（动力机械及工程专业论文）新型静动叶结合型旋转式粗粉分离器的研究.pdf

东南大学工程硕士学位论文 摘要 本文介绍了旋转式粗粉分离器的分离原理和技术特点，研制了一 种新型静动叶结合型旋转式粗粉分离器，并进行了工业应用性试验研 究。 旋转式分离器主要依靠转子产生的离心力进行粒子分离，具有调 节方便、分离均匀的特点。本文着重介绍了旋转式分离器的研制和运 行特性的试验研究结果，分析了分离器煤粉细度调节特性、煤粉均匀 性指数受转子转速和通风量等因素的影响，给出了分离器细度调节特 性曲线和均匀性指数的变化曲线，并进一步分析了分离器的分离效率 和对制粉系统最大出力的影响。 关键词：煤粉制备旋转式分离器细度调节试验研究 东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h et h e o r ya n dt e c h n i c a lf e a t u r e so fd y n a m i cc l a s s i f i e ri si n t r o d u c e d i nt h i sp a p e r ，a n dan e wt y p eo f d y n a m i cc l a s s i f i e ri sd e v e l o p e d ，m o r e o v e r , e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n i sc o n d u c t e df o rt h e p u r p o s e o fi n d u s t r y a p p l i c a t i o n c o a lp a r t i c l e sa r es e p a r a t e db yt h ec e n t r i f u g a lf o r c ew h i l ei tr o t a t i n gi n d y n a m i cc l a s s i f i e r , w h i c hc a nb ee a s i l yr e g u l a t e da n de v e n l ys e p a r a t e d t h e d e v e l o p m e n ta n dr e s u l t so fe x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fo p e r a t i n gf e a t u r e s o fd y n a m i cc l a s s i f i e ra r ei n t r o d u c e di nt h ep a p e r t h ef i n e n e s sr e g u l a t i n g f e a t u r e sa n dp u l v e r i z e dc o a lf i n e n e s sd i s t r i b u t e e x p o n e n t o fc l a s s i f i e r e f f e c t e db yr o t a t i n gr a t i oa n da i rf l o w sa r ei n v e s t i g a t e d t h ec u r v ef i g u r e s o ff i n e n e s s r e g u l a t i n g f e a t u r e sa n df i n e n e s sd i s t r i b u t e e x p o n e n t a r e a d d r e s s e d t h e s e p a r a t i n ge f f i c i e n c y o fc l a s s i f i e ra n di t se f f e c t so n m a x i m u mc a p a c i t yo fc o a lp u l v e r i z e ra r ea l s oa n a l y z e d k e yw o r d s ：c o a lp u l v e r i z e r , d y n a m i cc l a s s i f i e r , f i n e n e s sr e g u l a t i o n ， e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n 东南大学学位论文 独创性声明及使用授权的说明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得东南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：乞丝日 二、关于学位论文使用授权的说明 期：里兰：互兰 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人 所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除 在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 签名：丛导师签日期：! 