火力发电厂称重式皮带给煤机选型研究_吕安龙

第27卷第2期　2005年4月水利电力机械

WATERCONSERVANCY&ELECTRICPOWERMACHINERYVol.27　No.2Apr.2005

　·电力机械·

火力发电厂称重式皮带给煤机选型研究

Researchontheselectionofcoalbeltconveyorwithscalesysteminthepowerplant

吕安龙,龙辉

(东北电力设计院,吉林长春　130021)

摘　要:结合火力发电厂皮带给煤机设计选择,对火电厂大型机组及循环流化床锅炉用称重式皮带给煤机选型进行了研究。指出在称重式皮带给煤机选型中,应注意其与锅炉炉型以及相应的系统之间的关系,选型必须符合相关的标准,并必须考虑安全性和经济性。关键词:皮带给煤机;选型;火电厂;循环流化床锅炉

中图分类号:TK223.24　　　文献标识码:B　　　文章编号:1006-6446(2005)02-0001-04

0　引言

针对我国火力发电厂锅炉辅机中的给煤机制造

的落后情况,我国从20世纪90年代起相继从西方发达国家引进了称重式皮带给煤机。此后,沈阳华电电站装备有限公司、沈阳施道克电力设备有限公司、上海发电设备成套设计研究所等公司为引进消化吸收国外先进技术作出了重要贡献。经过10多年的努力,我国给煤机的选型、制造和运行可靠性都已经达到一个较高的水平。配套的给煤机产品已成功应用在我国600MW机组上,并已准备在国产1000MW机组上应用。同时,也在几大锅炉厂制造的220～480t/h循环流化床锅炉的给煤系统上应用。由于系统的不同,给煤机的选型及附属部件选择是不同的,有些选择可能会影响锅炉运行或对皮带给煤机设备本身造成影响。因此,对给煤机的选型研究十分重要,是关系到电厂制粉系统能否安全运行的重要保证。

内生产称重式皮带给煤机的生产厂较多,但生产300MW机组以上皮带给煤机的生产厂不多,主要有沈阳华电电站装备有限公司、沈阳施道克公司和上海发电设备成套设计研究所。

1.2　大机组称重式皮带给煤机特点

称重式皮带给煤机是火力发电厂300MW以上机组锅炉正压直吹式制粉系统磨煤机给煤的一个重要组成设备。皮带给煤机由于能够从料斗中推出物料并水平传递,同时在多数电厂布置上有明显的优点而被采用。称重式皮带给料机采用耐压壳体、正压给煤与一体化的煤斗及落煤管传递系统输送原煤。直吹式制粉系统中给煤机的性能及其调节装置的可靠性对系统的安全和经济运行有很大影响。故对其选型应十分重视,给煤机选型应注意燃煤锅炉通过调节称重式给煤机给煤率来满足以下几个方面要求。

(1)提供可靠的、不受干扰的煤流量。(2)精确称重。

(3)根据从燃烧控制系统发来的信号提供锅炉需要的热量。

第(1)条可以通过设计适合的称重式皮带给煤机以及与之相配的煤斗、煤斗出口、落煤管、及给煤机入口能够满足要求。称重式皮带给煤机的运行业绩已经证明其能够连续、精确的称重,因而满足了第

1　大机组称重式皮带给煤机选择研究

1.1　称重式皮带给煤机主要生产公司

称重式皮带给煤机是一种技术先进的电子称重给料设备。用于火力发电厂锅炉制粉系统,实现连续均匀给煤,能在给煤过程中对煤进行准确的称量,并根据燃烧系统的反馈信号自动调节给煤量。现国

收稿日期:2004-11-03

作者简介:吕安龙(1976-),男,吉林长春人,东北电力设计院工程师,从事电力系统热机专业方面的工作。

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(2)条要求。第(3)条要求是在采用不同类型的煤种时,更多的研究和比较称重式给煤机与容积式给煤机的优劣。我们可以做如下分析:“当燃煤没有方法测量热流量时,该值必须从容积流量或质量流量推算。容积测量在容积密度和热值变化时将出现测量误差。反之,质量测量信号将只有热值变化错误。”称重式皮带给煤机在锅炉负荷范围内及负荷变化时由于适应负荷的能力而提高了锅炉性能。其主要优点如下:

