汕尾電廠HP磨煤機動態分離器的結構改進和應用

□蔣理想

上海電氣上重碾磨特裝設備有限公司上海200245

汕尾電廠HP磨煤機動態分離器的結構改進和應用

□蔣理想

上海電氣上重碾磨特裝設備有限公司上海200245

對HP磨煤機的工作原理和汕尾電廠一期3號、4號機組HP磨煤機煤粉動態分離器的結構改進進行了介紹，并對該項目磨煤機動態分離器中帶的傳動部分進行了設計計算。機組自投運以來，運行情況良好，得到了用戶的肯定。

目前，我國發電以采用燃燒煤粉的火電機組為主，其中煤粉的細度和均勻性等直接影響鍋爐的性能。

動態分離器在改善煤粉細度和均勻性等特性方面具有明顯作用，已被廣泛認可。經過近幾年發展，配備動態分離器的磨煤機具有煤粉細度可調范圍大、出口風粉混合物偏差小等優點，得到了較為廣泛的應用[1-3]。

目前國內新建百萬千瓦機組均要求磨煤機配備動態分離器，許多老電廠為了使機組具有更好的經濟性、穩定性，也將現用磨煤機的靜態分離器改為動態分離器[4-9]。

動態分離器可以提高鍋爐系統的燃燒性能，給電廠帶來巨大的經濟效益和社會效益，隨著經濟的發展，應用動態分離器也將成為電力行業鍋爐系統優化的一個重要手段。

1 HP磨煤機的工作原理

HP磨煤機的主要功能是將直徑≤38 mm的原煤研磨成直徑0.075 mm左右的煤粉，供鍋爐燃燒。磨煤機工作原理如圖1所示。混合一次風用于干燥、分離和輸送磨煤機內的煤粉，從磨碗下部的側機體進風口進入，并圍繞磨碗轂向上穿過磨碗邊緣的葉輪裝置，旋轉的葉輪裝置使氣流均勻分布在磨碗邊緣，提高了氣流的速度。與此同時，煤粉和氣流混合在一起，氣流攜帶著煤粉沖擊固定在分離器體上的固定折向板進行第一級分離，顆粒小且干燥的煤粉仍停留在氣流中，并被攜帶沿著折向板上升至分離器，大顆粒煤粉則回落至磨碗，被進一步碾磨。煤粉和氣流上升，通過分離器體進入旋轉的葉片式轉子進行第二級分離。在轉子外沿處，氣流和煤粉相互作用，轉子會阻止較大顆粒通過，使較大顆粒返回磨碗進一步碾磨，而直徑合格的煤粉則可以通過轉子進入到煤粉管道中，在混合一次風的作用下被送至鍋爐爐膛內燃燒。通過變頻器和變頻電機可以改變轉子的轉速，從而調整煤粉的直徑。由于動態分離器避免了細小顆粒（粒度＜200目，即直徑＜0.074 mm）不必要的重新碾磨次數，因此合格的煤粉可以較快排出磨煤機。由此可見，帶動態分離器的磨煤機內循環負荷比帶靜態分離器的小。也就是說，在相同的煤質和直徑要求下，動態分離器可以提高磨煤機出力，在相同的煤質和出力要求下，動態分離器可以提高煤粉的直徑要求。

圖1 磨煤機工作原理

2 汕尾電廠動態分離器的結構改進

常規的動態分離器裝置煤粉管道都為4出口，如圖2所示。這種布置主要基于以下考慮：①整個結構布置在滿足機械性能和檢修要求的前提下盡量對稱；②避免與混合一次風管道產生干涉；③在檢修時不影響磨輥的翻出和翻入；④不影響彈簧加載裝置的維護和檢修；⑤不影響磨煤機主電機和配套減速箱的維護和檢修；⑥不與電廠系統中的其余設備產生干涉。