生：兰i 东南大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 概述 我国发电机组以火电为主，主要配套煤粉燃烧锅炉，而我国电力 用煤在燃烧前基本上不经过选矿、洗煤等处理，特别是当煤源紧张时， 电站锅炉处在来什么煤就烧什么煤的状况，煤质变化较大且较频繁。 如果煤粉细度调整不及时，会严重影响到锅炉的安全、经济运行。如 当出现煤粉过粗时，会引起煤粉着火推迟、火焰稳定性变差、煤粉燃 烬时间延长、灰渣含碳量变高、炉膛出口烟温升高等问题，同时也会 使过热器、再热器容易出现超温；当出现煤粉过细时，容易引起结焦、 煤粉自燃爆炸等问题。因此，为了使锅炉的燃烧更加安全、经济，应 根据煤质、煤种的变化情况，及时调整锅炉燃烧的煤粉细度。 粗粉分离器是制粉系统的重大设备之一，当磨煤机出口风粉混合 物流经粗粉分离器时，过粗的影响锅炉燃烧的煤粉粒子被分离出来， 能在锅炉内正常燃烧的合格煤粉则通过分离器，进入炉膛内燃烧。目 前国内电厂制粉系统配备的粗粉分离器基本上为挡板式，早期为径向 型，后选用或改造为轴向型。现在，对于新建投产的机组，在选用中 储式制粉系统时，都采用轴向型粗粉分离器；在选用直吹式制粉系统 时，一般配静态折向挡板分离器。由于挡板式分离器很难对煤粉细度 进行调整，除非电厂燃煤煤质发生了较长时间的变化，一般运行时不 通过调整粗粉分离器的挡板来调节煤粉细度。因此，这种类型的制粉 系统使锅炉的燃烧不能很好地适应煤质出现较大变化的情况，也影响 了锅炉变负荷时的燃烧效率。 东南大学工程硕士学位论文 1 2 国内外研究动态 国外机组为了适应煤种、负荷变化和有利于低n o x 燃烧器的需 要，一般中速磨大多配旋转式粗粉分离器。应用于中速磨直吹系统的 旋转式分离器，包括叶轮式和静动叶结合型的分离器，国外都有成型 产品，为较成熟的技术。 近几年国内磨煤机制造厂家引进国外制造技术，开始生产配旋转 式分离器的中速磨，国内一些电厂花巨资请国外厂家对磨煤机进行改 造，配装旋转式分离器，国内有高校进行了旋转式粗粉分离器的模型 试验研究，得出了分离器运行特性的模型试验结果。 对于国内电厂应用很广的中储式制粉系统，国内外还没有配旋转 式粗粉分离器的报道和资料。 与其它形式粗粉分离器相比，静动叶结合型旋转式粗粉分离器应 用于电厂制粉系统具有很重大的意义。 ( 1 ) 根据电厂燃煤的实际情况，电厂燃煤来源比较多，锅炉燃煤变化 较大且较频繁，安装旋转式粗粉分离器能根据煤质的变化不断地调整 煤粉细度，确保锅炉的安全、经济燃烧。 ( 2 ) 现在机组调峰任务重，负荷变化大，锅炉燃烧最佳煤粉细度随负 荷发生变化，安装旋转式粗粉分离器可以维持锅炉燃烧最佳煤粉细度， 提高燃烧经济性。 ( 3 ) 旋转式粗粉分离器分离均匀，出口煤粉均匀性指数高，即r 9 0 相 同，r ：。比较低，煤粉越均匀则粗粒子含量越少，煤粉在炉膛内的燃 烧时间相同，合格煤粉在炉膛内基本燃尽。而若煤粉粗细不均匀，则 东南大学工程硕士学位论文 随着粒子直径加大，未燃烬焦炭残留在灰中，因此，灰中含碳量上升 很快，观察干飞灰样时会发现细的灰粒子呈白色、而粗粒子呈黑色， 说明灰渣含碳量主要由粗粒子引起。因此粗粒子减少，灰渣含碳量会 明显下降。 ( 4 ) 旋转式粗粉分离器分离效率高，可以提高制粉系统最大出力，降 低制粉系统耗电率。 ( 5 ) 煤粉细度可调，煤粉均匀性好，可以更好地满足锅炉低负荷稳燃 的要求，增加锅炉的调峰能力。 ( 6 ) 同时煤粉均匀性好还有利于降低n o x 燃烧器灰渣含碳量，也有 利于降低锅炉n o x 的排放水平。 ( 7 ) 电厂运行时，制粉系统出力与通风量经常调整，配挡板分离器使 制粉系统煤粉细度变化较大，而配旋转式或组合式分离器的制粉系统 则煤粉细度基本不变化，有利于锅炉运行的稳定性。配备旋转式分离 器后，煤粉细度r 9 0 可以调节至很低水平，这样可以更安全地燃用劣 质煤，同时由于煤粉均匀性得到改善，可以降低锅炉的机械不完全燃 烧损失，提高锅炉效率，这些都有利于劣质燃煤的开发利用。 ( 8 ) 与挡板式分离器相比，静动叶结合型旋转式粗粉分离器具有煤粉 细度调节方便，煤粉细度调节范围大，分离效率高，制成的煤粉均匀 性好，及煤粉细度可以不受通风量影响等优点。 目前，旋转式分离器在我国均用于中速磨，主要用于电厂磨制煤 粉，水泥厂磨制生料，钢铁厂磨制矿石粉。 ( 1 ) 斜叶轮旋转式粗粉分离器 一3 一 东南大学工程硕士学位论文 某水泥厂配一台立磨磨制生料，立磨型号为m p s 3 4 5 0 ，负压系统， 该磨配备的分离器为斜叶片叶轮式旋转式分离器，分离器采用液压油 动机驱动，所配电机功率5 5 k w ，电压3 8 0 v 。