16 进双出正压直吹式制粉系统动静态分离器的选型分析.doc

全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集 锅炉本体及辅机双进双出正压直吹式制粉系统动静态分离器的选型分析张志俊（国电聊城发电有限公司山东252000）摘要：磨煤机和煤粉分离器是锅炉制粉系统重要的设备，选择磨煤机主要依据煤的特性，其中以挥发分Vdaf、水份Maf、可磨性系数Khm、磨损指数Ke及由它们决定的煤粉细度R90为主选择的，而煤粉分离器选择一般是根据磨煤机的型式进行选择的。某电厂2600MW超临界锅炉双进双出冷一次风正压直吹式制粉系统配置了动静态煤粉分离器，本文介绍了双进双出钢球磨煤机配置动静态分离器的选型分析，并对制粉系统性能进行初步分析。关键词：双进双出；磨煤机；动静态分离器；煤粉细度1 磨煤机的设计选型根据火力发电厂制粉系统设计计算技术规定DL/T5145-2002，磨煤机及制粉系统类型选择原则，在选择磨煤机型式和制粉系统时，应根据煤的燃烧、磨损、爆炸特性、可磨性、磨煤机的制粉特性及煤粉细度要求，结合锅炉炉膛和燃烧器结构统一考虑，以达到磨煤机、制粉系统和燃烧装置匹配合理，保证机组安全经济运行。1.1 煤质分析该工程设计煤Vdaf11.24，校核煤的Vdaf在10.6615.8之间；设计煤种的IT为785850，而校核煤种的IT为735850，属于难着火煤种；设计煤种的哈氏可磨性系数为72，校核煤种的哈氏可磨性系数为62，属于中等可磨煤；设计煤种的冲刷磨损指数Ke5，属于极强磨损性煤。1.2 锅炉厂对煤粉细度的要求该工程锅炉为东方锅炉（集团）有限公司设计供货的600MW超临界参数变压直流对冲燃烧锅炉。东方锅炉厂对制粉系统的要求为煤粉细度R906。1.3 磨煤机的选型该工程设计、校核煤种属于低挥发分贫煤，根据火力发电厂制粉系统设计计算技术规定DL/T5145-2002，不同煤质条件下推荐的磨煤机及制粉系统类型分析如下：(1) 按点火温度，设计煤种和校核煤种的点火温度介于700800与800900之间，可选择钢球磨煤机储仓式热风送粉或中速磨及双进双出钢球磨直吹式制粉系统。(2) 按煤粉细度，可选择钢球磨煤机储仓式热风送粉或双进双出钢球磨直吹式制粉系统。(3) 按冲刷磨损指数Ke，设计煤种的冲刷磨损指数Ke5，属于极强磨损性煤，可选择钢球磨煤机储仓式热风送粉或双进双出钢球磨直吹式制粉系统。由上可知，该工程磨煤机可选用钢球磨煤机储仓式热风送粉系统或双进双出钢球磨直吹式制粉系统。鉴于直吹式制粉系统简单，布置紧凑，钢材消化少，占地少，投资少，输粉管道阻力小，制粉系统输粉电耗少；而双进双出钢球磨煤机的可靠性高，可用率高，维护简单，维护费用低，出力稳定，储粉能力强，煤种适应性强，在较宽的负荷范围内有快速反应的能力，并具有显著的运行灵活性；目前，双进双出钢球磨煤机在国产600MW超临界机组锅炉运行良好，该工程制粉系统采用双进双出钢球磨冷一风正压直吹式制粉系统。2 煤粉分离器的设计选型煤粉分离器是制粉系统中必不可少的分离设备，其作用是将不合格的粗煤粉分离出来，返回磨煤机中重磨，合格的煤粉供锅炉燃烧用，此外还可以调节煤粉细度，以便在煤种改变或磨煤出力变化时保证所要求的煤粉细度。煤粉分离器是利用离心力、惯性力和重力的原理把不合格的粗煤粉分离出来的，实际上制粉系统中所用的煤粉分离器是基于几种工作原理进行工作的。