HP中速磨煤機旋轉分離器改造

李曉堅，韋 丹

(江蘇國信揚州發電有限責任公司，江蘇揚州225131)

江蘇國信揚州發電有限責任公司二期工程（3號、4號鍋爐）采用哈爾濱鍋爐廠引進三井巴布科克能源公司技術生產的超臨界變壓運行直流鍋爐。鍋爐型號為HG1956/25.4-YM，為單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣（采用碎渣機方案）、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。鍋爐以神府煙煤作為設計煤，以山西晉北煙煤作為校核煤，采用三井巴布科克公司LNASB燃燒器，前后墻對沖燃燒布置。鍋爐采用冷一次風機正壓直吹式制粉系統，每臺鍋爐配置6臺上海重型機器廠有限公司制造的HP1003型中速磨煤機，該磨煤機配用的分離器為靜態離心式分離器，采用了具有離心式和慣性分離技術，煤粉細度只能依靠調節擋板的角度來解決，煤粉調節范圍小。此外，由于煤的供應廠家較多、煤種變化較大，因此不同煤種的燃燒效率不能得到充分發揮,長期存在分離效率低、回粉量大、煤粉細度不易調節等問題。為解決以上問題，優化出粉狀況，決定對二期磨煤機進行動態分離器改造。

1 分離器改造特點

該動態分離器有一個由傳動機構帶動的轉子，轉子由多個葉片組成，從磨煤機碾磨區上升的氣粉混合物氣流進入旋轉的轉子區，在轉子帶動下作旋轉運動，其中的粗煤粉顆粒在離心力和葉片的撞擊下被分離出來，落入碾磨區重新碾磨，其余的細粉隨氣流穿過葉片進入煤粉引出管[1]。該類型旋轉式分離器具有分離效率高、煤粉細度調節方便、出粉中粗顆粒少、煤粉細度不受通風量變化的特點。在磨煤機的不同出力下均可達到要求的細度，有利于鍋爐負荷的變化

為保證改造效果，4號鍋爐磨煤機動態分離器改造分批進行，在前一臺改造效果良好的基礎上，再進行下一臺改造。磨煤機4D、4F、4C、4A分離器改造分別于2010年7月14日、2011年3月6日、2011年11月10日、2011年12月9日完成。改造后的分離器結構如圖1所示。

1.1 動靜組合分離

在對旋轉分離器的選型上，選擇了性能指標更好的動靜組合旋轉分離器。與沒有靜葉的分離器相比，其導流能力更強。同時動靜組合分離器的葉片采用可拆式的結構，即在本體加裝人孔門，同時經過特殊的設計，保證葉片隨時可以拆裝，方便檢查和檢修，保證在線維護。

1.2 齒輪傳動

考慮傳動的穩定性，采用齒輪傳動設計。雖然皮帶更換方便，但運行中易松弛，維護量大且不易被及時發現，需定期進行檢查。齒輪傳動較精確，但運行抗震性略差，對安裝要求高，更換較難。同時皮帶傳動的效率比齒輪傳動要低，不利于節能。

1.3 雙軸承支撐

采用雙軸承的設計，增加了整體的穩定性，確保了分離器本體轉子在徑向的抗震能力和高速旋轉的穩定性。與國內外傳統的分離器單軸承支撐傳動相比，增加了轉子的高速旋轉能力，高速旋轉時更穩定；增加了轉子的抗震能力，對主軸承形成保護；在主軸承磨損時，避免振動。

1.4 雙重密封

旋轉分離器的密封結構采用油封密封，輔以密封風密封，增強了可靠性。同時，密封風對機械密封起到了保護的作用，可保護傳動部分不超溫。

2 改造后主要性能指標試驗

2.1 磨煤機4D分離器試驗

磨煤機4D分離器為首臺改造，改造完成后由江蘇方天電力技術有限公司進行了性能試驗，主要有磨煤機煤量分別在48 t/h，40 t/h，30 t/h出力下的變動態分離器轉速試驗、變出力試驗、分離器起停比較試驗以及最大出力試驗。試驗主要性能指標如表1所示。

表1 磨煤機4D改造前后比較（48 t/h出力）

2.2 磨煤機4F分離器試驗

磨煤機4D改造后分離器在低轉速工況下存在煤粉均勻性指數偏低的現象，為此磨煤機4F改造時對葉型的角度進行了優化。改造后的性能試驗主要有磨煤機煤量分別在48 t/h，40 t/h，30 t/h出力下的變動態分離器轉速試驗。試驗主要性能指標如表2所示。

