冀秀貴

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 存在的問題

目前，燃煤電站鍋爐約90%以上的制粉系統(tǒng)采用的是中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，隨著鍋爐燃燒技術(shù)和環(huán)境保護的需要，對煤粉細度提出了更高的要求，而目前我國發(fā)電廠的磨煤機主要采用固定靜止式離心分離器，這種分離器主要通過調(diào)節(jié)折向擋板開度，使再粉氣流改變流動方向，進而使氣粉流發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，在離心力和重力的作用下，實現(xiàn)粗細顆粒分離。這種結(jié)構(gòu)的分離器在燃用設(shè)計煤種或校核煤種情況下，磨煤機運行性能基本滿足設(shè)計要求。但是隨著石油、煤炭能源的緊缺，火力發(fā)電廠的發(fā)電成本增加，同時燃用的煤質(zhì)也越來越偏離設(shè)計或校核煤質(zhì)，導(dǎo)致磨煤機在運行中出現(xiàn)很多問題，例如磨煤機出力、煤粉細度、煤粉均勻性、耗電率等參數(shù)都開始偏離設(shè)計值，達不到節(jié)能降耗國家政策要求，而且這種情況在全國的火力發(fā)電廠是普遍面臨的問題。

原MPS89K磨煤機靜止分離器對煤粉細度的調(diào)整主要是調(diào)節(jié)靜止分離器折向門擋板的開度，該型號分離器的細度調(diào)節(jié)范圍十分有限，特別是當所需的煤粉細度較細時，由于分離器的分離性能變差，造成回粉量過大，嚴重影響磨煤機的出力。磨煤機靜止分離器折向門擋板關(guān)至較小開度，使煤粉細度達到鍋爐要求時，磨煤機的最大出力也會降至很低，無法滿足鍋爐的正常運行。為了改善磨煤機運行指標，提高運行經(jīng)濟性，達到節(jié)能降耗的目的，華能國際電力股份有限公司上安電廠（簡稱“華能上安電廠”）對1號鍋爐1A/1B磨煤機靜態(tài)分離器進行改造。

2 改造方案

動態(tài)分離器主要組成部分：轉(zhuǎn)子及支撐部分，靜子，回粉錐，空心軸，落煤管及密封裝置，電機，驅(qū)動裝置及機殼。旋轉(zhuǎn)分離器結(jié)構(gòu)示意見圖1。轉(zhuǎn)子及傳動機構(gòu)采用回轉(zhuǎn)式支撐軸承位于最頂端的立式吊籠結(jié)構(gòu)形式。電機轉(zhuǎn)速采用變頻器控制調(diào)節(jié)，該旋轉(zhuǎn)分離器的控制可由DCS系統(tǒng)控制，也可由就地控制柜就地操作。

圖1 旋轉(zhuǎn)分離器結(jié)構(gòu)示意

2.1 機械傳動部分改造

由于減速機構(gòu)是安裝在分離器的頂部，減速箱齒輪齒數(shù)比為5.2∶1。在原有分離器中加動葉輪，其傳動路線為：變頻電機－齒輪減速箱－回轉(zhuǎn)軸承－動葉輪。電機采用37kW 變頻電機，同步轉(zhuǎn)速960r/min，齒輪箱轉(zhuǎn)速比為5.2∶1，動葉輪轉(zhuǎn)速為0～150r/min可調(diào)，圓柱齒輪箱與分離器采用氣密封，動葉輪采用柱形葉輪，傳動機構(gòu)示意見圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)分離器傳動機構(gòu)示意

2.2 動靜密封改造

旋轉(zhuǎn)分離器需要密封的地方有2處：一處是動葉輪轉(zhuǎn)子的空心軸套和分離器上蓋板之間；另一處是動葉輪轉(zhuǎn)子的空心軸套與減速機構(gòu)底座之間。

機械密封所用的密封填料是一種新型的高性能的長壽命復(fù)合密封填料，這種密封填料具有特殊的力學(xué)性能，韌性壓縮回彈性能好、低磨擦系數(shù)、低磨損率、對軸幾乎沒有磨損、具有潤滑補償?shù)忍攸c。氣體密封要求提供一個高于分離器內(nèi)部壓力氣源，這個氣源可采用磨煤機的密封氣系統(tǒng)，也可另配置一套密封氣系統(tǒng)。每一套氣體密封由2件迷宮圈構(gòu)成，每件迷宮圈又由8塊組成，可以方便的安裝調(diào)整及維修。密封風必須一直通著。密封風以15m3/min和高出磨煤機入口2kPa的壓力從齒輪箱吹進。氣源要為潔凈的冷空氣（可以使用空氣過濾器）。密封空氣取自冷一次風，由離心密封風機增壓后提供。