(1)较稳定的温度控制。(2)较稳定的压力控制。(3)满足燃料和空气要求。称重式皮带给煤机和落煤管结合能否在≥8.7kPa压差运行一直是我们所关心的问题。以前的皮带给煤布置是利用某些型式给煤机(如刮板给煤机或螺旋给煤机)的压力密封,后来发展成为主皮带给煤机。

1.3　称重式皮带给煤机实现制粉系统防爆设计要求

水利电力机械2005年4月

表1　给煤机出力及主要结构尺寸

生产厂家

给煤机技术参数

型式出力/(t/h)进出口直径 /mm落煤管到出煤管

的中心距/mm给煤机长度/mm给煤机台数/(2台炉)

控制方法称量装置精度/%电动机功率/kW电动机转速/(r/min)电动机电压/V落煤管尺寸 /mm原煤取样装置型式取样装置数量/(2台炉)

密封风风压/Pa密封风温度/℃皮带型式皮带材料皮带外形尺寸/mm

沈阳华电电站装备有限公司电子称重皮带式10～100(最大250)

660,[1**********]5×2计算机闭环控制

±0.5

2.20～1400380660手动1套/锅炉,共2套高于给煤机出口500

常温80mm波纹裙边、无接头环形

阻燃橡胶带宽850

沈阳施道克电力设备有限公司电子称重皮带式

10～[**************]×2计算机±0.53.[1**********]×2790手动1套/锅炉,共2套

+5005～65侧裙边环型无接头

阻燃橡胶838×4900

上海发电设备成

套设计研究所电子称重皮带式

10～100943,[1**********]5×2微机控制±0.5

[1**********]手动1套/锅炉,共2套

>500常温环形阻燃橡胶840

从表1可以看出:3个厂家生产的称重式皮带给煤机无论在出力、控制水平、计量精度、密封性能

以及给煤机结构合理性等方面均能满足大型机组给煤机设计要求。

1.4.2　主要结构、配置及加工工艺对比

各厂家对皮带给煤机都比较注意主要性能设计,如皮带有防跑偏措施和驱动系统采用变频电机等。选配材料较好,配套部件为知名厂家产品,选型合适。但在细节考虑方面沈阳华电电站装备有限公司在设计上要优于其他2家厂商,具体情况见表2。1.4.3　进口件采用情况对比

3家投标方的给煤机在国内应用很多,业绩良好,主要关键部件(套)均采用了进口部件。沈阳华电电站装备有限公司给煤机的主要进口部件(套)情况如下:主电机和减速器、清扫电机和减速器均采用德国SEW/德国弗兰德/日本住友的产品,称重控制器采用日本亚码托的产品,变频器采用德国西门子的产品,测速传感器采用意大利蒙特纳尼的产品,轴承采用日本ASAHI的产品,称重传感器采用美国世铨的产品,断路器、接触器和热继电器采用法国施耐德的产品。

在给煤机落煤口一般需注意磨煤机内的压力,磨煤机运行正压一般在4.98～9.96kPa之间,而皮带给煤机的一般运行压力要高于上述压力。因此,美国国家防火协会(NFPA)的历次版本《煤粉系统标准》均提出要求。美国国家防火协会标准针对煤粉炉的标准NFPA8503-1992《煤粉系统标准》中第2-6.1.1条对煤粉系统的部件作出如下规定:“所有正常运行压力不超过13.8kPa表压的下述煤粉系统部件必须按承受344kPa表压之内部爆炸压力进行设计,以抗御可能发生的爆炸压力。”这就要求给煤机壳体为厚板,圆形横断面,采用大螺栓连接人孔及整体密封,且附件如煤闸门等也应采用同等压力。根据以上标准要求,国内生产300MW以上大机组的给煤机制造厂家均能满足上述要求。

