某燃煤熱電廠皮帶給煤機清掃鏈條的運行方式優化淺析

曾建才

（福能龍安熱電有限公司 福建福鼎 355208）

0 引言

清掃裝置為皮帶給煤機系統的重要組成部分。清掃裝置是否穩定運行直接影響給煤機系統的安全運行。清掃裝置的作用是用于清掃皮帶給煤機在運行時的溢煤，防止溢煤堆積在給煤機底部造成給煤故障，從而保證給煤機正常運行。清掃裝置主要是由控制系統、清掃電機、減速器、刮板、鏈條、刮板托架、電氣接線等組成。清掃鏈條的電機與給煤機主電機通常為一路電源，即給煤機運行該清掃鏈條也隨之啟動運行，給煤機停運，該清掃鏈條也隨之停運［1］，在16 m 層給煤系統就地控制柜里可由對應的空氣開關進行控制。對于清掃鏈條這種長期連續運行方式存在的問題與優化后能夠達到的效果進行分析比較，為清掃裝置運行優化建議的可行性提供一定的數據支撐。

1 設備現狀與存在問題

1.1 設備現狀

某燃煤熱電廠一期已建設投運3 臺鍋爐由華西能源股份有限公司生產的HX150/13.7-Ⅱ1 型循環流化床（CFB）鍋爐，單臺鍋爐額定蒸發量為150 t/h，額定蒸汽溫度540 ℃，額定壓力13.7 MPa。每臺鍋爐均配備4 臺全封閉皮帶稱重式給煤機，其中1、2 號鍋爐給煤機制造廠商為沈陽華電有限公司，3 號鍋爐給煤機制造廠商為徐州中興有限公司，相關設備規范見表1。

表1 3 臺鍋爐給煤機相關設備規范

每臺給煤機下部均配備清掃裝置，清掃裝置的相關設備規范見表2。

表2 清掃裝置的設備規范

目前清掃裝置的運行方式較為簡單：清掃電機與給煤機主電機為一路電源，給煤機啟動運行，清掃裝置也跟著啟動運行，清掃裝置處于長時間的運行狀態。

1.2 存在問題

（1）設備磨損。清掃裝置的簡易平面圖見圖1。

圖1 清掃裝置的簡易平面圖

從圖1 可知，由于清掃鏈條的結構組成和工作方式的特點，使清掃裝置在運行中存在多種摩擦磨損，包括2（刮片夾板）與3（刮板支架）的摩擦、4（鏈條）與5（齒輪軸）的接觸摩擦、刮板（刮片和刮片夾板）與給煤機底部的摩擦等，其中刮板與底部殼體磨損最為嚴重。刮板主要由刮片、刮片夾板、固定螺絲組成，當清掃裝置在長時間運行中，刮片容易磨損損耗、固定螺絲松動、斷裂，此時刮片與給煤機底部的摩擦就會轉變為金屬刮片夾板與給煤機底部的摩擦，容易造成刮板變形損壞，給煤機底部刮擦出現坑洼縫隙，導致清掃效率降低。在該運行方式下，清掃裝置處于長時間運行，清掃鏈條經過長期磨損更容易導致其相關設備零部件損壞而出現清掃裝置故障的概率，主要出現鏈條斷鏈、脫鏈；刮板彎曲、斷裂等故障，還頻繁出現清掃鏈條電機漏油滲油的現象以及在運行中驅動端電機減速器不易固定，出現幅度較大的擺動現象。在對清掃鏈條進行檢修維護時，為確保檢修人員的人身安全，往往需要執行安措隔絕設備停運相應給煤機，影響了給煤系統的正常運行，并且增加了設備檢修維護的工作量。

（2）耗電。根據表2 的清掃電機的相關設備規范，將數據帶入電機實際用電量計算公式（1）中。

式中：cosα 為功率因數，0.73；t 為清掃裝置電機的運行時間（以給煤機1 a 實際運行10 個月計算），h。

我們可以計算出3 臺鍋爐12 臺清掃裝置電機的耗電量為110 697 kWh。

然而經過長期的設備運行巡檢觀察發現，清掃裝置長時間處于空轉狀態，即給煤機下部積煤很少，主要是由稱重式皮帶給煤機的結構和運行工作原理造成的。給煤機運行時，煤從上部煤倉經插板門從開口向下的立筒出來落至給煤機皮帶［2］，立筒口部距給煤機皮帶只有10 mm～20 mm 左右，避免了煤從立筒口部大量沖出，造成溢煤。入爐煤靠與皮帶的摩擦力隨皮帶向前輸送，在給煤機稱重橋架內裝有載荷傳感器，可以檢測通過運輸皮帶上的入爐煤質量，產生一個正比于皮帶載荷的電信號提供給計算器，速度傳感器連接在主動滾筒上，可提供給計算器一系列的脈沖信號，脈沖信號頻率正比于皮帶速度，計算器通過計算處理，可分別顯示出給煤機輸送入爐煤的瞬時流量和累積流量［3］。該給煤機具有自動調節和控制的功能，可以將入爐煤精確、平穩地輸送至爐膛，所以在運行當中，給煤機溢煤較少，相對的清掃裝置的實際效率降低，浪費一定的電能。