2.1 煤粉分离器的类型(1) 离心式煤粉分离器（静态分离器）离心式煤粉分离器多与低速磨煤机配合使用，它主要由内、外空心锥体和调节挡板组成。其主要工作原理为：由磨煤机出来的气粉混合物进入分离器外锥体下部的环形空间时，由于截面扩大，速度降低，气流中较大的煤粉在重力作用下分离出来，并沿回粉管返回磨煤机中重新磨制。进入分离器上部的煤粉气力，经过切向调节挡板产生旋转运动，在离心力的作用下，较粗的煤粉被甩到器壁滑下，由内锥体分离出来的回粉达到一定量时，锁气器打开使回粉管落到外锥体，最后煤粉气流进入出口管时，由于急转弯，惯性力又使一部分煤粉分离出来，而合格的细煤粉则被气流从出口管带子。(2) 回转式煤粉分离器（动态分离器）回转式煤粉分离器多与中速磨煤机配合使用，其结构和工作原理是：有一个由电动机经减速机带动的转子，转子一般由20个左右的叶片组成。由磨煤机来的煤粉气流自下部进入分离器，由于通流截面扩大，速度降低，一部分粗煤粉依靠重力分离出来；气流继续向上，进入分离器转子区域被转子带动作旋转运动，这时气流中的粗煤粉被离心力抛到壁上沿壁面滑下分离出来；当气流通过转子叶片时，又有一部分粗煤粉被叶片撞击而分离出来。转子转速越高，则气流带出的煤粉越细。转子的转速靠无级变速装置调整，并可在每分钟几十转到几百转的范围内变化。(3) 惯性式煤粉分离器惯性式煤粉分离器与风扇磨配合使用，这种分离器在煤粉气流通道中装设几块可以调节的折向挡板。携带煤粉的气流通过折向挡板时发生两次转弯，过粗的煤粉因惯性作用脱离气流而被分离出来，返回磨煤机重新磨制。改变折向挡板的角度可以调节气流转弯的剧烈程度，从而得到所需要的煤粉细度。2.2 煤粉分离器的设计选型该工程磨煤机设计选型为双进双出钢球磨煤机，而与双进双出钢球磨煤机配合使用的多为离心式煤粉分离器。在双进双出钢球磨煤机中，离心式分离器有两种布置型式：整体式布置和分体式布置。在整体式布置中，煤粉分离器与磨煤机是一个整体，落煤管是从煤粉分离器中间下来，原煤直接落到端部螺旋绞刀下半部。磨制后的风粉混合物从端部的上半间隙直接进入煤粉分离器入口，该种布置方式比较紧凑，但是煤粉分离效果稍差一些。在分体式布置中，粗粉分离器与磨煤机分开布置，进入分离器的风粉管具有一定的垂直高度，粗粉分离器为高位布置，一般在运转层，其落煤管单独连接，管路布置比前者要复杂，但是由于粗粉分离器进口有一定的高度，能预先起到重力分离的作用，分离效果比整体式布置要好。该工程锅炉对煤粉细度要求较高，煤粉细度按R906，采用整体式布置难于难于达到锅炉厂要求。因此，该工程煤粉分离器初步设计选型为离心式煤粉分离器、分体式布置。3 磨煤机、煤粉分离器的实际选型该工程磨煤机招投标过程中共有三家双进双出钢球磨煤机制造商投标，分别为沈阳重型机器有限责任公司（以下简称“沈重”）、上海重型机器厂有限公司（以下简称“上重”）和中信重工机械有限责任公司（以下简称“中信重工”）。沈重和上重投标设备均为引进法国ALSTOM的BBD双进双出钢球磨煤机配置雷蒙式静态分离器，中信重工投标设备为引进美国SVEDALA的双进双出钢球磨煤机配置静态分离器。