1.4　国内主要公司生产的称重式皮带给煤机主要技术对比

在国内某大型电厂招标过程中,我们对3个厂家的生产称重式皮带给煤机进行了技术对比,对比结果如下。1.4.1　给煤机出力及主要结构尺寸

第27卷第2期吕安龙,等:火力发电厂称重式皮带给煤机选型研究

表2　给煤机主要结构特点对比

生产厂家

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给煤机结构特点和配置

沈阳华电电站装备有限公司电机、减速机为分体结构,减速机实心轴,通过梅花联轴器与主动滚筒相联结,这样安装、维修不够紧凑

沈阳施道克电力设备有限公司电机、减速机为一体结构,主动滚筒轴与减速机孔直接相联结,这样结构紧凑,占用空间小,安装、维修方便,减少力的传递环节,传动效率高。蜗轮蜗杆式减速机,采用变频调速方式,调速连续,范围广

采用弹簧张紧方式(长给煤距离兼采用重力式)

电机与蜗轮蜗杆减速机直接联接,减速机与清扫机构主动轴直接相联结,安装、维修方便,而且在被动轴处用轴承加密封圈的形式,保证了轴的寿命,清扫刮板链条采用轻型链条和硬质耐磨尼龙刮板机构,自负荷轻,节能有效

采用直压式称重传感器,信号采集直接、精确

安装于主动滚筒轴端,减少速度传递环节,最直接、最精确采用标准链码标定方式,称重传感器、测速传感器、电机、减速机、称重托辊、计量胶带、主、被动滚筒全部参与标定,能真实反映运行后各部件参数变化对称重系统造成的误差,并给予修订,是动态标定,真实可靠称重传感器工作温度-30～80℃

耐压能力0.35MPa,本体、煤闸门出厂前全部进行密封打压试验采用阻旋式堵煤报警器,正常工作状态下5V电源驱动,堵煤时叶片受阻停转,发出报警信号,安全可靠

容积与称重计量2种功能的计量切换在容积计量控制器与称重计量控制器2个独立的系统之间进行,其中1个控制器发生故障会自动切换到另一控制器上,不会影响计量,安全、可靠、灵活

胶带无缝、采用带裙边(高80mm)无缝隙的连续波纹挡边,整体硫化成型,带裙边这样既防止煤在运行过程中脱落,又防止胶带在滚筒回转时煤从裙边缝隙处落下,保证了给料精度,胶带为柔软型胶带,其永久伸长率在1%以下,具有良好的韧性和几何精度,不易跑偏。阻燃主动滚筒采用带人字齿的鼓形结构,由于有锥度,胶带跑偏引起的摩擦水平分力的合力将总是趋向滚筒中心,可防跑偏;磨煤机回程装有4组防跑偏滚轮与煤接触部分采用不锈钢材质供货范围配置完整

随机备件包括刮板组件、托辊、轴承、密封圈和环首螺栓(没有皮带)

上海发电设备成套设计研究所电机、减速机为分体结构,减速机实心轴,通过梅花联轴器与主动滚筒相联结,这样安装、维修不够紧凑

传动系统

胶带张紧方式采用重力式

电机、减速机为分体式,体积大,传动轴通过壳体内的联轴节与减速机相联结。安装、特别是维修不方便。被动轴采用铜套式,不利于保护轴的正常运行。清扫刮板采用重型铸件链条,铸造质量不易控制,容易断链,且由于自身较重,不易检修,对给煤机底板磨损破坏严重

采用吊挂式称重传感器,信号容易因吊挂弹簧的系数变化而产生误差

采用电机转速信号,速度信号传递环节多,易产生误差,不真实采用挂标码定方式,只测称重传感器的疲劳误差,而忽视称重系统其他部件和环节参数变化的影响,故被称为静态标定,不真实,可靠性差

称重传感器工作温度65℃耐压能力0.35MPa,不进行密封试验

采用挡板式或电容式报警器,经常因落煤不均匀或煤质较粘容易造成误报警

容积计量和称重计量2种功能的切换是在同一个控制器内进行,这种只能是在称重系统内其他部件有故障,称重计量才可转换为容积计量,而当这唯一的控制器出现故障时,给煤机就无法计量了

