双进双出正压直吹式制粉系统动静态分离器的选型分析

电力建设第30卷··
收稿日期：2008-09-12
作者简介：张志俊(1974—)，男，大学本科，高级工程师，从事锅炉专业工程管理、检修工作和设计、采购、施工管理。

双进双出正压直吹式制粉系统动静态分离器的选型分析
张志俊，肖
彬
(国电聊城发电有限公司，山东省聊城市，252033)
［摘要］磨煤机和煤粉分离器是锅炉制粉系统重要的设备，选择磨煤机主要依据煤的特性，其中以挥发分
V daf 、水分M af 、可磨性系数K hm 、磨损指数K e 及由它们决定的煤粉细度R 90为主选择。

而煤粉分离器一般根据磨
煤机的型式选择。

国电聊城发电有限公司2×600MW 超临界锅炉双进双出冷一次风正压直吹式制粉系统配置了动静态煤粉分离器。

文章介绍了双进双出钢球磨煤机配置动静态分离器的选型分析，并对制粉系统性能进行初步分析。

［关键词］
双进双出；磨煤机；动静态分离器；煤粉细度
中图分类号：TK223.25
文献标志码：B
文章编号：1000-7229（2009）01-0072-04
1磨煤机的设计选型
根据火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[1]
中关于磨煤机及制粉系统类型选择原则，在选择磨煤机型式和制粉系统时，应根据煤的燃烧、磨损、爆炸特性、可磨性、磨煤机的制粉特性及煤粉细度要求，结合锅炉炉膛和燃烧器结构统一考虑，以达到磨煤机、制粉系统和燃烧装置匹配合理，保证机组安全经济运行[2]。

1.1
煤质分析
国电聊城发电有限公司2×600MW 工程设计煤
种的挥发分V daf 为11.24％，校核煤种的挥发分V daf 为10.66％~15.8％；设计煤种的煤粉气流着火温度
IT 为785~850℃，而校核煤种的煤粉气流着火温度IT 为735~850℃，属于难着火煤种；设计煤种的哈
氏可磨性系数为72，校核煤种的哈氏可磨性系数为
62，属于中等可磨煤；设计煤种的冲刷磨损指数K e 大于5，属于极强磨损性煤。

1.2锅炉对煤粉细度的要求
该工程锅炉为600MW 超临界参数变压直流对冲燃烧锅炉，锅炉厂对制粉系统的要求为煤粉细度
R 90为6％[3]。

1.3磨煤机的选型[4-6]
该工程设计、校核煤种属于低挥发分贫煤，根据火力发电厂制粉系统设计计算技术规定[1]，不同煤质条件下推荐的磨煤机及制粉系统类型分析如下：
1.3.1按点火温度，设计煤种和校核煤种的点火温
度为700~800℃与800~900℃，可选择钢球磨煤机储仓式热风送粉或中速磨及双进双出钢球磨直吹式制粉系统。

1.3.2按煤粉细度，可选择钢球磨煤机储仓式热风
送粉或双进双出钢球磨直吹式制粉系统。

1.3.3按冲刷磨损指数K e ，设计煤种的冲刷磨损指
数K e 大于5，属于极强磨损性煤，可选择钢球磨煤
机储仓式热风送粉或双进双出钢球磨直吹式制粉系统。

综上所述，该工程磨煤机可选用钢球磨储仓式热风送粉系统或双进双出钢球磨直吹式制粉系统。

直吹式制粉系统简单，布置紧凑，钢材消耗少，占地少，投资少，输粉管道阻力小，制粉系统输粉电耗少。

双进双出钢球磨煤机的可靠性高，可用率高，维护简单，维护费用低，出力稳定，储粉能力强，煤种适应性强，在较宽的负荷范围内有快速反应的能力，并具有显著的运行灵活性。

另外，双进双出钢球磨煤机在国产600MW 超临界机组锅炉运行良好，该工程制粉系统确定采用双进双出钢球磨冷一次风正压直吹式制粉系统。

2煤粉分离器的设计选型
2.1煤粉分离器的类型
2.1.1离心式煤粉分离器(静态分离器)
离心式煤粉分离器多与低速磨煤机配合使用，它主要由内、外空心锥体和调节挡板组成。

其主要工作原理为：由磨煤机出来的气粉混合物进入分离器
电力建设Electric Power
Construction 第30卷第1期
2009年1月
Vol ．30No．1
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外锥体下部的环形空间时，由于截面扩大，速度降低，气流中较大的煤粉在重力作用下分离出来，并沿回粉管返回磨煤机中重新磨制。

