耐高溫共軛傳動鱗斗輸送技術(shù)研究與工程實踐

周新明，許杰，孔令法

1.內(nèi)蒙古北方蒙西發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯，016014； 2.國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司煤制油分公司，寧夏銀川，750000

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是近十幾年來迅速發(fā)展的高效低污染清潔燃燒技術(shù)，在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、廢棄物處理利用等領域得到廣泛應用。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年6月，全國已投產(chǎn)100MW以上等級循環(huán)流化床機組約420臺，總裝機容量超過70GW，循環(huán)流化床發(fā)電的主力機型是135MW等級機組和300MW等級機組，占總裝機容量的82%、裝機總臺數(shù)的79%[1]。

某公司在國內(nèi)首次使用由上海電氣集團股份有限公司采用法國ALSTOM技術(shù)制造的300MW循環(huán)流化床鍋爐，并配套上海汽輪機廠制造的直接空冷凝汽輪發(fā)電機組。工程于2004年8月破土動工，2007年年底兩臺機組相繼投產(chǎn)。鍋爐采用雙側(cè)排渣，每爐配置四臺滾筒冷渣機，下游設兩臺平行刮板輸送機，無備用，底渣經(jīng)斗提機提升至渣倉內(nèi)存儲，定期裝車運輸?shù)娇蛻暨M行綜合利用。

1 問題分析

刮板輸送機是在封閉或半封閉料槽中，依靠無端循環(huán)運動的刮板鏈條輸送物料。本工程刮板輸送機采用中單鏈上回程全密封結(jié)構(gòu)，鏈條為鍛造叉型鏈，如圖1。運行中出現(xiàn)磨損大、刮板變形、傳動噪音大等問題，1～2個月就需要更換一次刮板鏈條[2]，影響正常工業(yè)生產(chǎn)。出現(xiàn)這些問題的原因分析如下。

圖1 刮板輸送機問題實拍

（1）工況原因。受市場影響，鍋爐摻燒劣質(zhì)煤和污泥等導致排渣量增大，加之滾筒冷渣機磨損老化出力減小，且污泥燃燒使排渣粒度減小易產(chǎn)生渣自流等問題，導致實際排渣溫度有時會超過500℃。經(jīng)綜合考慮，上述為鍋爐的客觀因素，不易解決，擬通過底渣系統(tǒng)升級改造，解決輸送問題。

（2）嚙合傳動分析。刮板機采用叉型鏈條的外圓輪廓與鏈輪輪齒嚙合傳動。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，叉型鏈鏈孔到嚙合外圓的偏差在-0.5～0.7mm，精度很差。主要原因是叉型鏈嚙合部位鍛造成型，不進行加工。所以，叉型鏈同圓環(huán)鏈傳動一樣，為非共軛嚙合傳動。非共軛嚙合傳動穩(wěn)定性差，噪音大，磨損大。

（3）鏈條磨損分析。本工程采用叉型鏈，成型工藝主要有鍛造、加工、熱處理和組裝。經(jīng)熱處理后鏈條表面硬度可達60HRC。隨機取得10件新購置鏈節(jié)和磨損后替換的鏈節(jié)，測量其節(jié)距數(shù)據(jù)對比如圖2。使用前節(jié)距平均為200.2mm，使用近2月后為201.5mm，平均磨損拉長1.3mm。

圖2 使用前后鏈節(jié)節(jié)距對比

分析鏈條磨損的主要原因是上游滾筒冷渣機出力不足，大量紅渣落入輸送機中，導致鏈條硬度下降，且灰渣落入摩擦副，使得鏈條磨損拉長。部分鏈節(jié)磨損拉長超過2.5mm，導致嚙合傳動出現(xiàn)跳鏈、夾鏈等不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響工業(yè)生產(chǎn)[3]。

（4）刮板結(jié)構(gòu)分析。由圖1知，刮板鏈條為單鏈結(jié)構(gòu)，刮板為懸臂結(jié)構(gòu)，在高溫和大出力時，非常容易發(fā)生彎曲；彎曲后會導致輸送能力進一步降低，造成惡性循環(huán)[3]。

