了回粉中的合格煤粉數(shù)量，降低了分離器的循環(huán)倍率，提高了煤粉的均勻性。分離器循環(huán)倍率降低實際上也是提高了磨煤機的出粉效率，降低了磨煤機單位能耗。由于煤粉均勻性提高，出口間煤粉濃度偏差明顯降低，這對鍋爐燃燒控制起著很重要的作用。

當(dāng)然，煤粉顆粒受到離心力的大小與靜葉的角度和動葉輪的旋轉(zhuǎn)速度均有關(guān)系，只有當(dāng)二者配合得當(dāng)時，才會使煤粉細(xì)度、均勻性達到最佳狀態(tài)。否則，效果將背道而馳。

采用動、靜分離器另一優(yōu)勢就是它的高可靠性，轉(zhuǎn)子故障停轉(zhuǎn)時仍然可以實現(xiàn)選粉功能，設(shè)計時考慮各種故障對系統(tǒng)的影響，保證正常工作狀態(tài)下靜葉片是不需要調(diào)整的，當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)因故停轉(zhuǎn)時，可通過調(diào)節(jié)靜葉片角度取得較好的選粉效果，保證鍋爐安全運行。相對于純動態(tài)分離器而言，動、靜態(tài)分離器工作的可靠性更高。

圖4 動、靜分離器工作原理

3 創(chuàng)新點

3.1 技術(shù)特點

3.1.1 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和靜態(tài)葉片角度相互配合調(diào)節(jié)，選粉效率高，煤種適應(yīng)性廣。

3.1.2 當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障停轉(zhuǎn)時，通過調(diào)節(jié)靜葉擋板，也可取得較好的選粉效果，可靠性高。

3.1.3 創(chuàng)新點

(1)采用狹長的可調(diào)靜葉和轉(zhuǎn)子葉片形成雙層籠式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)阻力低，出粉均勻；

(2)葉輪軸采用三點支撐，軸承座設(shè)有二道機械密封，并接入冷卻密封風(fēng)，軸系可靠性高，檢修方便；

(3)葉輪傳動裝置設(shè)置在分離器頂蓋上，軸承及轉(zhuǎn)子部分可方便拆除，檢修方便；

(4)葉輪與靜葉片設(shè)有阻尼環(huán)，可防止煤粉流形成旁路，提高分離效果；

(5)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍大（葉輪轉(zhuǎn)速：60～150 r/min），煤種的適應(yīng)性更廣。

3.1.4 性能特點

(1)可獲得高細(xì)度煤粉提高難燃煤種鍋爐的燃燒效率；

(2)可提高煤粉均勻性（n＞1.1）并提高磨煤機出力、降低能耗；

(3)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍大（60～150 r/min），煤粉細(xì)度調(diào)節(jié)范圍大（R90=2%～10%可調(diào)）。

3.2 與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

目前，本分離器綜合了現(xiàn)有國內(nèi)外各種分離器的優(yōu)點，雖然有許多分離器也稱為動、靜態(tài)分離器，但多數(shù)不具有靜葉可調(diào)功能，仍屬于動態(tài)分離器的范疇。本分離器是嚴(yán)格意義上的動、靜態(tài)雙可調(diào)分離器，而且從工程實際出發(fā)，充分考慮設(shè)備壽命和檢修維護的方便，物料適應(yīng)性廣、調(diào)節(jié)迅速、低耗節(jié)能。聊城發(fā)電有限公司2×600 MW超臨界機組也是首次采用動、靜態(tài)雙可調(diào)分離器的雙進雙出磨煤機制粉系統(tǒng)。

4 山東聊城發(fā)電有限公司的應(yīng)用情況

4.1 制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗

4.1.1 擋板開度對煤粉細(xì)度的影響

在動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速為100r/min時，進行了擋板開度與煤粉在規(guī)定孔徑篩上的篩余量關(guān)系試驗，結(jié)果見圖5。

圖5 擋板不同開度對煤粉細(xì)度的影響

4.1.2 動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度的影響

分別在擋板40°和擋板50°的位置，調(diào)節(jié)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉篩余量的影響進行了試驗,發(fā)現(xiàn)在70～100r/min范圍內(nèi),分離效果更顯著,隨著轉(zhuǎn)速的提高,細(xì)度下降很快（見圖6）。

4.2 制粉系統(tǒng)出力試驗

磨煤機磨制設(shè)計煤種時，最大出力為53.3 t/h，達到保證值53 t/h。

圖6 動態(tài)分離器不同轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度的影響

4.3 磨煤機單耗試驗

制粉系統(tǒng)最大出力試驗工況下，磨煤機單耗為23.64kW·h/t，滿足磨煤機單耗≤26.9kW·h/t的要求。

4.4 應(yīng)用

雙進雙出鋼球磨煤機動、靜態(tài)雙可調(diào)分離器的應(yīng)用，使煤粉細(xì)度提高（R90≈2%～10%可調(diào)，正常R90＜5%，極限R90=1.8%），均勻性（n＞1.1），使鍋爐燃燒劣質(zhì)煤可靠性更高，不投油穩(wěn)燃負(fù)荷更低（＜45%），使鍋爐煤種適應(yīng)性更廣（9%＜Vdaf＜25%均可穩(wěn)定燃燒，燃用低位發(fā)熱量熱值為15 000～25 000Qnet，ar，J/g均能帶滿負(fù)荷運行），飛灰含碳量和渣中含碳量均較低（飛灰含碳一般小于2.8%，渣中含碳一般小于7%）。