进入分离器上部的煤粉气力，经过切向调节挡板产生旋转运动，在离心力的作用下，较粗的煤粉被甩到器壁滑下，由内锥体分离出来的回粉达到一定量时，锁气器打开使回粉管落到外锥体，最后煤粉气流进入出口管时，由于急转弯，惯性力又使一部分煤粉分离出来，而合格的细煤粉则被气流从出口管带走。

2.1.2回转式煤粉分离器(动态分离器)
回转式煤粉分离器多与中速磨煤机配合使用，其结构和工作原理是：有1个由电动机经减速机带动的转子，转子一般由20个左右的叶片组成。

由磨煤机来的煤粉气流自下部进入分离器，由于通流截面扩大，速度降低，一部分粗煤粉依靠重力分离出来；气流继续向上，进入分离器转子区域被转子带动作旋转运动，这时气流中的粗煤粉被离心力抛到壁上沿壁面滑下分离出来；当气流通过转子叶片时，又有一部分粗煤粉被叶片撞击而分离出来。

转子转速越高，则气流带出的煤粉越细。

转子的转速靠无级变速装置调整，并可在每分钟几十转到几百转的范围内变化。

2.1.3惯性式煤粉分离器
惯性式煤粉分离器与风扇磨配合使用，这种分离器在煤粉气流通道中装设几块可以调节的折向挡板。

携带煤粉的气流通过折向挡板时发生2次转弯，过粗的煤粉因惯性作用脱离气流而被分离出来，返回磨煤机重新磨制。

改变折向挡板的角度可以调节气流转弯的剧烈程度，从而得到所需要的煤粉细度。

2.2煤粉分离器的设计选型
该工程磨煤机设计选型为双进双出钢球磨煤机，而与双进双出钢球磨煤机配合使用的多为离心式煤粉分离器。

在双进双出钢球磨煤机中，离心式分离器有2种布置型式：整体式布置和分体式布置。

在整体式布置中，煤粉分离器与磨煤机是一个整体，落煤管是从煤粉分离器中间下来，原煤直接落到端部螺旋绞龙下半部。

磨制后的风粉混合物从端部的上半间隙直接进入煤粉分离器入口，该种布置方式比较紧凑，但是煤粉分离效果稍差一些。

在分体式布置中，粗粉分离器与磨煤机分开布置，进入分离器的风粉管具有一定的垂直高度，粗粉分离器为高位布置，一般在运转层，其落煤管单独连接，管路布置比前者要复杂，但是由于粗粉分离器进口有一定的高度，能预先起到重力分离的作用，分离效果比整体式布置要好。

该工程锅炉对煤粉细度要求较高，煤粉细度按R90为6％，采用整体式布置难于达到锅炉厂要求。

因此，该工程煤粉分离器初步设计选型为离心式煤粉分离器、分体式布置。

3磨煤机、煤粉分离器的实际选型
该工程磨煤机招投标过程中共有3家双进双出钢球磨煤机制造商投标，分别为沈阳重型机器有限责任公司、上海重型机器厂有限公司和中信重工机械有限责任公司。

沈阳重型机器有限责任公司和上海重型机器厂有限公司投标设备均为引进法国ALSTOM的BBD双进双出钢球磨煤机配置雷蒙式静态分离器，中信重工机械有限责任公司投标设备为引进美国SVEDALA的双进双出钢球磨煤机配置静态分离器。

3.12种双进双出钢球磨煤机比较
SVEDALA双进双出钢球磨煤机与ALSTOM的BBD双进双出钢球磨煤机在结构和料位控制方面存在如下差别：
3.1.1SVEDALA双进双出钢球磨煤机进煤装置没有螺旋输送器——
—“绞龙”，采用自然溜槽式给料结构，磨的空心轴带有螺旋形螺纹，当其旋转时，将原煤推入筒体内研磨。