叶轮式旋转分离器主要尺 寸如下： 表1 - l 某水泥厂叶轮式旋转分离器主要尺寸 1 叶片外径 【1 1 r n5 4 3 52叶片高度m25 6 0 3 叶轮直径 m2 8 9 2 4 叶轮高度 m m1 8 0 8 5 叶片数量片 3 66调速范围 r p m0 ，7 7 ( 2 ) 组合型旋转式分离器 某热电厂装有四台8 3o t h 液态排渣锅炉，每台锅炉配四台n p s i s o 磨煤机，该厂磨煤机所配s l s 2 0 0 型分离器为静动叶结合型分离器，其 设计资料如下： 表1 - 2 某热电厂静动叶结合型分离器的设计资料 分离器型号 s l s 2 0 02动叶片外径 i n i l l2 0 0 0 3 静叶片外径 m m2 8 0 04 叶片数量片 6 0 5 分离器转速调节范围 r d m4 0 ，1 3 0 1 3 本文的研究方向 针对国内电厂应用很广的中储式制粉系统，本文进行静动叶结合 型旋转式粗粉分离器研究，其目的在于，形成新型旋转式粗粉分离器 设计生产技术，了解旋转式粗粉分离器的运行特陛，推广应用旋转式 粗粉分离器，开拓旋转式粗粉分离器的应用领域，提高制粉系统对锅 4 一 东南大学工程硕士学位论文 炉燃烧的适应性，改善锅炉燃烧的安全性和经济性。 本文的主要研究内容为新型旋转式粗粉分离器的设计、生产技术 及应用试验，具体包括：新型旋转式粗粉分离器的分离原理和技术特 点的研究，新型分离器技术参数和结构设计的研究，以及分离器选型、 制造安装以及启动调试方面的研究。 此外，本文还将开展旋转分离器的应用性试验研究。重点把原理 上的、模型试验的结果应用到火电厂中储式制粉系统的粗粉分离器上， 解决应用试验中可能碰到的问题。在应用试验过程中，一方面要吸收 消化别人的成果和成熟的经验，使之变成自己的技术和经验，形成自 己的设计、生产及调试技术，另一方面要解决旋转式分离器应用于中 储式制粉系统时所存在的问题，利于这种新型分离器在中储式制粉系 统中的应用和推广。 东南大学工程硕士学位论文 第二章静动叶结合型旋转式粗粉分离器的研制 2 1 旋转式分离器在中储式制粉系统中应用的特点 目前，旋转式分离器均用在电厂的中速磨直吹式制粉系统中，将 它应用于中储式制粉系统中也大有前途。与直吹式制粉系统比较，中 储式制粉系统使用旋转式粗粉分离器具有以下优点： ( i ) 旋转式分离器具有分离均匀，回粉中含细粉少，分离效率高、循 环倍率低的特点，可以提高制粉系统的出力。在直吹式制粉系统中， 由于磨煤机负荷随锅炉负荷变化，磨煤机很难做到满负荷运行；而中 储式制粉系统具有运行方式调节灵活的特点，其磨煤机可以一直满负 荷运行，这样就可以充分发挥旋转式分离器分离效率高、循环倍率低 的特点，提高制粉系统出力，降低制粉系统的制粉耗电率。 ( 2 ) 正压直吹式制粉系统取煤粉样比较困难，当煤种发生变化时，运 行人员只能按制造厂给出的煤粉细度与分离器转速关系曲线调节转 速，很难取样化验煤粉细度的实际变化；而中储式制粉系统则可做到 随时取样化验，当煤种发生变化时，运行人员除根据制造厂曲线外， 还可以根据实际煤粉细度来调节分离器转速，可以更好地发挥分离器 调节煤粉细度的特性。 ( 3 ) 中储式制粉系统一般为负压系统，不存在粉尘外泄的问题，不需 要复杂的密封系统。 ( 4 ) 直吹式制粉系统分离器与磨煤机成整体布置，分离器布置受到布 置空间的限制；而中储式制粉系统分离器单独布置，这样分离器的布 置就可以更方便和灵活，对分离器的限制也更少。 东南大学工程硕士学位论文 2 2 静动叶结合型旋转式粗粉分离器分离原理和技术特点 旋转式分离器的主要部件为带多个叶片的转子，电机通过一个传 动机构带动转子转动。从磨煤机碾磨区上升的风粉混合物经过转子区 域时，在转子的带动下作旋转运动，较粗的煤粉在离心力作用下被分 离出来，其余合格的煤粉随气流带出，进入炉膛内燃烧。静动叶结合 型旋转式粗粉分离器是在旋转式分离器前加挡板式分离器组合而成， 带粉气流在静叶分离区首先进行预分离，分离出比较粗的煤粉粒子， 风粉混合物在分离器转子区再次进行分离，分离出的粗煤粉全部经回 粉锥体落回磨煤机继续碾磨。 与挡板式粗粉分离器的分离机理不同，旋转式分离器主要依靠离 心力将粗粒子分离，而挡板式分离器主要依靠挡板的撞击作用分离， 虽然也存在离心分离，但因其切向速度较低，其速度一般与其轴向速 度相当，约3 4 m s ，产生的离心加速度小于1 9 。而旋转式分离器依 靠转子转动，使带粉气流旋转，正常运行时产生的离心加速度约4 7 9 ，在最大转速时产生的离心加速度约2 3 9 ，因此分离的主要作用是 粒子的离心分离，而叶片的撞击作用相对小得多。 粒子在旋转分离器的分离区内主要受气流的曳引力和旋转离心 力，气流拽引力与气流径向速度v 。2 及粒子直径d p 2 成正比；气流在转 子叶片作用下产生旋转，粒子受到离心力作用，受到的离心力与粒子 的切向速度v t 2 成正比，与粒子的直径d p 3 成正比，与粒子的真实密度 成正比。当粒子受到的离心力大于气流的曳引力时，粒子就会分离出 来。因此粒子直径越大，则所受的离心力相对于气流曳引力越大，粒 东南大学工程硕士学位论文 子越易分离出来；转子转速越高，粒子受到的离心力越大，直径较小 的粒子也能分离出来，这就是旋转式分离器转子转速调节出口煤粉细 度的机理。实际上煤粉粒子的分布为连续分布，粒子根据受力情况以 特定的几率分离出来，当其受力趋向于被分离出时，粒子分离出来的 几率增大；当粒子受力趋向于携带出去时，粒子被分离出的几率减少。 因此粒子直径越大，被分离出的几率越大；转子转速越大，细粒子被 分离出来的几率越大，煤粉细度越小。 