3 動態(tài)分離器的工作原理

3.1 動態(tài)分離器的分離原理

傳統(tǒng)的靜止分離器采用靜止擋板方式對煤粉進行分離，顆粒大小可以通過重力和速度以及切向擋板區(qū)域內(nèi)的繞流而調(diào)整。旋轉(zhuǎn)分離器中，對細度起主要影響的因素除了重力和速度外，還有葉片的傾斜程度，氣體煤粉流因葉片的傾斜產(chǎn)生一定的漩渦使得離心場得以加強。將傳統(tǒng)擋板分離器的優(yōu)點應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，更加有效和充分地利用離心分離和碰撞分離原理來進行粗細分離，動態(tài)分離器的工作原理見圖3。

圖3 動態(tài)分離器工作原理

從磨煤機出來的氣粉流進入分離器區(qū)域，葉片發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與氣粉流方向相反。因此，在轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)的作用下，細顆粒由于質(zhì)量小而改變原來的旋轉(zhuǎn)方向，發(fā)生旋流并隨葉片運動方向持續(xù)運動。粗顆粒由于慣性大而不易改變運動方向，以近似直線繼續(xù)前進與葉片發(fā)生碰撞而分離出去。動態(tài)分離器是在傳統(tǒng)的靜止分離器結(jié)構(gòu)上增加了一套旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子分離機構(gòu)，工作時帶粉氣流在靜葉分離區(qū)首先進行預(yù)分離，預(yù)分離后的風粉混合物再進入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子分離區(qū)進行二次分離，風粉混合物在轉(zhuǎn)子的帶動下旋轉(zhuǎn)運動，風粉轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生離心加速度，離心加速度隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化而發(fā)生變化，其是成線性正比關(guān)系。因此，當煤粉粒子受到的離心力大于氣流的引力時，煤粉粒子就會分離出來，粒子直徑越小，分離所需受的離心力也越大，所以當所需煤粉細度越小時，分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就越高。另外轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時還產(chǎn)生一定的擾動力，使被擋板分離出來的合格的煤粉隨著氣流旋轉(zhuǎn)，又進入分離器出口，從而降低回粉中合格細粉的含量，提高分離器分離效率。

3.2 動態(tài)分離器的控制原理

分離器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由變頻器調(diào)節(jié)，變頻器可以在0～50Hz范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)，變頻電機經(jīng)過減速器減速后帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以在0～120 r/min無級調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)子驅(qū)動采用的變頻電機，可長期在低頻下工作。

分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制信號取自給煤機給煤量的4～20mA信號，該信號通過控制分離器的變頻器頻率在0～50Hz變化，從而實現(xiàn)分離器轉(zhuǎn)速隨給煤機轉(zhuǎn)速的變化而在線同步變化。同時可實現(xiàn)遠方DCS顯示、報警及控制功能。

3.3 設(shè)備運行曲線

設(shè)備改造投運初期，先按分離器調(diào)試時預(yù)設(shè)的頻率與轉(zhuǎn)速運行特性曲線運行，在鍋爐運行正常3個月后，通過旋轉(zhuǎn)分離器的特性試驗，確定了分離器在各轉(zhuǎn)速情況下煤粉細度與均勻性關(guān)系后，再重新設(shè)定經(jīng)濟運行的特性曲線（見圖4），并在以后的運行中根據(jù)負荷、煤種情況，對照旋轉(zhuǎn)分離器特性試驗結(jié)果對分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，使分離器的煤粉細度與均勻性滿足最經(jīng)濟的燃燒要求，在相同煤質(zhì)情況下旋轉(zhuǎn)分離器與靜態(tài)分離器煤粉細度對比見圖5。

