進雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)動靜態(tài)分離器的選型分析

1、雙進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：磨煤機和煤粉分離器是鍋爐制粉系統(tǒng)重要的設備，選擇磨煤機主要依據(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度R90為主選擇的，而煤粉分離器選擇一般是根據(jù)磨煤機的型式進行選擇的。某電廠2×600MW超臨界鍋爐雙進雙出冷一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)配置了動靜態(tài)煤粉分離器，本文介紹了雙進雙出鋼球磨煤機配置動靜態(tài)分離器的選型分析，并對制粉系統(tǒng)性能進行初步分析。關鍵詞：雙進雙出；磨煤機；動靜態(tài)分離器；煤粉細度1 磨煤機的設計選型根據(jù)火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)

2、設計計算技術規(guī)定DL/T5145-2002，磨煤機及制粉系統(tǒng)類型選擇原則，在選擇磨煤機型式和制粉系統(tǒng)時，應根據(jù)煤的燃燒、磨損、爆炸特性、可磨性、磨煤機的制粉特性及煤粉細度要求，結合鍋爐爐膛和燃燒器結構統(tǒng)一考慮，以達到磨煤機、制粉系統(tǒng)和燃燒裝置匹配合理，保證機組安全經(jīng)濟運行。1.1 煤質(zhì)分析該工程設計煤Vdaf11.24，校核煤的Vdaf在10.6615.8之間；設計煤種的IT為785850，而校核煤種的IT為735850，屬于難著火煤種；設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；設計煤種的沖刷磨損指數(shù)Ke>5，屬于極強磨損性煤。1.2 鍋爐廠對煤粉細

3、度的要求該工程鍋爐為東方鍋爐（集團）有限公司設計供貨的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)的要求為煤粉細度R906。1.3 磨煤機的選型該工程設計、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)設計計算技術規(guī)定DL/T5145-2002，不同煤質(zhì)條件下推薦的磨煤機及制粉系統(tǒng)類型分析如下：(1) 按點火溫度，設計煤種和校核煤種的點火溫度介于700800與800900之間，可選擇鋼球磨煤機儲倉式熱風送粉或中速磨及雙進雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。(2) 按煤粉細度，可選擇鋼球磨煤機儲倉式熱風送粉或雙進雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。(3) 按沖刷磨損指數(shù)Ke，設計煤種的沖刷磨損指

4、數(shù)Ke>5，屬于極強磨損性煤，可選擇鋼球磨煤機儲倉式熱風送粉或雙進雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)。由上可知，該工程磨煤機可選用鋼球磨煤機儲倉式熱風送粉系統(tǒng)或雙進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；而雙進雙出鋼球磨煤機的可靠性高，可用率高，維護簡單，維護費用低，出力穩(wěn)定，儲粉能力強，煤種適應性強，在較寬的負荷范圍內(nèi)有快速反應的能力，并具有顯著的運行靈活性；目前，雙進雙出鋼球磨煤機在國產(chǎn)600MW超臨界機組鍋爐運行良好，該工程制粉系統(tǒng)采用雙進雙出鋼球磨冷一風正壓直吹式制粉系統(tǒng)。2 煤粉分離器的設計選型煤粉分離器

5、是制粉系統(tǒng)中必不可少的分離設備，其作用是將不合格的粗煤粉分離出來，返回磨煤機中重磨，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：由磨煤機出來的氣粉混合物進入分離器外錐體下部的環(huán)形空間時，由于截面擴大，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

6、粉管返回磨煤機中重新磨制。進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配合使用，其結構和工作原理是：有一個由電動機經(jīng)減速機帶動的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子一般由20個左右的葉片組成。由磨煤機來的煤粉氣流自下部進入分離器，由于通流截面擴大，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，進入分離器轉(zhuǎn)子區(qū)域被轉(zhuǎn)子帶動作

7、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。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扇磨配合使用，這種分離器在煤粉氣流通道中裝設幾塊可以調(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度。2.2 煤粉分離器的設計選型該工程磨煤機設計選型為雙進雙出鋼球磨煤機，而與雙進雙出

8、鋼球磨煤機配合使用的多為離心式煤粉分離器。在雙進雙出鋼球磨煤機中，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。磨制后的風粉混合物從端部的上半間隙直接進入煤粉分離器入口，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分開布置，進入分離器的風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雜，但是由于粗粉分離器進口有一定的高度，能預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度要

9、求較高，煤粉細度按R906，采用整體式布置難于難于達到鍋爐廠要求。因此，該工程煤粉分離器初步設計選型為離心式煤粉分離器、分體式布置。3 磨煤機、煤粉分離器的實際選型該工程磨煤機招投標過程中共有三家雙進雙出鋼球磨煤機制造商投標，分別為沈陽重型機器有限責任公司（以下簡稱“沈重”）、上海重型機器廠有限公司（以下簡稱“上重”）和中信重工機械有限責任公司（以下簡稱“中信重工”）。沈重和上重投標設備均為引進法國ALSTOM的BBD雙進雙出鋼球磨煤機配置雷蒙式靜態(tài)分離器，中信重工投標設備為引進美國SVEDALA的雙進雙出鋼球磨煤機配置靜態(tài)分離器。3.1 SVEDALA雙進雙出鋼球磨煤機與ALSTOM的BBD