3.1 SVEDALA双进双出钢球磨煤机与ALSTOM的BBD双进双出钢球磨煤机比较SVEDALA双进双出钢球磨煤机与ALSTOM的BBD双进双出钢球磨煤机在结构和料位控制方面存在如下差别：（1）SVEDALA双进双出钢球磨煤机进煤装置没有螺旋输送器“铰龙”，采用自然溜槽式给料结构，磨的空心轴带有螺旋形螺纹，当其旋转时，将原煤推入筒体内研磨；空心轴分为两个半圆，一侧进原煤与热风，一侧出风粉混合物；磨煤机长度较短，维护量少，但进煤箱弯管处的磨损较严重。BBD双进双出钢球磨煤机有螺旋输送装置“铰龙”，原煤进入磨煤机后，由中空轴与内套筒之间的螺旋输送装置将其推入筒体进行研磨；热风由套筒内进入磨煤机，并携带磨制好的煤粉在内套筒和中空轴之间的上部进入分离器；“铰龙”检修需要起吊装置以及抽“铰龙”需要空间，在煤仓间与汽机房之间的隔墙上留出专用门，平时关闭，磨煤机检修时打开。（2）SVEDALA双进双出钢球磨煤机驱动装置采用空气离合器，安装在减速机和小齿轮之间，电动机可以空载启动，从而可以减小电动机的启动力矩。BBD双进双出钢球磨煤机驱动装置是减速机直接和小齿轮连接，电动机通过减速机驱动小齿轮，小齿轮与磨煤机大齿轮啮合把动力传给筒体从而驱动筒体转动。（3）在料位控制方面，SVEDALA双进双出钢球磨煤机采用利用噪声原理的料位控制系统（电耳料位控制系统）进行料位控制，控制精度不高，不利于料位控制自动的投入。 BBD双进双出钢球磨煤机既配置了电耳料位控制系统又配置了差压测量料位控制系统。电耳测量装置作为辅助测量系统，主要是监控磨机筒体内尚未磨制成煤粉的原煤料位。筒体内煤少噪声强度大；筒体内煤量过高时，噪声强度弱。电耳测量装置就是根据噪声的强度来判断筒体内原煤的料位，并输出420mA的电流，控制给煤机的给煤速度。差压测量装置作为料位主控制系统，主要用于监控磨机筒体内已磨制好的煤粉的料位，它在磨机筒体内设有压差取样点，通过压差值的大小，来确定已被磨制成细粉的料位状态，通常料位高，压差值大，料位低压，差值小。差压测量装置根据料位的高低输出420mA的电流控制给煤机的给煤量。通过电耳和差压测量装置监控筒体内的料位，使磨机筒体内的料位维持在一个恒定的范围之内，既保持筒体内的风煤比恒定不变，又避免因筒体内料位过高，而发生堵磨现象。3.2 动静态分离器三投标商投标的分离器都是离心式静态分离器，结构、原理基本一致，唯一的区别在于SVEDALA的双进双出钢球磨煤机配置的静态分离器为内锥回粉，而BBD双进双出钢球磨煤机配置的雷蒙式静态分离器取消了内锥体回粉管，代之以可以上下活动的锁气器。（1）沈阳重型机器有限公司动静态分离器由于东方锅炉厂要求的煤粉细度较细，沈重在投标文件中建议采用动静态分离器。沈重于1996年从德国Babcock公司引进了动静态分离器设计技术，并为天津杨柳青电厂成功设计开发出用于中速磨的动静态分离器。沈重研制的动静态分离器是雷蒙式分离器和动态分离器的优化组合，是集雷蒙式分离器和动态旋转分离器的优点于一体的高效分离设备。动静态分离器的结构：由壳体、静态叶片、动态叶片、粗粉收集装置、内置式煤粉分配器、行星减速器、变频调速电机和变频器等组成。动静态分离器的工作原理：来自磨煤机的风粉混合物进入分离器后，首先降低流速进行速度场的重力分离过程，然后经过静态叶片进行惯性分离过程，最后进入动态旋转叶片（通过变频调速电机驱动）进行强制分离过程，经过三次分离过程后，合格的细粉经过内置式煤粉分配器被送往锅炉燃烧器，不合格的粗粉通过粗粉收集装置返回磨煤机重新研磨。 