（3）產生噪聲。清掃裝置的鏈條工作時，靠鏈條上的刮板清掃給煤機底部積煤，在正常情況下因為刮片由較柔軟的材質制成與給煤機底部不會產生較大噪聲。但由于給煤機的清掃鏈條較長，運行中鏈條容易上下擺動，刮板在慣性作用力下與給煤機底部擺動碰撞，使得刮片容易出現松動損壞，金屬刮板與給煤機底板就會產生噪聲。通過3 號鍋爐給煤機清掃裝置運行現場觀察，噪聲主要來源于刮板在回轉時與刮板金屬支架的摩擦撞擊，惡化了現場工作環境。經過在給煤機層現場噪聲采集，撞擊摩擦的噪聲有時瞬間可達到95 dB 以上，損害聽覺神經系統，危害作業人員身心健康。

2 措施

2.1 運行方式的優化

對于清掃裝置運行方式的優化，主要做法是減少清掃電機的運行時間。是否具備減少清掃電機運行時間的條件從以下3 個方面充分考慮。

（1）在鍋爐啟動前投加床料或點火升溫階段、運行中床溫床層控制需補充床料，并且給煤機根據需要控制在10 t/h～15 t/h的負荷時，現場檢查確認給煤機沒有較大的溢煤現象，說明給煤機在特殊情況下時的較大負荷仍不存在大量溢煤。

（2）為計算出給煤機在正常運行可能達到的最大負荷，取鍋爐最大連續蒸發量160 t/h，此時2 臺機組的高加都在解列狀態，取給水溫度160 ℃，取較低值的入爐煤低位發熱量Qar.net=1.89×104kJ/kg（入爐煤煤質化驗數據）。（通過焓值表查得：額定蒸汽壓力、溫度下過熱器出口過熱蒸汽焓h″gq=3 437.47 kJ/kg，16 MPa/160 ℃給水的焓hgs=684.72 kJ/kg）。在理想狀態下（忽略鍋爐各項熱損失）鍋爐需要的燃料量計算見式（2）。

式中：Dgq為過熱蒸汽流量，kg/h；h″gq為過熱器出口過熱蒸汽焓，kJ/kg；hgs為給水的焓，kJ/kg；Qar.net為入爐煤低位發熱量，kJ/kg；ηgl為鍋爐熱效率。

由計算得出鍋爐大概需要的燃料量為23.803 t/h，每臺給煤機在鍋爐最大連續蒸發量運行的條件下負荷大約為6 t/h，相對于給煤機特殊情況下的負荷，給煤機在鍋爐即使滿負荷的長時間正常運行或者1～2 臺給煤機故障的情況下，也不存在大量溢煤的可能。

（3）全封閉式稱重給煤機的工作原理在正常運行中并不會造成給煤機底部大量積煤的現象，另外給煤機設備規范中的流量設計也留有余量，所以認為清掃裝置具備大幅度減少運行時間的條件，根據目前清掃裝置的啟停方式，提出2 種優化建議：①清掃裝置電機仍與給煤機電機聯動，通過DCS 上熱控邏輯在清掃鏈電機的控制系統設置自動定期啟停功能，即增加清掃電機周期控制邏輯指令［1］（如清掃裝置運行30 min，停運24 h 為1 個運行周期），并且在DCS 中鍋爐總貌界面的給煤機圖標旁邊添加清掃鏈電機圖標，以便運行監盤人員監視清掃鏈條定期啟停及運行情況。②通過改進清掃電機的電源回路［4］，并在DCS 鍋爐總貌添加清掃電機圖標，增加控制邏輯，達到遠程啟停清掃電機的功能。根據運行需要手動啟停清掃電機減少清掃裝置空轉時間，從而節約電能。相對于第一種方式，第二種則更加消耗監盤人員的精力，增加工作強度。