2 技改方案對比

2.1 技改目標

提高輸送機穩(wěn)定性、壽命、耐熱性，降低維護量和維護費用。

2.2 行業(yè)調(diào)研

對循環(huán)流化床鍋爐底渣處理系統(tǒng)進行了長達一年的市場調(diào)研，系統(tǒng)工藝流程配置如表1。其中在150MW及其以上機組，鏈斗輸送機和刮板輸送機均按規(guī)范要求采用一運一備。特別是某葉集生物質(zhì)熱電項目采用了三臺CFB鍋爐配置六臺冷渣機共用一臺鱗斗輸送機，輸送長度超過80米且運行穩(wěn)定、維護量很小，開創(chuàng)了行業(yè)多爐一機布局的先河[4]。

表1 循環(huán)流化床鍋爐機組底渣系統(tǒng)配置

2.3 鏈斗輸送機

鏈斗式輸送機是以沿軌道運行的料斗來水平或傾斜輸送物料的設備，也是國內(nèi)CFB機組應用最多的輸送機[5]。如圖3為鏈斗輸送機現(xiàn)場運行照片。

圖3 CFB機組底渣用鏈斗輸送機

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前市場存在兩種鏈斗輸送機，如圖4，分別是邊雙鏈（左）和中雙鏈（右）結(jié)構(gòu)。兩種鏈斗輸送機參數(shù)和性能對比如表2所示。

表2 兩種鏈斗機對比表

圖4 邊雙鏈與中雙鏈鏈斗輸送機結(jié)構(gòu)

經(jīng)與使用工程師交流，大多項目鏈斗機運行也不可靠，維護量同刮板機一樣很大；有些出力小的鏈斗機運行較可靠，但爐渣進料時飛濺、機殼底部堆料、鏈條不耐磨且易跑偏，尤其是中雙鏈結(jié)構(gòu)鏈條與爐渣距離近，受高溫影響嚴重，且滾輪容易脫軌導致故障，連續(xù)運行壽命很難超過一年[6]。鏈斗機與刮板機結(jié)構(gòu)和性能對比如下表3。

表3 鏈斗機與刮板機對比

綜上對比分析，鏈斗輸送機造價與刮板機等同，雖采用軸承實現(xiàn)滾動摩擦，但滾輪受粉塵和高溫影響，可靠性低；且鏈條采用板鏈，性能也較差，本工程不能適用。

2.4 鱗斗輸送機

鱗斗輸送機是基于鱗斗干渣機去掉冷卻風系統(tǒng)的輸送設備。鱗斗干渣機作為冷卻和輸送一體機廣泛應用在煤粉爐底渣處理中，且投運近400臺機組均不設置備用。同刮板和鏈斗輸送機一樣，鱗斗輸送機也采用封閉輸送，主要不同的是鏈條輸送裝置：其輸送裝置是介于鋼帶和料斗之間的一種鱗斗，且采用了干渣機特有的軸承外置于機殼外面[7]。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 鱗斗輸送機結(jié)構(gòu)原理與實物

根據(jù)本工程參數(shù)，將鱗斗輸送機與刮板機和鏈斗機的結(jié)構(gòu)性能進行對比，如表4。綜合分析得鱗斗機性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)輸送機[8]。

表4 四種輸送機對比表

2.5 鋼帶輸送機

鋼帶輸送機同鱗斗輸送機一樣也廣泛應用在煤粉爐底渣中，某央企萊州發(fā)電廠一期和二期1000MW機組分別采用了這兩種技術(shù)[9]。

如圖6，一期采用三級進倉技術(shù)，包括兩級鋼帶輸送機和一級斗提機。系統(tǒng)耗電：一級驅(qū)動19.9A，一級清掃8.0A；二級驅(qū)動14.6A，二級清掃14.2A；三級提升12.4A；共計69.1A。換熱后風溫為94.8℃（測點為干渣機出風口溫度，非入爐溫度）。二期采用鱗斗機一級進倉且無清掃系統(tǒng)，系統(tǒng)耗電15.4A。換熱后風溫為：113℃、110.6℃、119.3℃，平均114.3℃。