裙边带缝隙,当胶带通过滚筒时,煤会从缝隙处落下,将影响给料精度,同时易在缝隙底部产生龟裂而使胶带损坏。另外,胶带内侧的V型定位凸面,与托轴凹面的几何误差,将使胶带内表面与计量托辊不相接触,将会出现计量误差

皮带中央有防跑偏导向,皮带模压裙边可防煤溢出,且有较好的韧性,曲折性好,底部凸形导向条与壳体内的主、被动驱动轮相配合,有效阻止皮带跑偏与煤接触部分采用不锈钢材质供货范围配置完整

随机备件包括保险丝、皮带和称重传感器(没有刮板链条、轴承和托辊等)

利用张紧辊的重力将胶带张紧电机、减速机为分体式,体积大,传动轴通过壳体内的联轴节与减速机相联结。安装、特别是维修不方便。被动轴采用铜套式,不利于保护轴的正常运行。清扫刮板采用重型铸件链条,铸造质量不易控制,容易断链,且由于自身质量较大,不易检修,给煤机底板磨损破坏严重

采用吊挂式称重传感器,信号容易因吊挂弹簧的系数变化而产生误差

采用电机转速信号,速度信号传递环节多,易产生误差,不真实采用挂标码定方式,只测称重传感器的疲劳误差,而忽视称重系统其他部件和环节参数变化的影响,故被称为静态标定,不真实,可靠性差

称重传感器工作温度65℃耐压能力0.35MPa,不进行密封试验

采用挡板式或电熔式报警器,经常因落煤不均匀或煤质较粘容易造成误报警

容积计量和称重计量2种功能的切换是在同1个控制器内进行,这种只能是在称重系统内其他部件有故障,称重计量才可转换为容积计量,而当这唯一的控制器出现故障时,给煤机就无法计量了

裙边带缝隙,当胶带通过滚筒时,煤会从缝隙处落下,将影响给料精度,同时易在缝隙底部产生龟裂而使胶带损坏。另外,胶带内侧的V型定位凸面,与托轴凹面的几何误差,将使胶带内表面与计量托辊不相接触,将会出现计量误差

胶带背面的中间设计有防跑偏凸台,滚筒、托辊的中间设计有与凸台相配合的凹槽,有效防止跑偏

与煤接触部分采用不锈钢材质供货范围配置完整

随机备件包括皮带、称重传感器和校正仪、刮板链条、信号转换器、轴承和密封圈(没有脱辊)

清扫系统

称重系统

测量系统

精度标定

温度范围耐压能力

堵煤报警器

计量系统

胶带型式

胶带防跑偏功能

与煤接触部分材料

供货随机配置

续表2

生产厂家

给煤机结构特点和配置

沈阳华电电站装备有限公司专用工具有水平校验杆、定度探测器、探测器电缆、反光纸、标定砝码、滚轮拆卸座和提升杆、滚轮接长杆、工具箱

沈阳施道克电力设备有限公司专用工具有检尺、标定链码、主被动滚筒检修导轨Ⅰ,Ⅱ和定位架

上海发电设备成套设计研究所专用工具有检尺、延伸导轨、标定探头和砝码、滚轮拆卸座和提升杆、棘轮扳手、探测器电缆和反光纸

专用工具配置

STOCK技术。该公司主要关键部件(套)进口情况如下:给煤机控制柜(包括微机控制器、变频器、电源板、接触器、继电器、断路器、输入和反馈卡等)为美国STOCK的产品;称重计量系统计量装置、称重传感器、称重辊、轴承和称重拉杆组件也为美国STOCK的产品,出口堵煤报警装置采用美国SOR的产品、变频调速装置采用美国AC-TECH的设备。

上海发电设备成套设计研究所的给煤机关键部件(套)采用进口件,其中给煤机电动机和皮带驱动减速器、清扫链电动机和驱动减速器为德国弗兰德产品;电子称重系统为美国Celtron产品;变频器为日本MHI产品,测速传感器为英国RS公司产品,给煤机控制柜中的微机板、电源板、空气开关、继电器、接触器卡等均为进口原件组装。

