中部给料器应用问题及改进

2019-03-30徐腊儿

智能制造 2019年5期

徐腊儿

一、前言

目前国内较为常见的煤泥掺烧方式主要有以下几种：（1）煤泥经过螺旋干燥机烘干后与原煤混浇;（2）煤泥通过煤泥挤压泵，泵送至锅炉底部喷射燃烧;（3）煤泥通过煤泥泵和输送管道泵送顶部给料燃烧;（4）煤泥通过刮板输送螺旋方式顶部给料燃烧。其中煤泥通过煤泥泵和管道输送以其封闭输送无污染、对地形适应性强、少占土地以及基建投资低等优点成为输送高浓度高粘度煤泥的最优途径。煤泥通过管道输送进入锅炉燃烧的给料方式主要有两种：炉顶立式给料、炉侧水平喷射给料。

炉顶立式给料设备的结构形式有螺旋式和活塞式两种。螺旋式结构通过变径螺旋轴将立式锥形料斗的煤泥呈柱状挤入锅炉顶部给料口中，然后自由下落燃烧。活塞式结构通过一上下移动的活塞来实现煤泥呈柱状自由下落和切换到其他管路的功能。炉顶立式给料设备的不足之处是当煤泥在管路中以一定压力流动时在出口处都是以密实的形态下落，会使其在炉膛中燃烧不充分，导致在炉膛中结焦影响锅炉的运行效率，并且现有锅炉都是在炉膛下部由给煤机将燃煤送至炉膛中，其炉顶空间也没有考虑到炉顶给料的要求，所以在现有锅炉炉顶空间安装立式给料装置会受到结构尺寸的限制。螺旋式结构只有给料功能，只适用于负压锅炉的炉顶给料。

炉侧水平喷射给料设备，主要是以垂直于竖直炉膛安装于炉侧的煤泥喷枪组成，采用内外双腔结构，内腔是低速流动的煤泥流，外腔是具有一定压力的高压高速气流，在出口处以高速气流的气力冲击作用而使煤泥雾化进入炉膛燃烧。炉侧水平喷射给料设备的不足之处是对煤泥粒度和雾化特性要求较高，喷枪出口处因煤泥高速冲刷导致磨损较快、需要额外的高压气源、气耗率较高且极易在出口处堵塞，而且只是實现将给料和送风的功能集合在一起。

因此针对以上晴况，公司经过长期的试验研究和工业应用实践，研制出了一种煤泥燃烧利用率高、操作维护方便、能眵实现集给料、送风、清洗和切换管路的功能为一体的新型煤泥炉前给料设备——中部螺旋给料器。中部螺旋给料器是一种炉侧粘稠物料给料设备，安装在锅炉炉膛竖直壁上，是整个粘稠物料输送系统的终端设备。

二、中部螺旋给料器的工作原理、结构与特点

中部螺旋给料器是一种新型炉侧粘稠物料（如煤泥）给料设备，它采用旋转给料结构，以减速电机为驱动力，水平安装于锅炉炉膛竖直壁中部四周，冷却密封壳体与锅炉炉膛竖直壁相互垂直联接，入料端与输送管相连，出料端通过锅炉侧壁直接进入锅炉内壁少许;在高速旋转的输送轴离心力作用下，将密实煤泥柱进行松散，经高温耐磨喷头以0.8m/s脱离管口的初速度抛洒至锅炉炉膛中心部位燃烧。

中部螺旋给料器，如图l所示。喷头采用凸法兰结构，材质为高温耐磨铸铁。壳体由护罩和内管组成，内管带有水冷却腔，具有冷却降温作用。三通球阀可以实现煤泥给料和清洗管路的切换。输送轴为螺旋式结构、螺带式结构、浆叶式结构或折叶式结构。支承驱动机构为电动驱动机构。喷头、壳体和驱动机构的轴心线均平行于地面水平放置。壳体与炉膛壁相互垂直联接。输送轴水平安装于冷却密封壳体内部，一端与驱动机构联接并由其带动旋转。三通球阀与冷却密封壳体垂直安装。

在三通球阀位于给料位置时，煤泥进入冷却水冷却的密封壳体中，由高速旋转的输送轴推动前进，在输送轴的离心力作用下，密实的煤泥被松散，经高温耐磨喷头输送至锅炉炉膛中燃烧。由于不是采用雾化煤泥的方式进行燃烧，所以对煤泥粒度和雾化特性要求较不高。该设备具有以下特点：