圖6 鋼帶機（左）與鱗斗機（右）運行DCS畫面

根據(jù)上述數(shù)據(jù)對比，鋼帶機電流69.1A，鱗斗機為15.4A，降低了77.7%。換熱溫度由94.8℃提高到114.3℃，換熱效率提高20.5%。通過了解鋼帶極易打滑，運維專家也認為鱗斗機性能更優(yōu)；主要不足是鱗斗機的造價太高，這也符合價值規(guī)律結(jié)果。

3 工程實踐

3.1 方案確定

先對故障率更高的2#爐進行技改，通過方案論證和公開招標后選用青達環(huán)保GLS12型鱗斗輸送機代替原刮板輸送機，設備出力50t/h，最高耐溫滿足550℃，設備投資為原刮板機的3.7倍。

3.2 工程周期

為保證冬季供暖，工程采用運籌學管理方式，設計、制造、安裝統(tǒng)籌管理。為降低成本保證工期，電機減速器利舊，基礎利舊。設備整個制造周期2個月，安裝1個月，整個工程時間大約3個月，在2021年12月初正式投運。

3.3 磨損拉長測試

至2022年6月底，設備運行7個月，輸送鱗斗未做張緊，所以磨損很輕，壽命已遠超原刮板機的2個月；預計可滿足40000h額定設計壽命，滿足壽命技改目標。

3.4 電耗測試

同期對1#爐刮板輸送機的刮板鏈條進行了更換，具有科學對比條件。DCS截屏如下圖7所示。

圖7 刮板機（上）和鱗斗機（下）電流變化

根據(jù)圖7進行數(shù)據(jù)分析如表5所示，技改后輸送裝置重量增加了351%，運行電流由19A降低為15A，降低約21%，節(jié)能效果顯著。

表5 兩種鏈斗機對比表

3.5 運行穩(wěn)定性測試

鱗斗輸送機采用的模鍛軸心鏈為全加工工藝，節(jié)距最大偏差為0.05mm，為典型共軛傳動。由表5分析可知，其電流波峰波谷波動數(shù)值由刮板機的4A減小為0.5A，降低了88%。共軛傳動的穩(wěn)定性不但減小電流，還可降低磨損，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.6 耐溫測試

鱗斗輸送機用在煤粉爐的爐渣冷卻中，經(jīng)受助了紅渣考驗。經(jīng)7個月運行，無任何燒傷、膨脹等問題；實際運行時，測試鏈條的溫度均在100℃以下，也驗證了邊雙鏈更能承受高溫。

4 結(jié)論與建議

（1）通過運行工況、嚙合傳動、鏈條磨損和刮板結(jié)構(gòu)分析了現(xiàn)刮板輸送機各種問題產(chǎn)生的原因。（2）通過理論和實際調(diào)研，對比分析了鏈斗輸送機、鱗斗輸送機和鋼帶輸送機結(jié)構(gòu)和功能特點，最終技改方向確定為鱗斗輸送機。（3）選用青達環(huán)保GLS12型鱗斗輸送機，額定設計出力50t/h，耐溫550℃。技改后輸送裝置重量增加了351%，但運行電流由19A降低為15A，降低約21%，節(jié)能效果顯著；電流波峰波谷差值由刮板機的4A減小為0.5A，降低了88%；設備連續(xù)運行7個月，未出現(xiàn)拉長、高溫影響和運行問題，實現(xiàn)了技改目標。（4）鱗斗輸送機首次應用在大型CFB并取得了成功，且不設置備用，為后續(xù)我國CFB底渣處理系統(tǒng)提供經(jīng)驗。同時期望鱗斗輸送機技術(shù)能繼續(xù)進步，在保證產(chǎn)品性能前提下，降低制造成本，推動行業(yè)進步。