表2 磨煤機4F改造前后比較出力（48 t/h出力）

2.3 磨煤機4C分離器試驗

磨煤機4C、4A分離器結構與4F一致，改造完成后的試驗工況主要有重要試驗內容為煤量48 t/h，40 t/h，30 t/h下分離器轉速在60 r/min，80 r/min及100 r/min的特性試驗。試驗主要性能指標如表3所示。

表3 磨煤機4C改造前后比較（48 t/h出力）

需要說明的是磨煤機4C、4A改造后由電廠進行煤粉取樣及化驗，主要只對各煤粉管煤粉樣重及煤粉細度進行了采樣、測試，并對試驗數據進行了整理分析。從磨煤機出口各煤粉管粉量分布看，隨分離器轉子轉速的升高，粉量分配偏差變化沒有明確的規律性。在不同轉子轉速時出口管煤粉量分布存在較大差異，與磨煤機4F、4D分離器改造后的試驗數據對比有較大差異。初步估計原因在于前2臺磨煤機改造試驗是由江蘇方天采用德國進口的煤粉等速AKOMA取樣裝置進行煤粉采樣，利用自動縮分器縮分煤粉樣，其將煤粉管斷面分為4個，上面分布著64個取樣點；而后2臺磨煤機改造試驗時的煤粉取樣裝置為平頭槍，雖然也進行了等格法測量（只在一條線上，非面上），但相比等截面圓環取樣裝置，誤差較大。加之平頭槍中粗細取樣罐在內外溫差較大的情況下易產生水汽，造成粉量偏差大。另外，在每個采樣點時間的把握上以及人員自身取樣方面也存在誤差，因此試驗結果與磨煤機4F存在較大的差異。實際運行時，現場參考磨煤機4F改造后的數據進行分離器轉速控制。

2.4 同一工況下分離器變轉速試驗

為進一步了解磨煤機分離器對鍋爐NOx排放的影響，在同一工況情況下進行了分離器變轉速試驗：機組負荷530 MW，總煤量229 t/h，磨煤機運行方式ACDEF，燃盡風開度20%，分離器轉速為80 r/min，60 r/min時，NOx濃度分別為897 mg/m3，933 mg/m3。

可見，在目前工況下降低磨煤機分離器轉速NOx濃度呈上升趨勢，在分離器轉速在80 r/min以下時磨煤機各煤粉管均勻性指數下降，部分燃燒器過氧燃燒造成鍋爐NOx排放上升。

根據目前燃用煤種，還進行了分離器轉速在90 r/min，100 r/min工況下的最大出力試驗及煤量穩定在50 t/h工況下分離器對應轉速的試驗，結果如表4、表5所示。

表4 磨煤機分離器不同轉速下最大出力試驗

表5 磨煤機出力在50 t/h煤量穩定工況下試驗

磨煤機分離器高轉速條件下最大出力試驗表明，鍋爐后墻燃燒器對應的磨煤機在分離器處于高轉速情況下出力是受限的，主要原因為分離器高轉速時差壓比較大，在分離器轉速超過85 r/min時動態分離器差壓大于原分離器差壓，再加上后墻燃燒器煤粉管可調縮孔開度比較小，造成后墻制粉系統輸送出力受限。

2.5 3號和4機鍋爐同工況下磨煤機電耗對比

2012年2月24日15：00至15：30，對3號和4號鍋爐同工況下磨煤機電耗進行了記錄，3號、4號鍋爐磨煤機煤量分別為274.85 t/h，273.29 t/h，其電耗分別為647.90 A，596.84 A。可見4號鍋爐磨煤機動態分離器改造后，磨煤機電流同比3號鍋爐同煤量約低10%。

3 改造后的運行情況

3.1 各煤粉管粉量和風速均勻性提高

從4號鍋爐磨煤機4D、4F動態分離器改造后的試驗數據表明，磨煤機出口管風速分布比較均勻，大部分工況最大分布偏差小于10%，避免了改造前磨煤機出口管風速分布偏差大的現象；磨煤機4A、4C動態分離器改造后電廠對其進行試驗，結果表明煤粉細度均勻性上升，但各煤粉管粉量由于取樣裝置問題表現出偏差比較大。有關偏差較大的問題仍需專業單位重做試驗確認。

3.2 煤粉細度可調范圍增

在磨煤機48 t/h出力下，當磨煤機4D動態分離器轉速從0到120 r/min變化時，平均煤粉細度R90的變化范圍為31.46%～7.19%；磨煤機4F動態分離器轉速從60 r/min到100 r/min變化時，平均煤粉細度R90的變化范圍為31.64%～16.91%，煤粉細度可調范圍較大，對煤種的適應性增強。