圖2 磨煤機動態分離器的常規布置

汕尾電廠一期3號、4號2×660 MW超超臨界燃煤機組工程HP1003/Dyn磨煤機動態分離器煤粉管道要求為6出口，常規4出口的多出口板上根本布置不下。初步考慮有兩個解決方案：將煤粉管道6出口改為4出口，或將磨煤機多出口板放大，但這兩個方案都被否決了。電力設計院依據鍋爐的結構確定煤粉管道的數量，在鍋爐結構已經確定的情況下，根本無法修改。此外，每種規格的磨煤機零部件都有尺寸要求，改動其中一個，其余都要聯動修改，即改動多出口板這個部件，分離器頂蓋裝置、分離器體裝置、側機體裝置等部件都要同步修改，不僅工作量大，成本大大增加，而且會造成磨煤機內凈空腔體積增大，影響分離效果。能否將一個煤粉管道放入連接大小帶輪之間的皮帶空隙中？通過研究圖紙發現，如果將小帶輪的直徑適當放大一些，皮帶的空隙中是能夠放入一個煤粉管道的，此時需要避免皮帶與煤粉管道外徑產生干涉，并將管道的上法蘭適當提高以避免排出閥和皮帶上沿產生干涉。但這一方案還有一個問題：原布置減速箱的地方在這一方案中是一個煤粉出口，減速箱的安裝位置受到影響，且多出口板上布置緊湊，帶輪周圍剩余空間有限，技術人員通過延長多出口板的局部位置，解決了這一問題。通過實際布置發現，局部延長500 mm，改進后的多出口板結構整體類似于一個乒乓球拍形狀，如圖3所示。拍的手柄部位可以用于安裝減速箱，固定減速箱的底板和多出口板本身就是一個整體，強度上有保證，最終方案如圖4所示。

圖3 多出口板結構

圖4 改進后汕尾電廠動態分離器布置

動態分離器煤粉管道由4出口變為6出口后，為了保持整個設備的通風面積不變，將煤粉管道上閘板閥由原來的24 in（1 in=25.4 mm）改為20 in，磨煤機4出口和6出口煤粉管道對比如表1所示，可見兩者通風面積僅相差3.46%，基本一致。

表1 磨煤機4出口和6出口煤粉管道對比

3 帶的傳動設計

3.1 已知條件及要求

傳動功率P=45 kW，主動軸轉速n=1 480 r/min，初定中心距a0=1 700 mm，理論傳動比第一級（齒輪箱傳送）i1=5.83，第二級（帶傳動）i2=2，機組大部分時間空載啟動，允許帶載啟動，要求能長時間24 h連續穩定運行。

氣象特征與環境條件：多年平均氣溫22.3℃，多年平均相對濕度78%，多年平均年降雨量1 938.2 mm，多年平均氣壓1 012.3 hPa，多年平均風速3.2 m/s，基本風壓0.85 kPa，地面粗糙度A類，建筑場地類別Ⅱ類，廠區地震基本烈度7度，設計基本地震加速度0.10g。

3.2 設計功率的確定

設計功率Pd為：

式中：KA為工況因數，按GB/T 13575.2—1992《帶傳動窄V帶傳動》表5選取，考慮到磨煤機有時會帶載啟動，且要求長時間24 h連續穩定運行，KA取1.8；P為所需傳動功率，kW。

3.3 帶型的選擇

根據設計功率和小帶輪的轉速，按GB/T 13575.2—1992圖2選取帶型。

小帶輪的轉速n1=n/i1=1 480÷5.83=253.8 r/min，根據設計功率Pd＝81 kW和小帶輪轉速n1=253.8r/min，查標準圖2，得兩種帶型分別為25N和25J，結合之前項目所選帶型，綜合考慮選擇25N型。

3.4 帶輪直徑

關于傳動比i，有如下關系式：

式中：dp2為大帶輪節徑，mm；dp1為小帶輪節徑，mm；n2為大帶輪轉速，r/min。

必須滿足以下要求：①小帶輪直徑≥GB/T 13575.2—1992表3中推薦的最小值；②計算帶的線速度v，使之≤35 m/s，即v=πn1dp1/（60×1 000）≤35 m/s。

帶輪的節徑可由GB/T 13575.2—1992表1中Δe值確定，即dp=de-2Δe,de為帶輪的直徑，Δe=2.5 mm。

先確定小帶輪的直徑，參照GB/T 13575.2—1992表3，25N帶型對應的demin=315 mm,結合之前項目和本項目的特殊情況（在連接大小帶輪之間的皮帶空隙中布置一個煤粉管道），取小帶輪直徑de1=450 mm。則大帶輪直徑de2=de1×i2=450×2=900 mm，dp1=de1-2Δe=450-2×2.5=445mm，帶輪的線速度v=πn1dp1/（60×1 000）=π×253.8×445/（60×1 000）=5.91 m/s≤35 m/s。

