MPS89K磨煤機(jī)靜止分離器改造分析

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(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，隨著鍋爐燃燒技術(shù)和環(huán)境保護(hù)的需要，對煤粉細(xì)度提出了更高的要求，而目前我國發(fā)電廠的磨煤機(jī)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(dòng)方向，進(jìn)而使氣粉流發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力和重力的作用下，實(shí)現(xiàn)粗細(xì)顆粒分離。這種結(jié)構(gòu)的分離器在燃用設(shè)計(jì)煤種或校核煤種情況下，磨煤機(jī)運(yùn)行性能基本滿足設(shè)計(jì)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(shí)燃用的煤質(zhì)也越來越偏離設(shè)計(jì)或校核煤質(zhì)，導(dǎo)致磨煤機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)很多問題，例如磨煤機(jī)出力、煤粉細(xì)度、煤粉均勻性、耗電率等參數(shù)都開始偏離設(shè)計(jì)值，達(dá)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(jī)靜止分離器對煤粉細(xì)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(xì)度調(diào)節(jié)范圍十分有限，特別是當(dāng)所需的煤粉細(xì)度較細(xì)時(shí)，由于分離器的分離性能變差，造成回粉量過大，嚴(yán)重影響磨煤機(jī)的出力。磨煤機(jī)靜止分離器折向門擋板關(guān)至較小開度，使煤粉細(xì)度達(dá)到鍋爐要求時(shí)，磨煤機(jī)的最大出力也會降至很低，無法滿足鍋爐的正常運(yùn)行。為了改善磨煤機(jī)運(yùn)行指標(biāo)，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，達(dá)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(jī)靜態(tài)分離器進(jìn)行改造。

2 改造方案

動(dòng)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(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置及機(jī)殼。旋轉(zhuǎn)分離器結(jié)構(gòu)示意見圖1。轉(zhuǎn)子及傳動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)械傳動(dòng)部分改造

由于減速機(jī)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(dòng)葉輪，其傳動(dòng)路線為：變頻電機(jī)－齒輪減速箱－回轉(zhuǎn)軸承－動(dòng)葉輪。電機(jī)采用37kW 變頻電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速960r/min，齒輪箱轉(zhuǎn)速比為5.2∶1，動(dòng)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(dòng)葉輪采用柱形葉輪，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意見圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)分離器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意

2.2 動(dòng)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(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子的空心軸套和分離器上蓋板之間；另一處是動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子的空心軸套與減速機(jī)構(gòu)底座之間。

機(jī)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(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)。氣體密封要求提供一個(gè)高于分離器內(nèi)部壓力氣源，這個(gè)氣源可采用磨煤機(jī)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(fēng)必須一直通著。密封風(fēng)以15m3/min和高出磨煤機(jī)入口2kPa的壓力從齒輪箱吹進(jìn)。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(fēng)，由離心密封風(fēng)機(jī)增壓后提供。

3 動(dòng)態(tài)分離器的工作原理

3.1 動(dòng)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(jìn)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(xì)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(qiáng)。將傳統(tǒng)擋板分離器的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，更加有效和充分地利用離心分離和碰撞分離原理來進(jìn)行粗細(xì)分離，動(dòng)態(tài)分離器的工作原理見圖3。

圖3 動(dòng)態(tài)分離器工作原理

從磨煤機(jī)出來的氣粉流進(jìn)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(xì)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(yùn)動(dòng)方向持續(xù)運(yùn)動(dòng)。粗顆粒由于慣性大而不易改變運(yùn)動(dòng)方向，以近似直線繼續(xù)前進(jìn)與葉片發(fā)生碰撞而分離出去。動(dòng)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(jī)構(gòu)，工作時(shí)帶粉氣流在靜葉分離區(qū)首先進(jìn)行預(yù)分離，預(yù)分離后的風(fēng)粉混合物再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子分離區(qū)進(jìn)行二次分離，風(fēng)粉混合物在轉(zhuǎn)子的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，風(fēng)粉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(dāng)煤粉粒子受到的離心力大于氣流的引力時(shí)，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(dāng)所需煤粉細(xì)度越小時(shí)，分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就越高。另外轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)還產(chǎn)生一定的擾動(dòng)力，使被擋板分離出來的合格的煤粉隨著氣流旋轉(zhuǎn)，又進(jìn)入分離器出口，從而降低回粉中合格細(xì)粉的含量，提高分離器分離效率。