因此,为保证给煤机的整体性能,3家厂商均对关键的部件(套)采用进口配套。其中沈阳华电电站装备有限公司和沈阳施道克电力设备有限公司的进口件最多,上海发电设备成套设计研究所的进口件最少。

1.4.4　设备运行维护和检修条件对比

参加投标的3家厂商均满足招标文件规定的要求,给煤机具有可行的运行维护检修条件,见表3。

表3　设备运行维护和检修条件对比

上海发电设备成套设计研究所有可清扫的观察窗,方便运行检查给煤机前后装有2个悬吊挂式检查门,两侧也装有检修门

外壳观察窗内设有带防爆罩,设有机外换灯泡的照明灯

沈阳华电电站装备有限公司采用免水、免气手动机外操纵清扫刷的观察窗给煤机两端装有2个检修门,两侧也装有检修窗机体设有多个防爆性可换灯泡的照明灯

沈阳施道克电力设备有限公司检修门上方有带压缩空气喷嘴的观察窗

给煤机两端和两侧均装有悬臂吊挂式检修门顶部装有可更换灯泡,并与壳体内部隔离

效率和低过剩空气等优点使其特点日益突出,近几年发展较快。最近,国家准备在四川白马电厂引进1台300MW循环流化床锅炉做为脱硫锅炉大型化实验基地。循环流化床锅炉给料系统包括给煤和石灰石给料,在该系统中,大量采用称重式皮带给煤机和石灰石给料机。

循环流化床锅炉允许使用多个给煤点,由于这些给煤点在整个流化床上方,并且能够低压运行,并且循环流化床锅炉允许颗粒尺寸比煤粉炉大得多,因而燃用燃料范围更广泛。虽然这些优点来自循环流化床锅炉,但作为系统最重要的辅机之一———给煤机的选择十分重要。

由于循环流化床锅炉燃煤不是以细煤粉为燃料,而是用6mm左右的煤粒,所以循环流化床锅炉给煤系统可以不用煤粉炉的设计标准。根据这一特点,循环流化床锅炉称重式皮带给煤机可规定不需要344kPa防爆压力。因此,设计的给煤机仅需适合炉膛压力或稍高于炉膛压力。这样,给煤机允许采用经济厚度、加固肋及不用采用传统的圆形筒体,并满足系统运行和防爆要求。然而,壳体设计方面压力大小影响煤流进给煤机。在一般情况下,煤从上方煤斗进入落煤管然后进入给煤机。在运行期间,充满煤的落煤管慢慢移动煤,要求流动连续传动煤。并要求一定量的空气连续加入给煤机,保持给煤机压力稍高于燃烧器压力。这主要是由于部分密封空气通过落煤管进入煤斗。落煤管中的煤限制了从给煤机来空气的流动,但由于煤的渗透和相对小面积的落煤管,因而会有连续的空气损失。损失的空气量取决于运行压力、下降管的高度、下降管的面积和形状及煤的渗透性。如果给煤机没有保持一个稍高的正压,从锅炉来的热风和灰尘就会趁虚而入,因而,给煤机必须保持一定压力的清洁、冷却密封风连续供应给煤机本体。

循环流化床锅炉给料系统中燃料和石灰石比例是强制性的,锅炉效率、热效率和燃料消耗均取决于煤流量的精确统计。当控制SO2排放并随时监测时,石灰石量也必须精确测量。每台给料机均应在　　设备运行维护和检修条件3家厂商基本相当。其中,沈阳华电电站装备有限公司和沈阳施道克电

力设备有限公司的技术服务更充分和项目更完善。

2　循环流化床锅炉称重式皮带给煤机选择

2.1　循环流化床锅炉用重力式皮带给煤机设计特点

、

参考文献:

一定要仔细认真,特别在临界值(S=1.5×10-4)要多观测几次,该值对预报曲线的选择十分重要。

(2)对于突出点群要及时分析其影响因素,做到适时校正。

[1]邓先俊.陆地水文学(第二版)[M].北京:水利电力出版社,1985.30～31,117～120.