圖4 分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細度關(guān)系曲線

圖5 在相同煤質(zhì)情況下動態(tài)旋轉(zhuǎn)分離器與靜止分離器煤粉細度對比

4 改造效果及建議

4.1 改造效果

a.改造后的動態(tài)分離器通過調(diào)試、試運，實現(xiàn)了給煤負荷在線自動調(diào)節(jié)。動態(tài)分離器的常用轉(zhuǎn)速范圍為0～120r/min，所對應(yīng)的變頻器頻率為0～50 Hz，通過取自給煤機的轉(zhuǎn)速信號反饋到變頻器上，實現(xiàn)了在線轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。動態(tài)分離器隨著負荷的大小或不同煤粉細度的需求而增減其轉(zhuǎn)速。傳動系統(tǒng)通過變頻器改變輸出頻率從而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)整。

b.對MPS89K磨煤機靜止分離器改造為動態(tài)分離器后，在燃用煤種與校核煤種偏差不大的情況下，達到了以下預(yù)期性能指標：提高煤粉細度，R90在8%～25%，R75在14%～22%；提高磨煤機出力5%～15%：降低飛灰含碳量，降低原有飛灰含碳量的20%～30%、提高鍋爐燃燒效率；降低磨煤機單耗1～3kWh/t，有明顯節(jié)能效果；提高煤粉均勻性，n≥1.25；煤粉管道系統(tǒng)阻力基本相同情況下，風量、粉量偏差不大于5%；提高磨煤機對煤質(zhì)適應(yīng)性，燃用揮發(fā)分較設(shè)計數(shù)值低的電煤也能夠滿足鍋爐燃燒；提高磨煤機一次熱風干燥效率、降低磨煤機壓差、降低一次熱風系統(tǒng)的電耗。

c.根據(jù)以上數(shù)據(jù)推算，華能上安電廠進行靜止分離器改造后，由于煤粉細度的降低，可使飛灰含碳量降低25%左右，相應(yīng)使發(fā)電煤耗降低2.5g/kWh，每年將節(jié)約標準煤1萬t以上，經(jīng)濟效益顯著。

4.2 改造后存在的問題及建議

華能上安電廠對1A/1B2臺磨煤機分離器進行改造后達到了預(yù)期的目的，同時也存在一些不足之處：動態(tài)分離器的密封不夠嚴密，導(dǎo)致煤粉進入變速箱，污染變速箱潤滑油，因此需要定期檢修維護過濾或更換潤滑油，不僅增加了維護成本也降低變速箱的使用壽命；由于密封系統(tǒng)不嚴密導(dǎo)致密封風泄漏量過大，降低了密封風母管壓力，為了保持密封風母管壓力需要2臺密封風機同時運行，增加了風機電耗。針對以上不足方面，建議對密封部分進行改進，由現(xiàn)在機械盤根密封改為密封效果好的齒形密封，這樣將大大降低泄漏量，密封風用量減少，即能使密封壓力得到保證，同時可以實現(xiàn)單臺密封風機運行，進一步降低運行成本。

5 結(jié)束語

對華能上安電廠1A/1B2臺磨煤機靜止分離器進行改造后，通過調(diào)試、試運、試驗等檢測達到了預(yù)期的目的，提高了煤粉細度，提高磨煤機出力，降低磨煤機壓差，降低磨煤機循環(huán)倍率、降低磨煤機單耗，同時改善了煤粉的均勻性，粗粉大量減少，飛灰可燃物減少，并為爐膛內(nèi)的燃燒提供低NOx環(huán)境，滿足低NOx燃燒器、小油槍和等離子燃燒器燃燒要求，為鍋爐燃燒創(chuàng)造了十分有利的條件，提高磨煤機運行經(jīng)濟性。MPS型或其他類型的中速磨煤機上采用動態(tài)式分離器是今后磨煤機靜止煤粉分離器的改造發(fā)展方向。采用動態(tài)旋轉(zhuǎn)式分離器可以增強磨煤機燃用煤種的適應(yīng)性，改善鍋爐燃燒，優(yōu)化燃用劣質(zhì)煤種引起的磨煤機運行參數(shù)；實現(xiàn)煤粉細度在線調(diào)節(jié)，磨制出滿足鍋爐燃燒要求煤粉；降低鍋爐機械未燃燒損失，提高鍋爐的熱效率及安全經(jīng)濟運行；降低飛灰含碳量，減少SO2和NOx等廢氣的排放量，對保護環(huán)境有十分重要的意義。