2 2 1 分离器结构 静动叶结合型旋转式粗粉分离器结构如图2 - 1 所示，部件包括驱 动电机( 1 ) 、减速机( 2 ) 、转子( 3 ) 、静叶( 4 ) 、壳体( 5 ) 、回粉筒( 6 ) 、 回粉管( 7 ) 、进口管( 8 ) 、出口弯管( 9 ) 和控制装置。转子主轴穿过出口 弯管悬挂安装在盖板上的安装支架上，电机通过减速后驱动转子，转 子与静叶间形成环形离心分离区，带粉气流主要在此空间分离。 2 2 2 分离器工作原理 静动叶结合型旋转式粗粉分离器的工作原理为：磨煤机出口带粉 气流在经进口管( 8 ) 喷人分离器后，沿外壳( 5 ) 与回粉筒( 6 ) 围成 的环形通道减速上升，在分离器上部静叶( 4 ) 折向，进行初步分离， 气流流经转子( 3 ) 区域时由叶片带动旋转，在离心分离区进行煤粉分 离，分离后带粉气流通过出口弯管( 9 ) 流向细粉分离器。转子由电机 通过减速机减速后驱动，变频器通过调节驱动电机转速调整转子转速， 从而达到调节分离器出口煤粉细度的目的。 8 东南大学工程硕士学位论文 图2 1 静动叶结合型旋转式粗粉分离器结构示意图 东南大学工程硕士学位论文 2 2 3 主要部件及设备介绍 转子：是旋转式分离器最主要部件，转子外径为分离器定型尺寸。采 用笼形结构，叶片与径向呈一定角度布置，叶片采用耐磨材料，表面 进行防磨处理。转子通过主轴悬挂在安装支架上，转子重量由安装在 支架上的支承轴承承受，在分离器出口设计位置可调的导向轴承，调 整转子轴心使转子处于垂直状态。为保护主轴和导向轴承，在主轴穿 弯管段和导向轴承下部至转子连接套采用套管保护。 静叶：径向型挡板，为方便试验研究，采用角度可调结构。 驱动电机：为适应长期低转速运行的特性，采用变频器专用电机，电 机功率3 0 k w 。 减速机：采用偏心轮减速机。 调速装置：采用变频器调节驱动电机转速，变频器功率3 7 k w ，控制柜 布置在分离器层，现场控制柜可以进行变频器调试和操作。运行时变 频器调节在制粉系统d c s 系统内操作，变频器控制接口通过d c s 的接 口板与主机连接。电气回路设置了过压保护、欠压保护、过流保护、 三相不平衡保护；变频器具有过流、过载、过压和过温保护。 监测装置：运行时主要监测分离器转子电机的转速、电压电流和支承 轴承、电机外壳温度。变频器进线电压电流由现场控制柜中三个电压 表和三个电流表测量，轴承和电机温度由现场温度循测表测量；出现 超温时发出报警信号，报警信号通过d c s 系统报警；分离器转子转速 监测是将变频器转速信号按减速比变换， 回粉筒：由于旋转式分离器对回粉筒漏风不敏感，采用较大的回粉筒 东南大学工程硕士学位论文 下部间隙。 进口管：为减少流动阻力，进口管段上加扩锥段。 出口弯管：分离器出口管割除了原直径为1 0 5 0 m m 的短管，为了安装转 子支撑架，分离器出口立即接向下弯角度为7 3 。的弯管，然后接向上 弯角度为2 8 。的弯管与原细粉分离器进口管道连接。 2 3 旋转式粗粉分离器技术参数设计 2 3 1 静动叶结合型旋转式粗粉分离器设计要点 静动叶结合型旋转式粗粉分离器的特点是粒子在分离区所受的 离心力是均匀的，避免了撞击分离的不均匀性，因此粗的粒子能被更 完全地分离出来，细的粒子被分离出来的机率降低。所以分离器技术 参数设计的关键在于保证分离器的分离均匀性及减少分离器转子耗 电。具体应注意如下以下几点： 从分离机理可知，旋转式分离器能分离出的粒子直径主要与带粉 气流的速度和粒子切向旋转速度有关，因此旋转式分离器设计的关键 在于气流速度与叶片转速的匹配。若气流速度高则气流携带粗粒子能 力强，要求叶片转速高，消耗电功率大，出口煤粉中含粗粒子较多； 气流速度低，则分离出来的回粉中含细粉量增加，影响磨煤机出力。 只有将二者匹配好，才能得到较佳的分离效果。因此选择转子直径尺 寸是设计关键。 旋转分离器内的分离区大小对分离效果也很重要，分离空间太小 则粒子来不及分离就产生碰撞，分离均匀性差；分离空间过大则被分 东南大学工程硕士学位论文 离出的粗粒子被气流重新携带，分离器分离效率变差。因此选择与静 叶转子配合的动叶尺寸也很重要。 叶片数目，叶片宽度和叶片安装角度的匹配问题对分离器性能影 响也很大。 其它分离器转子驱动电机功率、分离器流动阻力的估算都是设计 的关键。 2 3 2 某电厂 5 炉甲侧制粉系统技术参数 根据某电厂# 5 炉制粉系统运行实际和试验结果，选取静动叶结 合型旋转式粗粉分离器改造设计运行参数数据如下： 制粉系统出力：4 5 t l h ( r 。0 _ 2 1 引； 制粉系统通风量：6 0 5 0 0 n m 3 h 7 8 0 0 0 m 3 h ) ； 磨出口温度：7 0 。c ； 煤粉细度调节范围r ，。：5 4 0 ； 粗分负压：一3 0 k p a ； 进出口管道尺寸：1 2 1 0m m ； 根据数据计算：进出口管道内风速：v = 1 8 8 4 m s 。 粗粉进口管设计风速一般为1 6 1 9m s ，管道尺寸符合设计典规 要求。 