10、雙進雙出鋼球磨煤機比較SVEDALA雙進雙出鋼球磨煤機與ALSTOM的BBD雙進雙出鋼球磨煤機在結構和料位控制方面存在如下差別：（1）SVEDALA雙進雙出鋼球磨煤機進煤裝置沒有螺旋輸送器“鉸龍”，采用自然溜槽式給料結構，磨的空心軸帶有螺旋形螺紋，當其旋轉(zhuǎn)時，將原煤推入筒體內(nèi)研磨；空心軸分為兩個半圓，一側進原煤與熱風，一側出風粉混合物；磨煤機長度較短，維護量少，但進煤箱彎管處的磨損較嚴重。BBD雙進雙出鋼球磨煤機有螺旋輸送裝置“鉸龍”，原煤進入磨煤機后，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行研磨；熱風由套筒內(nèi)進入磨煤機，并攜帶磨制好的煤粉在內(nèi)套筒和中空軸之間的上部進入分離器；“鉸龍

11、”檢修需要起吊裝置以及抽“鉸龍”需要空間，在煤倉間與汽機房之間的隔墻上留出專用門，平時關閉，磨煤機檢修時打開。（2）SVEDALA雙進雙出鋼球磨煤機驅(qū)動裝置采用空氣離合器，安裝在減速機和小齒輪之間，電動機可以空載啟動，從而可以減小電動機的啟動力矩。BBD雙進雙出鋼球磨煤機驅(qū)動裝置是減速機直接和小齒輪連接，電動機通過減速機驅(qū)動小齒輪，小齒輪與磨煤機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雙進雙出鋼球磨煤機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雙進雙出鋼球磨煤機既配置了電耳料位控制系統(tǒng)又

12、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)煤少噪聲強度大；筒體內(nèi)煤量過高時，噪聲強度弱。電耳測量裝置就是根據(jù)噪聲的強度來判斷筒體內(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)控磨機筒體內(nèi)已磨制好的煤粉的料位，它在磨機筒體內(nèi)設有壓差取樣點，通過壓差值的大小，來確定已被磨制成細粉的料位狀態(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，使磨機筒體內(nèi)的料位維持在一個恒定的范圍之內(nèi)

13、，既保持筒體內(nèi)的風煤比恒定不變，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)分離器三投標商投標的分離器都是離心式靜態(tài)分離器，結構、原理基本一致，唯一的區(qū)別在于SVEDALA的雙進雙出鋼球磨煤機配置的靜態(tài)分離器為內(nèi)錐回粉，而BBD雙進雙出鋼球磨煤機配置的雷蒙式靜態(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度較細，沈重在投標文件中建議采用動靜態(tài)分離器。沈重于1996年從德國Babcock公司引進了動靜態(tài)分離器設計技術，并為天津楊柳青電廠成功設計開發(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

14、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備。動靜態(tài)分離器的結構：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)速電機和變頻器等組成。動靜態(tài)分離器的工作原理：來自磨煤機的風粉混合物進入分離器后，首先降低流速進行速度場的重力分離過程，然后經(jīng)過靜態(tài)葉片進行慣性分離過程，最后進入動態(tài)旋轉(zhuǎn)葉片（通過變頻調(diào)速電機驅(qū)動）進行強制分離過程，經(jīng)過三次分離過程后，合格的細粉經(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，有利于機組的經(jīng)濟運行，但國產(chǎn)雙進

15、雙出鋼球磨煤機尚未配置過動靜態(tài)分離器。目前，只有華能德州電廠三期2×660MW機組的德國Babcock公司的雙進雙出鋼球磨煤機配置了德國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。由于采用了雙進雙出鋼球磨煤機配置了動靜態(tài)分離器，煤粉細度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） 上海重型機器廠有限公司動靜態(tài)分離器上重于2004年引進了美國C

16、E公司的動態(tài)分離器，該動態(tài)分離器是配合中速磨煤機使用，帶有中空管用于磨煤機進煤。上重在引進了美國CE公司的動態(tài)分離器后，進行了將美國CE公司的動態(tài)分離器和ALSTOM公司的雷蒙式靜態(tài)分離器合并設置、優(yōu)化設計的可行性研究，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)分離器的結構特點并參考德國Babcock公司動靜態(tài)分離器的經(jīng)驗，設計了新型的動靜態(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、變頻器、減速機及多出口裝置等組成。動靜態(tài)分離器采用雙

17、錐結構，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)進入動葉片的煤粉細度；動葉片由變速調(diào)頻電機帶動，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，煤粉細度和保證出力達到設計要求；在動葉正常運轉(zhuǎn)時，煤粉均勻性指數(shù)提高、分離器出口風粉濃度偏差減少。（3）沈陽重型機器有限公司動靜態(tài)分離器與上重動靜態(tài)分離器的差別兩者結構型式基本相同，都是在靜態(tài)分離器的基礎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

18、的角度是可調(diào)節(jié)的，通過調(diào)整葉片角度來調(diào)節(jié)進入動葉片的煤粉細度；同時通過調(diào)節(jié)動葉片的轉(zhuǎn)速來最終調(diào)節(jié)煤粉的細度。在動葉片停止轉(zhuǎn)動后，沈陽重型機器有限公司動靜態(tài)分離器的煤粉細度變粗，煤粉細度R90約為25；而上重動靜態(tài)分離器的煤粉細度仍然能夠達到設計要求，即煤粉細度R90為6。磨煤機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型雙進雙出鋼球磨煤機配置動靜態(tài)分離器。4 制粉系統(tǒng)性能探討4.1 BBD4360磨煤機性能BBD4360磨煤機為上重廠引進法國ALSTOM公司雙進雙出鋼球磨煤機全套制造技術中的一種規(guī)格，其主要規(guī)格參數(shù)如下：磨煤機銘牌出力：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磨煤機最大出力：53 t/h磨煤機最大出力時的鋼球填充量90 t磨煤機最佳保證出力：48.3t/h磨煤機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，對于該項目設計煤種，磨煤機最佳保證出力為48.3 t/h、最大出力為53 t/h，滿足“