2.2 技術改造

（1）通過加寬刮片的寬度或者在給刮片支架與金屬支架接觸的部位裝涂耐磨塑膠，使原本刮片金屬夾板與刮片金屬支架的摩擦撞擊轉變為刮片或耐磨塑膠與刮片支架的摩擦撞擊，從而減少噪聲、金屬摩擦。

（2）除了給煤機前后的2 個窺視孔，在給煤機兩側相錯位置增加2 個窺視孔，便于更加全面查看給煤機內部積煤情況，也便于觀察給煤機內部設備的運行狀況。

3 效果

3.1 節能

按照將清掃裝置設置為運行30 min、停運24 h 的運行方式，根據公式（1），我們可以大致得出優化后的1 a 所有清掃電機的用電量W2為2 306 kWh，相對于清掃裝置運行方式優化前的用電量，每年可節約電能大約108 391 kWh。

3.2 減排

由于SO2、NOX的生產排放在運行中涉及到諸多原因，波動較大。公司的煙氣系統煙囪布置1#、2#排放口，1 號鍋爐、2號鍋爐凈煙氣各自進入煙囪內筒排入大氣，3 號鍋爐煙氣分別引入1 號鍋爐、2 號鍋爐煙囪內筒排入大氣。根據公司運行的排放要求，SO2的排放范圍在0mg/Nm3～30mg/Nm3，NOX的排放范圍在0 mg/Nm3～45 mg/Nm3。經過采集各區段數據分析，得出SO2、NOX、粉塵的排放及排放口煙氣流量見表3。

表3 3 臺鍋爐污染物排放運行采集值（均值）

根據表3 各區段內數據，得出1 kWh 大約排放污染物的量，從而大致算出每年在節約108 391 kWh 情況下能減少排放SO2、NOX、粉塵的量，見表4。

表4 優化后1 a 減少的各污染物排放量 單位：t

3.3 減少噪聲

通過對刮片的技術改造，減少刮片夾板與刮片支架在運行中的金屬摩擦，可極大減少清掃裝置的噪聲產生。另外通過對清掃裝置的運行優化，大幅度縮減了清掃裝置的運行時間，降低了清掃裝置的機械在運行中產生噪聲的頻率，減少大量噪聲產生，改善生產現場作業環境。

3.4 降耗

（1）降低物耗。優化運行后的清掃裝置，相比于優化前，由于運行時間大大縮減，很大程度上減少了清掃機各個部件的運行摩擦損耗，如刮片、鏈條、固定螺絲、潤滑油等，增加機械部件使用壽命，延長更換周期，減少更換成本和檢修維護的各項材料費用，為公司節約一定的資金。

（2）降低人耗。清掃裝置長時間運行，加快導致部件摩擦損壞，增加檢修維護人員的工作量。清掃裝置位于給煤機下部，在檢修維護時往往需要人員強迫體位作業，增加檢修工作強度。而且由于給煤機主電機與清掃電機為一路電源，在對清掃裝置作業檢修時，往往需要執行相關設備的安全措施，停運相應給煤機隔絕相關設備，確保檢修維護人員的人身安全，影響了給煤系統的正常運行。

4 建議

4.1 運行周期設置

對于清掃電機周期控制邏輯指令的時間間隔設置，需要根據每臺鍋爐給煤機在運行中的溢煤情況確定。另外，在鍋爐啟動前后是否應該增加清掃裝置運行時間，再在給煤機正常運行后減少清掃裝置運行時間，或者在給煤機高負荷工作時縮短清掃電機運行周期，在給煤機低負荷時延長清掃電機運行周期，都需要在優化后的運行中再進行調整優化，最終確定合適的時間間隔。

4.2 清掃裝置監視

在日常巡檢中，應加強對給煤機底部的監視，發現給煤機運行中有漏煤、底部積煤時，應及時啟動清掃裝置，防止大量積煤引發設備故障。因為給煤機內的密封風速較大，在給煤機輸送入爐煤時會將細小的煤粉吹起并積在給煤機底部，在給煤機兩側相錯增加窺視孔，可以通過定期檢查，更加全面監視給煤機的積煤情況。

5 結語

清掃裝置作為給煤機系統的重要組成部分，其運行的條件是給煤機漏煤至底部并且積存到一定高度，在給煤機沒有漏煤或者積煤時，清掃裝置沒必要運行或者連續長時間運行。通過對清掃裝置運行方式和設備結構等方面進行優化改造，在原有的基礎上根據實際生產運行需要尋找更加合理適用的運行方式，如控制邏輯系統的優化、定期啟停時間間隔的調整等，以達到降低設備的使用成本和檢修維護費用的目的，從而提高生產運行經濟性和設備的可靠性。