空心轴分为2个半圆，一侧进原煤与热风，一侧出风粉混合物；磨煤机长度较短，维护量少，但进煤箱弯管处的磨损较严重。

BBD双进双出钢球磨煤机有螺旋输送装置——
—“绞龙”，原煤进入磨煤机后，由中空轴与内套筒之间的螺旋输送装置将其推入筒体进行研磨。

热风由套筒内进入磨煤机，并携带磨制好的煤粉在内套筒和中空轴之间的上部进入分离器。

“绞龙”检修需要起吊装置以及抽“绞龙”需要空间，在煤仓间与汽机房之间的隔墙上留出专用门，平时关闭，磨煤机检修时打开。

3.1.2SVEDALA双进双出钢球磨煤机驱动装置采用空气离合器，安装在减速机和小齿轮之间，电动机可以空载启动，从而可以减小电动机的启动力矩。

BBD双进双出钢球磨煤机驱动装置是减速机直接与小齿轮连接，电动机通过减速机驱动小齿轮，小齿轮与磨煤机大齿轮啮合把动力传给筒体从而驱动筒体转动。

3.1.3在料位控制方面，SVEDALA双进双出钢球磨煤机采用利用噪声原理的料位控制系统(电耳料位控制系统)进行料位控制，控制精度不高，不利于料位控制自动投入。

BBD双进双出钢球磨煤机配置电耳料位控制
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系统及差压测量料位控制系统。

电耳测量装置作为辅助测量系统，主要是监控磨机筒体内尚未磨制成煤粉的原煤料位。

筒体内煤少噪声强度大；筒体内煤量过高时，噪声强度弱。

该装置根据噪声的强度来判断筒体内原煤的料位，并输出4～20mA的电流控制给煤机的给煤速度。

差压测量装置作为料位主控制系统，主要用于监控磨机筒体内已磨制好的煤粉的料位，它在磨机筒体内设有压差取样点，通过压差值的大小，来确定已被磨制成细粉的料位状态，通常料位高，压差值大，料位低，差值小。

差压测量装置根据料位的高低输出4～20mA的电流控制给煤机的给煤量。

BBD双进双出钢球磨煤机通过电耳和差压测量装置监控筒体内的料位，使磨机筒体内的料位维持在一个恒定的范围之内，既保持筒体内的风煤比恒定不变，又避免因筒体内料位过高而发生堵磨现象。

3.2动静态分离器
3家投标商投标的分离器都是离心式静态分离器，结构、原理基本一致，唯一的区别在于SVEDALA的双进双出钢球磨煤机配置的静态分离器为内锥回粉，而BBD双进双出钢球磨煤机配置的雷蒙式静态分离器取消了内锥体回粉管，而采用可以上下活动的锁气器。

3.2.1沈阳重型机器有限公司动静态分离器
由于东方锅炉厂要求的煤粉细度较细，沈阳重型机器有限责任公司在投标文件中建议采用动静态分离器。

该公司于1996年从德国BABCOCK公司引进了动静态分离器设计技术，并为天津杨柳青电厂成功设计开发出用于中速磨的动静态分离器。

该公司研制的动静态分离器是雷蒙式分离器和动态分离器的优化组合，是集雷蒙式分离器和动态旋转分离器的优点于一体的高效分离设备。

动静态分离器由壳体、静态叶片、动态叶片、粗粉收集装置、内置式煤粉分配器、行星减速器、变频调速电机和变频器等组成。

动静态分离器的工作原理：来自磨煤机的风粉混合物进入分离器后，首先降低流速进行速度场的重力分离过程，然后经过静态叶片进行惯性分离过程，最后进入动态旋转叶片(通过变频调速电机驱动)进行强制分离过程，经过3次分离过程后，合格的细粉经过内置式煤粉分配器被送往锅炉燃烧器，不合格的粗粉通过粗粉收集装置返回磨煤机重新研磨。

3.2.2上海重型机器厂有限公司动静态分离器
上海重型机器厂有限公司于2004年引进了美国GE公司的动态分离器，该动态分离器是配合中速磨煤机使用，带有中空管用于磨煤机进煤。

在引进了美国CE公司的动态分离器后，该公司进行了将美国CE公司的动态分离器和ALSTOM公司的雷蒙式静态分离器合并设置、优化设计的可行性研究，重点调研了德国BABCOCK公司的动静态分离器和GE公司的动态分离器、法国ALSTOM公司的雷蒙式静态分离器的差异。