3.2 動(dòng)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(jī)經(jīng)過減速器減速后帶動(dòng)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(dòng)采用的變頻電機(jī)，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(jī)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(shí)現(xiàn)分離器轉(zhuǎn)速隨給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而在線同步變化。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方DCS顯示、報(bào)警及控制功能。

3.3 設(shè)備運(yùn)行曲線

設(shè)備改造投運(yùn)初期，先按分離器調(diào)試時(shí)預(yù)設(shè)的頻率與轉(zhuǎn)速運(yùn)行特性曲線運(yùn)行，在鍋爐運(yùn)行正常3個(gè)月后，通過旋轉(zhuǎn)分離器的特性試驗(yàn)，確定了分離器在各轉(zhuǎn)速情況下煤粉細(xì)度與均勻性關(guān)系后，再重新設(shè)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的特性曲線（見圖4），并在以后的運(yùn)行中根據(jù)負(fù)荷、煤種情況，對照旋轉(zhuǎn)分離器特性試驗(yàn)結(jié)果對分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使分離器的煤粉細(xì)度與均勻性滿足最經(jīng)濟(jì)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(xì)度對比見圖5。

圖4 分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度關(guān)系曲線

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

4 改造效果及建議

4.1 改造效果

a.改造后的動(dòng)態(tài)分離器通過調(diào)試、試運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了給煤負(fù)荷在線自動(dòng)調(diào)節(jié)。動(dòng)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(jī)的轉(zhuǎn)速信號反饋到變頻器上，實(shí)現(xiàn)了在線轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。動(dòng)態(tài)分離器隨著負(fù)荷的大小或不同煤粉細(xì)度的需求而增減其轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)系統(tǒng)通過變頻器改變輸出頻率從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整。

b.對MPS89K磨煤機(jī)靜止分離器改造為動(dòng)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(dá)到了以下預(yù)期性能指標(biāo)：提高煤粉細(xì)度，R90在8%～25%，R75在14%～22%；提高磨煤機(jī)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(jī)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(fēng)量、粉量偏差不大于5%；提高磨煤機(jī)對煤質(zhì)適應(yīng)性，燃用揮發(fā)分較設(shè)計(jì)數(shù)值低的電煤也能夠滿足鍋爐燃燒；提高磨煤機(jī)一次熱風(fēng)干燥效率、降低磨煤機(jī)壓差、降低一次熱風(fēng)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(jìn)行靜止分離器改造后，由于煤粉細(xì)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(biāo)準(zhǔn)煤1萬t以上，經(jīng)濟(jì)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(jī)分離器進(jìn)行改造后達(dá)到了預(yù)期的目的，同時(shí)也存在一些不足之處：動(dòng)態(tài)分離器的密封不夠嚴(yán)密，導(dǎo)致煤粉進(jìn)入變速箱，污染變速箱潤滑油，因此需要定期檢修維護(hù)過濾或更換潤滑油，不僅增加了維護(hù)成本也降低變速箱的使用壽命；由于密封系統(tǒng)不嚴(yán)密導(dǎo)致密封風(fēng)泄漏量過大，降低了密封風(fēng)母管壓力，為了保持密封風(fēng)母管壓力需要2臺密封風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，增加了風(fēng)機(jī)電耗。針對以上不足方面，建議對密封部分進(jìn)行改進(jìn)，由現(xiàn)在機(jī)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(fēng)用量減少，即能使密封壓力得到保證，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)單臺密封風(fēng)機(jī)運(yùn)行，進(jìn)一步降低運(yùn)行成本。

5 結(jié)束語

對華能上安電廠1A/1B2臺磨煤機(jī)靜止分離器進(jìn)行改造后，通過調(diào)試、試運(yùn)、試驗(yàn)等檢測達(dá)到了預(yù)期的目的，提高了煤粉細(xì)度，提高磨煤機(jī)出力，降低磨煤機(jī)壓差，降低磨煤機(jī)循環(huán)倍率、降低磨煤機(jī)單耗，同時(shí)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(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。MPS型或其他類型的中速磨煤機(jī)上采用動(dòng)態(tài)式分離器是今后磨煤機(jī)靜止煤粉分離器的改造發(fā)展方向。采用動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)式分離器可以增強(qiáng)磨煤機(jī)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(jī)運(yùn)行參數(shù)；實(shí)現(xiàn)煤粉細(xì)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(jī)械未燃燒損失，提高鍋爐的熱效率及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；降低飛灰含碳量，減少SO2和NOx等廢氣的排放量，對保護(hù)環(huán)境有十分重要的意義。