2 3 3 某电厂 5 炉甲侧制粉系统设计参数 静动叶结合型旋转式粗粉分离器分离机理与挡板式粗粉分离器不 同，因此其特征尺寸为转子外径，代表了分离器的型号，根据制粉系 统通风量，利用整理的收集资料结果，计算选取静动叶结合型旋转式 东南大学工程硕士学位论文 粗粉分离器结构尺寸： 转子叶片外径d ： 2 3 0 0m m 叶片的极限转速n 。： 1 35 r p m 转动叶片数目： 6 0片 静叶片内径d r ： 3 0 1 2m m 静叶片数目： 6 0片 根据资料估算，流动阻力p ：净1 4 0 0p a 流动阻力系数ef l q ：牛7 8 9 驱动电机功率p ： 3 0k w 分离器外径d ：4 0 0 0 m m 转子转速调节范围： 1 5 1 5 0 r p m 根据资料结果分析，计算出其它有关的静动叶结合型旋转式粗粉 分离器结构尺寸。 2 3 4 静动叶结合型旋转式粗粉分离器设计性能要求 根据资料分析和初步计算，对静动叶结合型旋转式粗粉分离器设 计性能要求如下： 煤粉细度调节特性：调节方便、可适应电厂燃料变化。 煤粉细度调节范围： 5 - 4 0 。 转子转速控制：转速调节在制粉系统d c s 内进行，重要监 测参数引入集控室。 制粉系统出力：最大出力提高1 0 以上。 回粉细度或分离效率：回粉细度达到8 0 或综合分离效率达 东南大学工程硕士学位论文 到5 5 。 煤粉均匀性指数n ： n 1 2 5 。 2 3 5 静动叶结合型旋转式粗粉分离器设计说明 2 3 5 1 叶轮型与静动叶结合型的选择 旋转式分离器分叶轮型与静动叶结合型两种形式。两种分离器比 较，静动叶结合型旋转分离器分离效率更高，煤粉均匀性指数更高， 相同煤粉细度下转速较低，不足之处在于结构比较复杂，流动阻力稍 大，但从某电厂实际情况看不至影响制粉系统的通风。因此选择静动 叶结合型旋转式粗粉分离器。 2 3 5 2 叶轮尺寸的选择 根据旋转式分离器的分离机理，其转子直径为分离器的设计选 型尺寸。分离器转子外径由分离器通风量确定转子外径。按照极限煤 粉细度5 考虑，因此根据资料推算出转子外径d = 2 30 0 r a m 。 2 3 5 3 极限煤粉细度 从某电厂燃煤数据来看，其挥发份较高，最佳煤粉细度r ，。约2 1 ，实际运行煤粉细度在1 5 2 7 之间。设计时考虑到：a 、旋转式 分离器的调节范围较大，极限煤粉细度为5 时，r ，。调节范围可达到 5 4 0 ，设计也可以满足煤粉细度2 1 的要求；b 、若今后运行中煤 种发生变化，要求的煤粉细度r 。变小，则设计极限细度5 的分离器 更容易满足，因而适应性好，作为工业性应用试验研究，分离器也应 该具有较大的适应性，也便于推广；c 、设计的静叶片安装角度可调， 这样使分离器的调节范围更广。 东南大学工程硕士学位论文 2 3 5 4 叶片数目及安装角度 动叶片和静叶片的数目，以及静、动叶片的安装角度都是采用了 国内模型试验的结果，为了增加分离器的调节因素，在旋转式分离器 的工业性应用试验研究中静叶片采用角度可调式，根据工业性试验研 究的结果得出静叶片的较佳安装角度。 2 3 5 5 分离器最大转速 旋转式分离器最大转速的选取取决于分离器转子直径，根据转子 设计直径，分离器极限转速n 。取为1 3 5 r p m ，设计时留一定转速裕量， 设计最大转速1 5 0 r p m 。根据某电厂的燃煤情况，当分离器转速为7 0 80r p m 时，煤粉细度能达到锅炉燃烧的要求。因此设计旋转分离器的 传动机构以及选择驱动电机功率时以这些转速作为设计依据。 2 3 5 6 现场布置 原粗粉分离器出口短管接口平面标高：3 8 3 4 5 m ，细粉分离器进口 管中心线标高4 8 7 9 6 m ，两者高度差为1 0 6 3 1 m 。后来粗粉分离器经过 一次改造，粗粉分离器抬高1 5 0 0 m m 。此次改造粗粉分离器高度增加 5 0 0 m m 。这样粗粉分离器出口短管接口与细粉分离器进口管中心线的高 度差为8 6 3 1 m ，可以满足粗粉分离器与细粉分离器之间的管道布置要 求。 2 3 5 7 驱动电机功率 驱动电机功率按风机计算转子耗功，设计转速按1 4 8r p m 设计， 计算转子耗功在l o k w 左右，考虑转子效率和传动效率，功率约为2 5 k w ， 设计时增加一定裕量选取驱动电机功率为30 k w 。 东南大学工程硕士学位论文 2 3 5 8 分离器流动阻力 粗粉分离器改造为静动叶结合型旋转式粗粉分离器，根据某电厂 # 5 炉粗粉分离器运行实测阻力，甲制粉系统通风量7 8 1 7 7 m 3 h 时，分 离器流动阻力为1 0 0 0 p a ，乙制通风量9 3 7 4 9 m 3 h 时，分离器流动阻力 为8 6 0 p a 。据资料介绍动静叶结合的粗粉分离器流动阻力8 0 0 1 4 0 0 p a ，仅比原甲侧粗粉分离器高4 0 0 p a ，按风机理论计算，转子最 大转速对应全压仅3 0 0 p a 左右，这对于制粉系统的通风阻力影响应该 不大，不会影响制粉系统通风能力。 2 3 6 静动叶结合型旋转式粗粉分离器设计数据验算 2 3 6 1 容积强度校核 原分离器径向叶片高度5 2 8 m m ，考虑到原分离器回粉桶有一段垂 直段，改造中分离器高度需增加5 0 0 m m ，分离器容积增加6 2 8 m 3 ，原 分离器容积为4 5 2 7 m 3 ，容积强度q = q v ：1 7 2 3 m 3 m 3 h ，改造后容积v = 5 1 5 5 8 m 3 ，容积强度q ：1 5 1 3m 3 开h 。 