采用水平给料结构，在高速旋转输送轴的离。力作用下，使其将从管路泵来的密实煤泥柱进行松散，在沪膛中不易结焦，从而提高了锅炉的运行效率。

利用现有锅炉的风冰冷渣回风口无需对涡炉进行较大改造，使其在现有锅炉设备安装不会受到其结构尺寸的限制。

利用现有锅炉的接口和气源且不是采用雾化煤泥的方式进行燃烧，所以不需要对煤泥粒度和雾化特性要求较高，气耗率较低。

将给料、清洗和切换管路的功能合到一起，可充分利用现有锅炉的接口，提高煤泥在锅炉中的燃烧效率。

在给料器出料口容易磨损的部位设置高质量的耐磨材料的高速喷头，提高了给料器的实际使用寿命。由于采用凸法兰结构安装，更换也较方便。

三、中部绐料器使用环境、基本要求及应用范围

中部给料器是整个粘稠物料输送系统的终端设备，安装在锅炉炉膛竖直壁上，大概在7-9m高处;入料端通过三通球阀与分配器输送管道连接，出料喷头位于锅炉炉膛内部。

1、使用环境

目前电厂锅炉普遍为循环流化床锅炉，结构如图2所示。

基本流程：煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量情性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。

基本特点：低温（一般在850～900℃之间）的动力控制燃烧;高速度、高浓度和高通量的固体物料流态化循环过程;高强度的热量、质量和动量传递过程。

燃烧过程的主要特性如表l所列。

综合以上特点和特性，可总结出中部给料器的（喷头端）使用环境（锅炉炉膛内）具有以下特点。

温度高，一般在850～900℃之间，中部可能在900～920℃之间。

风速高，3～12m/s。

高浓度、高通量固体颗粒高速度循环流动。

固体颗粒流动方向大部分向上，小部分向下。

另外，锅炉炉膛水冷壁的磨损是影响锅炉运行周期的主要原因，而不合理的给煤方式会对水冷壁造成严重磨损。

2、基本要求

从锅炉炉膛内的环境和条件来分析，中部给料器在锅炉上使用时必须具备以下基本条件。

（1）正确的给料方式：中部给料器靠螺旋轴旋转推动煤泥进入炉膛内，如果出料喷头的长度没有伸出水冷壁，煤泥必然会流到水冷壁上，造成水冷壁的磨损和喷头烧结变形;在喷头伸出水冷壁的情况下，还必须注意煤泥进入炉膛内的速度，煤泥从喷头出来后做抛物线运动，如果初速度小了，再加上炉膛内的高速风以及向上流动的固体颗粒的作用，煤泥还是会波带向水冷壁，造成水冷壁的磨损。因此中部给料器喷头必须伸出水冷壁适当的距离，煤泥进入炉膛时必须到达一定的初速度，形成抛洒入料的方式。

（2）喷头必须能耐高温耐磨损，炉膛中部的温度一般在900～920℃之间，还有高浓度固体颗粒高速度循环流动，对喷头形成连续不断的冲刷。因此，喷头的材料必须选择具有耐高温以及在高温下耐磨损的材料。

3、应用范围

中部螺旋给料器是粘稠物料给料设备，可以应用于煤泥、赤泥、电石泥、造纸污泥、转炉泥以及城市污泥等粘稠物料。

四、现有中部螺旋给料器产品的发展及变化

到目前为止，共有GLQIOOWLⅡ、GLQIOOWLⅡ（B）、GLQl00W、GLQl25WⅡ、GLQl25WⅡA、GLQl50，以及ZRW200/20-00等几个型号的中部螺旋给料器。

以上几个型号的中部螺旋给料器的基本参数如表2所列，结构变化如表3所列，材料变化如表4所列。

五、中部螺旋给料器存在的主要问题及改进

目前，中部螺旋给料器有泰安满庄电厂、济三电厂、焦作冯营电厂、七台河电厂和南屯电厂等多家用户。但从用户反饋的情况来看使用的都不是很理想，其中有几家已停用。

通过向工程部、生产部，外协加工厂和用户咨询、调研，收集到了中部螺旋给料器在加工、装配、调试及使用过程中出现的问题。

1、使用中出现的问题及改进

（1）经常发生煤泥堵塞出料管，疏通困难。这是造成用户停用的主要因素。

原因：一是煤泥内含有杂质，杂质越多堵塞越频繁，二是驱动电机功率可能不够，导致螺旋轴扭炬小。堵塞后，出料端煤泥被炉膛内热风烘千板结在管内，疏通困难。在现有的结构中，必须从内管法兰处将连接螺栓拆下，然后将整个驱动端和螺旋轴从内管中抽出来才能进行疏通，如图3所示。所以每一次堵管后疏通都非常麻烦。在GLQl50给料器中，螺旋叶片直径（φ215）比法兰内孔孔径（φ152）大。一旦发生堵塞，还不能通过法兰内孔把螺旋轴从内管中抽出来;必须把整个给料器从锅炉上拆下来，把螺旋轴电机端固定螺钉拆掉，然后把螺旋轴从出料端抽出来才能进行疏通，如图4所示。所以GLQl50型这种结构，发生堵塞后的疏通更加麻烦。