采用动静态分离器，煤粉的均匀性指数提高，磨煤电耗降低，有利于机组的经济运行，但国产双进双出钢球磨煤机尚未配置过动静态分离器。目前，只有华能德州电厂三期2660MW机组的德国Babcock公司的双进双出钢球磨煤机配置了德国Babcock公司生产的动静态分离器。经了解，德州电厂三期工程设计煤种的可燃基挥发分为12%，锅炉为德国Babcock公司生产的前后墙对冲燃烧锅炉，该锅炉为目前国内600MW等级、设计煤种可燃基挥发分比较低的前后墙对冲燃烧锅炉。由于采用了双进双出钢球磨煤机配置了动静态分离器，煤粉细度R90约为4%左右，煤粉均匀性指数为1.2，制粉系统制粉效果良好，锅炉燃烧稳定，飞灰可燃物含量较低。（2） 上海重型机器厂有限公司动静态分离器上重于2004年引进了美国CE公司的动态分离器，该动态分离器是配合中速磨煤机使用，带有中空管用于磨煤机进煤。上重在引进了美国CE公司的动态分离器后，进行了将美国CE公司的动态分离器和ALSTOM公司的雷蒙式静态分离器合并设置、优化设计的可行性研究，重点调研了德国Babcock公司的动静态分离器和CE公司的动态分离器、法国ALSTOM公司的雷蒙式静态分离器的差异。上重结合美国CE公司的动态分离器、ALSTOM公司的雷蒙式静态分离器的结构特点并参考德国Babcock公司动静态分离器的经验，设计了新型的动静态分离器。该动静态分离器由外壳、内锥体、动叶片、静叶片、变频调速电机、变频器、减速机及多出口装置等组成。动静态分离器采用双锥结构，动静态顶部装有静叶片和动叶片：静叶片角度可以在分离器外部调整，通过调整叶片角度来调节进入动叶片的煤粉细度；动叶片由变速调频电机带动，转速可调，通过调整动叶转速来调节煤粉细度。在动叶停止运转时，该分离器作为一个静态分离器，煤粉细度和保证出力达到设计要求；在动叶正常运转时，煤粉均匀性指数提高、分离器出口风粉浓度偏差减少。（3）沈阳重型机器有限公司动静态分离器与上重动静态分离器的差别两者结构型式基本相同，都是在静态分离器的基础上在静叶片上部增加了转速可调的动叶片。主要差别在于沈阳重型机器有限公司动静态分离器的静叶片是固定不动的，煤粉细度主要靠调节动叶片的转速来调节；而上重动静态分离器的静叶片的角度是可调节的，通过调整叶片角度来调节进入动叶片的煤粉细度；同时通过调节动叶片的转速来最终调节煤粉的细度。在动叶片停止转动后，沈阳重型机器有限公司动静态分离器的煤粉细度变粗，煤粉细度R90约为25；而上重动静态分离器的煤粉细度仍然能够达到设计要求，即煤粉细度R90为6。磨煤机和分离器的最终选型经过综合比较，该工程最终选用上重BBD4360型双进双出钢球磨煤机配置动静态分离器。4 制粉系统性能探讨4.1 BBD4360磨煤机性能BBD4360磨煤机为上重厂引进法国ALSTOM公司双进双出钢球磨煤机全套制造技术中的一种规格，其主要规格参数如下：磨煤机铭牌出力：75 t/h（HGI=50，H2O=8%，75%通过200目）筒体有效内径：4250 mm筒体有效长度：6140 mm筒体有效容积：87 m3磨煤机最大出力：53 t/h磨煤机最大出力时的钢球填充量90 t磨煤机最佳保证出力：48.3t/h磨煤机最佳保证出力时的钢球填充量82t根据法国ALSTOM公司提供的典型公式可知，对于该项目设计煤种，磨煤机最佳保证出力为48.3 t/h、最大出力为53 t/h，满足“