根据制粉系统设计计算方法，煤粉细度( 1 5 2 8 ) 巾4 0 0 0 挡板式 粗粉分离器容积强度为1 5 0 0 1 8 5 0m 3 m 3 h 。 2 3 6 2 防爆门面积核算 根据设计规程，分离器承受0 1 5 m p a 时，全部防爆门面积不小于 分离器容积的0 0 2 5 m 2 m 3 。 将分离器外周8 个防爆门直径由中3 2 0 增加至巾4 0 0 m m ，改造后防 爆门面积a = i 。3 3 m 2 ，a v 为0 。0 2 5 8m 2 m 3 ，符合防爆要求。 东南大学工程硕士学位论文 2 4 旋转式粗粉分离器结构设计和设备选型 根据以上设计参数进行静动叶结合型旋转式粗粉分离器的结构设 计及相应设备选型。 2 4 1 驱动方式选择 旋转式分离器的驱动一般采用两种方式，a 、液压驱动；b 、变速 电机变频控制，两种都可以实现无级变速调节。在配中速磨的旋转式 粗粉分离器中，驱动方式一般采用液压油动机驱动，利用节流调节油 动机转速从而调整分离器转速。液压油动机的优点是运行平稳，布置 灵活，轴承润滑好；其缺点为结构复杂，油管路接头处易产生漏油等。 而变速电机则结构简单，调节更方便、更准确，在分离器转子长期低 速运行时，电机变速调节比油动机节流调节更省电。缺点为布置位置 较大，有防尘防雨要求。综合考虑，设计时采用变速电机调频控制。 2 4 2 传动方式选择 在粗粉分离器设计初期，设计时采用了中心套轴，大轴承传动方 案。它的技术特点为采用带外齿轮的大回转轴承支承，分离器出口管 从轴承中心引出，转子通过中心套轴悬吊在回转轴承上，回转轴承及 其外齿轮与传动齿轮浸在润滑油中，润滑油起润滑和冷却作用。大齿 轮与传动齿轮安装在一个连成一体的环状减速箱内，电机安装在减速 箱盖板上，整个转子及其支承、传动部件和电机重量都通过减速箱作 用在分离器顶盖板上，由于出口管无法支承在盖板上，需另加支撑架。 减速箱内润滑油设计采用外部冷油器进行冷却。 由于上述方案( 方案一) 存在结构复杂，加工精度要求高，且存在 东南大学工程硕士学位论文 减速箱油气漏人分离器内的可能等缺点，因此，又设计了方案二( 如图 2 1 所示) 。方案二技术特点为，中心轴承脂润滑方案。该方案采用插 入出口管中的中心轴悬挂转子；采用小直径推力轴承支撑及油脂润 滑，分离器内装有位置可调的导向轴承，并采用粉末润滑剂及减速机 减速。中心轴通过键及锁紧圆螺母与转子下部隔离圆锥体连接。驱动 电机安装在减速箱上，减速箱与支撑轴承均安装在支撑架上，支撑架 安装在分离器盖板的外沿。 经专家对二个方案的优缺点进行比较，最终我们采用了方案二。 2 4 3 导向轴承的选择 在方案二中，导向轴承安装在分离器出口煤粉管中，运行时无法 进行检查，在大小修过程中检查也比较困难，在结构设计时充分考虑 了导向轴承的维修检查问题，从设计结构上分析，大小修时导向轴承 检查均不存在问题，但拆卸维修时比较复杂。因此设计时考虑了采用 滚柱轴承和h a l f 型铜基碳润滑轴承，二个轴承都存在优缺点。 h a l f 型轴承的优点是检修时将轴承盖揭开后可以很容易拿出，大 小修时检查和维修均很方便；运行时采用白润滑方式，不存在润滑不 好的问题。h a l f 型轴承主要也是致命的缺点是使用寿命太短，供货厂 家只保证半年使用期，加工复杂无成熟标准供应的产品。 滚柱轴承的优点为使用寿命长，运行稳定，标准产品，检查方便。 缺点为拆卸工作量大，运行时需定期添加润滑剂。 由于对h a l f 型轴承使用寿命的担心和供货渠道太少，设计中采用 了滚柱轴承方案。 东南大学工程硕士学位论文 进行叶片磨损处理，分离器转子动叶片磨损问题是静动叶结合型 旋转式粗粉分离器设计的难题，在设计中对动叶片磨损与排粉机叶片 磨损进行了对比计算。计算结果显示，旋转式粗粉分离器叶片磨损只 ， 有排粉机叶片的3 左右，为了分离器转子运行更安全，对叶片选取耐 磨的低合金材料，并对叶片表面进行耐磨处理。从分离器运行中检查 看，目前动叶片没有磨损的痕迹。 2 4 4 分离器静叶 为了研究静叶最佳角度，增加分离器的调节手段，因此分离器采 用可调静叶，每片静叶单独调整，都设置有角度指示，可以方便灵活 地进行调整，并且每片静叶角度都可以准确调整。 2 4 5 分离器防爆门设置 分离器上部斜柱体四周布置8 个防爆门，直径中4 0 0 m m ，上部顶盖 布置三个防爆门，直径m3 2 0 m m 。防爆门总面积1 3 3 m 2 。符合承压为 0 1 5 m p a 的粗粉分离器的防爆要求。 2 4 6 分离器转子及其驱动、传动装置支承 分离器转子、其驱动电机、传动装置均支承在支撑架上，为了改 善分离器盖板的受力状况，减少的盖板的变形，支撑架支承在盖板外 沿。支撑架设置了二个平台，分别安装支承轴承和减速机，通过加工 过程保证二平面的平行度要求。分离器转子通过中心轴悬吊在支承轴 承上，支承轴承安装在下安装平台。驱动电机安装在减速机上，减速 机安装在上安装平台。 