改进方法如下：

提高整个输送系统的除杂能力，尽可能降低煤泥内杂质的含量。

在控制系统中设置给料器堵塞报警信号，一旦发生堵塞，控制系统命令电机反转一定时间，自动进行疏通。在结构上，考虑将螺旋叶片由连续式改为分段时，叶片与叶片之间留有间隙，以便反转时，能将煤泥从间隙挤出。如图5所示。

在控制系统中设置给料器延时停机。当输送系统停机时，让给料器再继续工作一段时间，以便将管内的煤泥排空后再停机。这样能防止留在管内的煤泥被烘干板结，造成下次工作时电机不能启动。

设计计算给料器功率时，选择更大的物料阻力系数。这样即使有少量的杂质时也不容易堵塞，减少发生堵塞的几率。功率计算公式如下。

中部给料器的驱动功率：t=Im（λL+H）/367

减速电机的功率：Pd=kl P/ηl

式中，I_m是质量输送量，单位为t/h;H是提升高度，单位为m;λ是物料阻力系数;k₁是备用系数，k₁=1.2～1.4;L是输送轴长度，单位为m;η是给料器总效率，一般η=0.9～0.94。

（2）给料器堵塞时，煤泥进入送风管，将锅炉风机憋死导致锅炉停炉故障，如图6所示。

原因：送风管接入的是锅炉一次风，风量要求为1000m²/h、风压为0.01MPa，该风的主要作用是封住炉膛内的热风预防从输送管处窜风，并防止炉内的热风烘干输送管内的粘稠物料。当给料器出料管堵塞时，整个泵送系统还在输送煤泥，进入给料器的煤泥就会流向送风管（煤泥泵送压力大于风压），最终导致风机憋死。

改进：在实际使用过程中给料器出料端一直有煤泥，送风管送入的一次风起的作用并不大，反而经常发生煤泥流向送风管憋死电机的故障，因此所有用户都停用了送风功能。在以后的设计应取消送风管。

（3）给料器工作时振动严重，损坏给料器。

原因如下：

给料器出料端安装在锅炉炉膛壁上，电机端无支撑，形成悬臂梁形式，运转过程中造成振动。

螺旋轴仅在减速电机端有支撑定位点，而出料端无支撑点，所以螺旋轴的支撑定位就是一个悬臂梁的结构形式，如图6所示。因此螺旋轴在转动中很容易形成偏心旋转而引起整个设备的振动。GLQl00WLⅡ与GLQl00WLⅡ（B）两个给料器是两个轴承定位，但靠近内管端的轴承由于密封不好很容易磨损，所以GLQl00W、GLQl25WⅡ、GLQl25WⅡA以及GLQl50四个型号都改为了图7所示的一个轴承定位的结构。这样更加加大了螺旋轴的悬臂长度。而ZRW200/20-00给料器改成了图8所示的两个轴承定位的结构。

改进方法如下：

可以根据安装现场的情况，给电机端加一个固定支架，减少整机的振动。

在结构允许的情况下可以采用两个轴承定位，尽量加大两轴承定位距离，缩短螺旋轴的悬臂长度。这样可以减少螺旋轴转动中的偏心量，从而减轻设备的振动。还可以考虑将两个圆锥滚子轴承改成两个凋心滚子轴承。因为调心滚子轴承除了与圆锥滚子轴承一样能承受径向与轴向的联合载荷外，还具有比圆锥滚子轴承更好的安装对中性。

（4）螺旋轴电机端固定螺钉松脱，导致螺旋轴部分掉进锅炉内。

原因：给料器在运转中有很大的振动，导致固定螺钉的松脱。

改进方法如下：

减少振动，具体措施可以见前面问题（3）改进。

可以对固定螺钉增加防松措施。如图9所示，将固定螺钉由内六角圓柱头螺钉换成六角头头部带孔螺栓，并用低碳钢丝穿入两个螺栓头部的专用孔后匝其相互制约，防松可靠。

（5）无轴螺旋曾经出现断裂的情况。

原因：煤泥等粘稠物料里含有坚硬块状杂质，再加上无轴螺旋本身的刚度和强度不高，一旦有较大坚硬块状杂质进入就容易被挤断。

改进：一是提高整个输送系统的除杂能力，二是改用有轴螺旋，提高螺旋的刚度和强度，并在设计的时候进行轴的强度计算和刚度校核。

（6）电动三通球阀管路转换不灵。