3.5 帶的有效長度和中心距

在帶輪直徑確定以后，根據結構初定中心距a0，一般有：

此時帶的有效長度為：

將計算出的Le0值按GB/T 13575.2—1992表A. 3標準值圓整，然后再根據選出的標準有效長度值Le計算實際中心距，即：

在設計時應考慮中心距的調整余量，見GB/T 13575.2—1992表13所給定的值。初定中心距為a0=1 700 mm，符合式（3）要求。

按式（4）計算帶的有效長度，得Le0=5 550.35 mm。按GB/T 13575.2—1992表A.3標準值圓整為5 690 mm。

計算帶的實際中心距，A=892.5 mm，B=25 312.5 mm，則帶的實際中心距mm≈1 770 mm。

綜上所述，帶的有效長度為5 690 mm，帶的中心距為1 770 mm。

3.6 帶輪包角

小帶輪包角α1計算如下：

3.7 V帶根數

V帶根數Z由下式確定：

式中：P1為單根V帶的基本額定功率，kW；ΔP1為由傳動比不同所附加的功率，kW；KL為長度修正因數；Ka為包角修正因數。

由GB/T 13575.2—1992表6～表10可得：P1=19.25 kW，ΔP1=1.18 kW，KL=0.98，Ka=0.96，于是有Z=4.11根。綜合考慮，Z取6。

4 傳動裝置的安裝與使用

初拉力的測定示意圖如圖5所示，單根帶的初拉力F0可按下式計算：

圖5 初拉力測定示意圖

式中：m為V帶的單位長度質量，查GB/T13575.2—1992表12得m=0.57 kg/m。

則F0=1 667 N。

跨度長t既可以用實測的方法得到，也可以用計算的方法得到：

則t=1 755.7 mm≈1 756 mm，撓度f=1.6t/100 =28 mm。

對單根帶測定初拉力所加的G值可以通過計算得到，也可以通過查表得到。筆者采用后者，查GB/T13575.2—1992表11，25N帶型、新安裝單根帶的G值為253.99 N，則6根帶共需初拉力為253.99×6=1 523.94 N≈1 524 N。

根據GB/T 13575.2—1992表13，Le=5 690 mm，可查25N帶型中心距的調整余量為內側45 mm、外側75 mm。設計帶輪張緊裝置時已充分考慮這個調整余量。

安裝前的準備工作、中心距的調整、初拉力的檢查、帶輪相對位置調整檢查，以及使用與維護在GB/T 13575.2—1992中有詳細介紹，本文省略。

5 結論

根據我國國情，在未來相當長一段時間內，火電仍將占主導地位。磨煤機[10]動態分離器裝置是磨煤機的重要組成部分，其性能直接影響整個磨煤機的性能，而磨煤機的性能又直接影響鍋爐的性能，在整個發電機組中占有舉足輕重的地位。汕尾電廠HP1003磨煤機動態分離器裝置由常規4煤粉出口改為6煤粉出口，是對HP磨煤機動態分離器結構的一次改進。2011年初，汕尾電廠一期3號、4號2×660 MW超超臨界燃煤機組工程HP磨煤機開始投運，性能良好，同年底順利通過性能試驗。實踐表明，這一改進是成功的。

[1]陸志厚.1 000 MW機組帶旋轉分離器的HP1163/Dyn型碗式中速磨煤機的結構設計特征淺析[J].電站輔機，2006（1）：20-24，27.

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（編輯：爾東）

Introduced the working principle of the HP coal pulverizer and the structure improvement of dynamic classifier in No.3 and No.4 HP coal pulverizers in phase I ofShanwei Power Plant.The belt transmission in the dynamic classifier of the pulverizer was designed and calculated.Since the unit was put into operation,the running conditions are satisfied and affirmed by the user.

磨煤機；動態分離器；技術改造；應用

CoalPulverizer；Dynamic Classifier；TechnicalReconstruction；Application

TH122

B

1672-0555（2017）01-026-05

2016年11月

蔣理想（1982—），男，本科，工程師，主要從事磨煤機研發設計工作