2 4 7 分离器的积粉问题考虑 东南大学工程硕士学位论文 设计时着重考虑了分离器可能出现的积粉问题。从结构上说，旋 转式分离器转子转动产生离心力，且下隔板为锥体结构，分离器转子 不会积粉，分离器不存在流动死角区，不会积粉。由于煤粉分离主要 在转子区域进行，回粉桶漏风对分离效果影响很小，因此，回粉锥体 间隙设计较大，这样回粉桶就很难发生积粉现象。 2 4 8 分离器转子电气控制回路 分离器转子采用变频器专用电机驱动，转速调整采用变频器调节， 变频器控制柜布置在分离器层，现场控制柜可以进行变频器调试和操 作。运行时变频器调节在制粉系统d c s 系统内操作，变频器控制接口 通过d c s 的接口板与主机连接。电气回路设置了过压保护、欠压保护、 过流保护、三相不平衡保护；变频器具有过流、过载、过压和过温保 护。 2 4 9 分离器转子运行监测装置 运行时主要监测分离器转子电机的转速、电压电流和支承轴承、 电机外壳温度。变频器进线电压电流由现场控制柜中三个电压表和三 个电流表测量，轴承和电机温度由现场温度循测表测量；出现超温时 发出报警信号，报警信号通过d c s 系统报警；分离器转子转速监测是 将变频器转速信号按减速比变换后显示。 2 5 静动叶结合型旋转式粗粉分离器的制造 在经过方案论证后，对静动叶结合型旋转式粗粉分离器的设计进 行了进一步的完善，并开始了静动叶结合型旋转式粗粉分离器的制造， 在制造过程中对制造质量进行了监控，主要质量监控节点为分离器转 东南大学工程硕士学位论文 子平衡试验和分离器简装试转，分离器转子必须经平衡试验合格后才 能进行组装，分离器必须经简装试转合格后才能运至电厂进行安装。 2 5 1 转子平衡试验 转子平衡试验是检验转子制造组装的均匀性，防止转动时出现过 大的不平衡量引起转子振动。分离器转子平衡试验在某汽轮电机厂进 行，首先进行了转子的静平衡试验，在分离器转子下密封面背部配重 1 5 1 4 9 ；在动平衡时，由于该厂平衡机动平衡试验最低转速为2 1 0 r p m ， 远大于分离器转子的最大转速，在进行静平衡试验后，在分离器最大 转速下进行了轴承振动测量，径向与轴向振动值小于2 3um ，结果 表明振动值可以忽略不计。 2 5 2 静动叶结合型旋转式粗粉分离器的简装试转 分离器简装试转是将分离器与转子有关部件进行组装，在制造现 场简单支承后进行试转，其目的是为了检查转子与分离器有关部件的 配合是否合适，及检查转子转动时振动情况、驱动和传动部件的运行 情况以及转速调节情况。试转在制造厂家进行，试转累计进行了8 小 时，试转时分离器转子轴承振动值可以忽略不计，分离器转动部件配 合间隙均匀，大小符合要求，除减速机因润滑油量不够有摩擦声外， 试转时分离器无摩、无刮声音及无卡涩现象，且轴承温度基本不变。 2 6 静动叶结合型旋转式粗粉分离器的安装与启动调试 静动叶结合型旋转式粗粉分离器由某电厂检修公司进行现场安 装。之后进行了静动叶结合型旋转式粗粉分离器的启动调试，进行了 热工电气监控回路调试，分离器试转和# 5 炉甲侧制粉系统的启动和初 东南大学工程硕士学位论文 步调整。然后# 5 炉甲侧制粉系统正式启动制粉。 2 6 1 监控回路调试 首先进行了每个分回路调试，在分回路调试完成的基础上进行变 频器现场调试，调试结果符合要求。 在现场调试的基础上进行了d c s 系统的控制试验，由于设计时对 电厂制粉系统d c s 了解不够，设计调节回路与现场有矛盾，经现场修 改设计，重新接线并修改变频器有关参数后，具备了d c s 远程操作能 力。 在启动投产后，分离器运行时发生转子启动不正常情况，后经电 厂、制造厂与变频器供货商共同分析试验，查明原因为变频器模拟量 启动时应加启动状态信号，在增加启动信号后分离器启动正常。 2 6 2 分离器试转 某电厂# 5 炉甲侧静动叶结合型旋转式粗粉分离器安装工作结束 后，开始冷态试转，试转于9 ：3 0 开始，i i ：2 0 到达最高转速1 5 0 r p m ， 1 5 ：3 0 开始倒风进行通风试转，于1 9 ：3 0 试转结束。试转时测量了分 离器转子的支承轴承和导向轴承的振动值，支承轴承温度变化，实测 分离器转子转速并与变频器显示转速进行对照。 测量结果显示，分离器转子振动值很小，支承轴承最大振动小于 1 0ui n ，导向轴承径向振动小于3 0um 。支承轴承基本无明显温度升高 现象，温度升高未超过5 。c ，试转时除通风暖管时有摩的声音外，其 余时间无任何摩、擦、刮以及碰撞异音，说明分离器试转良好。现场 实测的转子转速与变频器显示转速相比，变频器指示实测转速约等于 东南大学工程硕士学位论文 9 4 9 ，与减速机传动比相似。表2 1 为旋转式粗粉分离器的实际测试 结果。 表2 1 分离器试转测量结果 l 频率电机转速 实测转速支承轴承振导向轴承振温度( 环境) c h zr _ d ：nr o m动( 径向) um动( 径向) um 1 54 5 04 7 461 8 8 5 ( 6 8 ) 2 06 0 06 5 46 2 1 6 56 4 86 8 462 7 8 4 ( 6 6 ) 2 6 67 9 88 4 61 1 8 5 ( 6 6 ) 30 59 1 59 6 56 1 3 1 0 9 ( 7 4 ) 3 5 51 06 51 1 2 27 1 2 1 2 7 ( 7 4 ) 1 4 0 571 8 1 2 3 ( 7 9 ) 2 6 3 静动叶结合型旋转式粗粉分离器启动 随后首次启动，启动时静叶角度4 5 。