[2]黄才安,严恺.动床阻力的研究进展及发展趋势[J].泥

沙研究,2002,(4):75～80.

(编辑:王书平)

(上接第4页)

如果电厂燃煤的容积密度无变化,那就完全没有必要采用称重式皮带给煤机,容积式给煤机就能保证运行控制要求。但国内各电厂采购煤的范围变化较大,煤的热值及容积密度不断变化,因此,现在的循环流化床锅炉在入炉检测上均采用称重式皮带给煤机。

在选型调研过程中我们了解到,沈阳华电电站装备有限公司在研究国内外其他制造厂设计皮带给煤机出现的问题的同时,设计生产了一批有难度、有特殊性的给煤机设备,如国内最短给煤距离的新疆江雁池二电厂的给煤机;最长给煤距离达28m、倾角达15°的新乡电厂的给煤机;原煤制备系统不设破碎机、煤块达200mm的姚孟电厂的给煤机;世界上第1台双入口单出口称重给煤机等等。2.2　循环流化床锅炉配皮带给煤机防火设计研究

对于采用炉前给煤的称重式皮带给煤机,最重要的是防止给煤机内部出现着火问题。在目前设计的电厂中已经出现过这类问题。如武所屯电厂2002年9月运行中2次出现在煤瞬间断流情况下炉烟回流,给煤机密封风及播煤风均不能起作用,引起烧给煤机皮带事故,山东众和电厂#6炉1台给煤机也出现这样的情况,保定电厂也出现类似问题。在设计时虽然已考虑采用阻燃皮带,但其耐火温度为95～105℃,达不到耐火要求。因此,在系统设计中必须考虑必要的措施,以防止出现着火问题。

我们分析了上述着火的原因,美国NFPA8503-1997煤粉系统标准1.3.2.1条指出:“不间断的、受控的原煤供给对使系统中的着火和爆炸降低到最低限是至关重要的。”由于设备磨损煤表面过于潮湿、燃料粒径过大或异常、或有异物(包括铁、木块、破布、木屑或石块)导致燃煤供给的中断,含在一些煤(上接第13页)的首选方案。另外,渣水处理系统中的降温措施视各工程的外部环境条件,目前有采用

层中的某些粘土成分(如膨润土或混合土层)也可以

造成煤流的中断,这种情况必须注意防止。美国国家防火协会的NFPA85H-1989《大气压流化床燃烧系统锅炉防止燃烧危险标准》则阐述了在运行工况下,固体燃料给料管道和设备的设计和布置应避免可燃气体形成和危险性集中。爆炸及着火还会导致热烟气的回流或者床料进入给料设备。因此,在设计上必须考虑避免回流。当给料系统运行压力低于炉膛压力时,应采用恰当的方法避免燃烧气体的回流。因此,设计中首先应考虑到微正压称重式皮带给煤机采用空气密封达到目的,但这一点是远远不够的。为有效解决床料随烟气回流至给煤机造成着火事故,目前,国内多台流化床锅炉采用沈阳中基能源装备工程有限公司专门设计生产的旋转给料阀来避免烟气及床料的回流。该公司产品的市场占有率达80%以上,其产品在吸收了国外产品技术特点的基础上,结合国内运行经验和原煤成分(尤其是含水率)不稳定的情况,又开发出带有脉冲吹扫和中空轴鼓风结构的旋转给料阀。该产品同时还被应用于流化床锅炉排渣系统和电厂灰库粉煤灰综合利用项目。

3　结论

电力设计院在设计电厂时,无论是对大机组还是循环流化床锅炉机组,在对称重式皮带给煤机选型时,都应注意制粉系统或给煤系统对给煤机的基本要求和特殊要求,看系统与给煤机是否能够耦合,应注意其在电厂运行是否安全可靠和维护方便。总之,给煤机选择必须符合相关的国外、国内有关标准的规定,以满足其安全性和经济性。

(编辑:王书平)

自然冷却、采用板式换热器和机力冷却塔3种方式可供选择。(续完)

(编辑:王书平)