3.3 煤粉均勻性指數提高

在改造前，最好時的磨煤機煤粉均勻性指數在1.0左右，改造后轉速在80 r/min以上時都能達到1.1。磨煤機4F、4C、4A在4D改造的基礎上進行了優化設計，提高了分離器在低轉速下的煤粉均勻性指數。從實驗結果看，分離器葉型優化后，煤粉均勻性指數及煤粉細度有了進一步改善；從磨煤機4F改造后試驗數據分析，分離器轉速在70～100 r/min時，平均煤粉均勻性指數均在1.0以上（磨煤機4D分離器轉速在80 r/min以上）。與磨煤機4D分離器改造后試驗結果類似，動態分離器在高轉速時煤粉均勻性指數較高，達到1.31。煤粉均勻性指數基本上呈現出隨動態分離器轉速的增加而提高的趨勢，其中轉速越高，趨勢越明顯（磨煤機4F在煤量為40 t/h、分離器轉速達到80 r/min時，煤粉均勻性指數達到1.25）。

3.4 磨煤機最大出力能滿足要求

改造后對磨煤機4D進行了最大出力試驗（煤種為蒙西煤，煤種全水分為19.9%，哈氏可磨性系數為64），試驗期間保持分離器轉子轉速80 r/min。試驗穩定最大給煤量為56.75 t/h，進口通風量98.11 t/h，在最大出力狀況下仍基本能保證磨煤機通風量的需要。相應條件下磨煤機電流為117.19 A，磨煤機差壓為4.13 kPa。磨煤機出力限制在56 t/h，雖然仍有提高的潛能，但考慮到一、二次風流量裕量較小，出于安全考慮未進一步增加磨煤機出力。對磨煤機4F、4C、4A正常燃用煤種的情況下進行了最大出力試驗，試驗時以調整磨煤機出力至磨煤機出口煤粉溫度不低于58℃，安全運行一次風量為前提。在試驗煤種下，磨煤機4C、4D都能在分離器轉速100 r/min時維持煤量50 t/h出力下穩定運行；磨煤機4A在100 r/min時煤量只能在45 t/h出力下穩定運行；磨煤機4F在煤量為48 t/h時，一次風量在86 t/h左右，有點偏低（在中試所試驗報告中燃用平混煤時，分離器轉速在100 r/min時能滿足此出力穩定運行），后墻燃燒器對應的磨煤機出力受限主要原因是各可調縮孔開度太小。

3.5 改造前后NO x濃度同負荷下變化幅度有限

去除燃燼風開度對NOx的影響（從30%關至10%，NOx上升約40 mg/m3），在3臺磨煤機分離器運行工況下，NOx下降約41 mg/m3（煤種因素未考慮）。磨煤機分離器停運及運行試驗表明NOx有不同變化，在4號鍋爐500 MW負荷下，將磨煤機4F、4D動態分離器停運，試驗數據顯示NOx濃度上升約40 mg/m3。高轉速下NOx濃度有所下降，也說明了在高轉速下，煤粉的均勻性得到了進一步提高；但全年平均NOx濃度較2010年未有下降。

3.6 燃燒器區域結渣情況有所改善

3號鍋爐2011年5至12月共人工放渣69斗，4號鍋爐共人工放渣42斗。4號鍋爐人工放渣次數比3號鍋爐少，在燃用相同煤種的情況下，由于4號鍋爐磨煤機4F、4D進行了動態分離器改造，磨煤機出口煤粉管煤量偏差得到改善，避免了部分燃燒器出現還原性氣氛，從而造成灰熔點下降引起的較大渣塊的形成。

4 改造時需要注意的問題

實際改造過程中，發生過某分離器齒輪箱有煤粉進入現象，導致該臺磨分離器停用，經過清理，換油，并加強監視未再發生類似事件。但是為了確保分離器密封系統可靠穩定運行，機組大修時，將該臺分離器返廠進行優化加工處理，將密封升級為更為可靠的雙唇密封，并在其他磨煤機進行旋轉分離器改造時也采用雙唇密封。

5 結束語

國信揚電公司4號鍋爐磨煤機動態分離器改造試驗結果表明，分離器各項主要性能指標滿足鍋爐安全經濟運行要求，煤粉細度的可調范圍變大，提高了磨煤機對煤種的適應性，方便了運行中的調整；燃燒器區域結渣程度有所減輕，人工放渣次數同比3號鍋爐有所下降。磨煤機動態分離器改造的完成為下一步燃燒器改造、脫硝系統改造提供了制粉系統較佳的運行參數，建議3號爐也進行分離器改造，為以后的燃燒器改造打下基礎。同時建議對4號爐以優化動態分離器運行方式為中心的制粉系統優化試驗，挖掘動態分離器的潛力。

[1]閆順林，楊玉環.旋轉煤粉分離器分離性能研究[J].電力科學與工程，2011，27（8）：52-56.