，转子转速为5 0 r p m 。9 ：4 5 制粉系统检查结束，9 ：5 0 开始倒风，1 0 ：o o 开启分离器转子，转速升 至5 0 r p m ，i 0 ：i 0 分启动磨煤机，整个启动过程很顺利。运行稳定后取 煤粉样化验煤粉细度r ，。为约2 9 ：将分离器转子转速升高至6 0 r p m ， 煤粉细度r 。为约2 4 ；转子转速为7 0 r p m 时，煤粉细度r ，。为1 8 左右； 调整转子转速为6 5 r p m ，煤粉细度r ，o 为2 1 左右。三个转速下5 0 、6 0 、 7 0 r p m 时流动阻力分别为约1 3 2 k p a ，1 4 0 k p a ，1 4 7 k p a 。正常运行时转 子转速控制在6 5 r p m 左右，流动阻力为1 4 0 k p a 左右。 东南大学工程硕士学位论文 从静动叶结合型旋转式粗粉分离器投运后，分离器运行平稳，无 任何事故。取样化验煤粉细度很稳定，煤粉细度r ，。基本在2 1 左右。 煤粉均匀性指数有明显升高，r ：。稳定在1 以下。对锅炉飞灰含碳量 的降低有很大的好处，自# 5 炉中修安装了旋转式粗粉分离器后，锅炉 飞灰含碳量一直很稳定。 东南大学工程硕士学位论文 第三章旋转式粗粉分离器的应用试验研究 3 1 某电厂 5 炉制粉系统粗粉分离器改造前试验 在某电厂# 5 炉甲侧制粉系统改造之前进行了制粉系统的摸底试 验，为静动叶结合型旋转式粗粉分离器改造提供依据。表3 - - i 为改造 前甲侧制粉试验数据( 所有修正均修正至煤粉细度r 9 0 = 2 1 ) 。 表3 1 改造前甲侧制粉系统试验数据 排粉机通风量 m 3 h 7 8 1 7 7 排标准通风量 m n 3 h 6 0 4 7 3 排进口导叶开度 6 0 煤粉细度 2 3 6 7 分离器分离效率 3 8 1 3煤粉均匀性指数1 1 2 磨煤机出力t l h 4 1 5 修正出力 t l h 4 1 1 5 ( r 9 0 = 2 1 ) 隆正制粉耗电率 】( w h t 26 0 4制粉管道速度 m s 1 8 8 8 流动阻力 p a1 0 0 0 流动阻力系数 5 6 1 3 2 旋转式粗粉分离器应用性试验研究的可行性分析 某电厂# 5 、# 6 炉均为上海锅炉厂生产的4 0 0 t h 锅炉，每炉配 两台钢球磨，为负压中储式制粉系统。四套制粉系统间有输粉机相互 送粉，正常两炉满负荷运行时，三台磨煤机运行即可满足锅炉运行的 要求。这样就为旋转式分离器的试验研究提供了时间保证。 ( 1 ) 由于某电厂# 5 、# 6 炉配四套制粉系统，装设了输粉机可以进 行邻磨邻炉送粉，这样，可以非常灵活地切换制粉系统的运行方式。 由于每套制粉系统的设计出力裕量较大，正常情况下三套制粉系统即 东南大学工程硕士学位论文 可以满足两台炉满负荷运行的要求。因此，锅炉运行对单套制粉系统 的依赖性不强，这样就为旋转式分离器的工业试验提供了可靠的保证， 也减轻了旋转式分离器应用的风险性。同时该厂机组较多，全厂负荷 调节灵活，也为旋转式分离器的工业研究提供了方便。 ( 2 ) 由于中储式制粉系统为负压运行，煤粉回粉取样很方便，不会产 生正压系统的冒粉尘问题。而且由于分离器单独布置，测点的布置比 较方便，测得的数据误差较小。对分离器的性能也可以单独进行考核， 全面地了解分离器的特性，这样将使旋转式分离器的应用试验研究更 方便、更全面、更准确。 ( 3 ) 在某电厂4 2 0 t h 锅炉的制粉系统上进行的旋转式分离器工业应 用性试验研究，可以指导该厂今后的运行。由于分离器的尺寸、出力 等与其它机组配套制粉系统上的分离器接近，旋转分离器的性能和运 行特性相近，在1 2 5 m w 、2 0 0 m w 及3 0 0 m w 机组上推广应用旋转式 分离器时，该试验研究的成果具有很好的指导意义。 ( 4 ) 在制粉系统上进行旋转分离器的应用性试验研究，分离器必须经 过长期运行的考验。因而分离器设计上、结构上的问题都可以得到充 分的暴露。如果通过长时间的运行考验，该分离器能安全稳定地运行， 则其安全性、可靠性均可以得到保证；若通过运行暴露出该旋转式分 离器存在的问题，通过研究解决所有这些问题，也可以使旋转式分离 器的运行安全性、稳定性得到保证。 ( 5 ) 进行分离器的应用试验研究与模型试验不足在于，模型试验时， 分离器的结构、尺寸、安装位置、角度均可变化；而应用试验由于设 东南大学工程硕士学位论文 备的唯一，对设备本身结构、尺寸、安装位置与角度均已安装固定， 无法改变，这些因素对分离器运行效果的影响无法进行试验。 为了了解静动叶结合型旋转式粗粉分离器理论与实际运行特性的 差异，研究其运行受制粉系统运行参数的影响，积累旋转式粗粉分离 器的运行数据与经验，积累旋转式粗粉分离器设计经验，为检验完善 分离器设计和进一步推广旋转式粗粉分离器打下基础。在静动叶结合 型旋转式粗粉分离器稳定运行2 个月后，进行了粗粉分离器的工业应 用性研究试验。 工业应用性研究试