上重结合美国GE公司的动态分离器、ALSTOM公司的雷蒙式静态分离器的结构特点并参考德国BABCOCK公司动静态分离器的经验，设计了新型的动静态分离器。

该动静态分离器由外壳、内锥体、动叶片、静叶片、变频调速电机、变频器、减速机及多出口装置等组成。

动静态分离器采用双锥结构，动静态顶部装有静叶片和动叶片。

静叶片角度可以在分离器外部调整，通过调整叶片角度来调节进入动叶片的煤粉细度；动叶片由变速调频电机带动，转速可调，通过调整动叶转速来调节煤粉细度。

在动叶停止运转时，该分离器作为一个静态分离器，煤粉细度和保证出力达到设计要求；在动叶正常运转时，煤粉均匀性指数提高、分离器出口风粉浓度偏差减少。

3.2.3两种动静态分离器的差别
两者结构型式基本相同，都是在静态分离器的基础上增加了转速可调的动叶片。

主要差别在于沈阳重型机器有限公司动静态分离器的静叶片是固定不动的，煤粉细度主要靠调节动叶片的转速来调节。

而上海重型机器厂有限公司动静态分离器的静叶片的角度是可调节的，通过调整叶片角度来调节进入动叶片的煤粉细度；同时通过调节动叶片的转速来最终调节煤粉的细度。

在动叶片停止转动后，沈阳重型机器有限公司动静态分离器的煤粉细度变粗，煤粉细度R90约为25％。

而上海重型机器厂有限公司动静态分离器的煤粉细度仍然能够达到设计要求，即煤粉细度R90为6％。

3.3磨煤机和分离器的最终选型
经过综合比较，该工程最终选用上海重型机器厂有限公司BBD4360型双进双出钢球磨煤机配置动静态分离器。

4制粉系统性能探讨
4.1BBD4360磨煤机性能
BBD4360磨煤机为上重引进法国ALSTOM公司双进双出钢球磨煤机全套制造技术中的1种规格，其主要规格参数如下：
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筒体有效内径：4250mm；
筒体有效长度：6140mm；
筒体有效容积：87m3；
磨煤机最大出力：53t/h；
磨煤机最大出力时的钢球填充量90t；
磨煤机最佳保证出力：48.3t/h；
磨煤机最佳保证出力时的钢球填充量82t。

对于该项目设计煤种，磨煤机最佳保证出力为48.3t/h、最大出力为53t/h，满足燃用设计煤种时，6台磨在最佳装球量下运行时的总出力不小于锅炉B-MCR工况燃煤量的115%；燃用校核煤种时，6台磨的计算出力不小于锅炉B-MCR工况燃煤量100%的要求。

4.2动静态分离器性能
对于BBD4360磨煤机磨制设计煤种的煤粉细度，在采用分体式布置静态分离器的情况下，磨煤机出口煤粉细度R90为6％。

由于采用了动静态分离器，在进入动态叶片时，煤粉细度已经达到R90为6％，进入动态叶片的煤粉在转子带动下作旋转运动，气流中的较粗煤粉被离心力抛到壁上沿壁面滑下分离出来，当气流通过转子叶片时，又有一部分粗煤粉被叶片撞击而分离出来，磨煤机出口煤粉细度R90应小于6%。

气流带出的煤粉细度受动态叶片转子转速影响，在一定转速范围内，转速越高气流带出的煤粉细度越细，而动态叶片转速的改变是通过控制变频器4～20mA信号来实现的。

在磨煤机调试过程中，根据对不同转速下的煤粉进行取样分析，制定出分离器转速与煤粉细度关系的试验曲线，然后通过曲线来控制分离器转速，调整磨煤机出口煤粉细度。

根据计算及经验分析可预测，该制粉系统磨煤机动静态分离器出口煤粉细度R90为4%~5%，煤粉均匀性指数为n=1.2～1.3。

5参考文献
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[3]范从振.锅炉原理[M].北京：水利电力出版社，1995.
[4]杨旭中.双进双出磨煤机分离器的选型[M].
[5]解武，范朝峰.双进双出磨煤机的结构及自动控制[J].电力建设，
2006，27(2)：58-60.
[6]罗舜旭.双进双出钢球磨煤机调试工艺[J].电力建设，2007，28(3):
55-58.
Selection of Dynamic and Static Separator for Double-Inlet/outlet Positive Pressure
Direct Blow Pulverizing System
ZHANG Zhi-jun,XIAO Bin
(Liaocheng Power Co.,Ltd.,China Guodian Corp.,Liaocheng252033,China)
［Abstract］Coal mill and separator are key equipment to a boiler pulverizing system.Key criteria for coal mills mainly depend on the characters of the coal,including volatile content,water content,grindability coefficient,wear index,and fineness of pulverized coal.However,the selection of separator is based on mill type.The double-inlet/outlet primary air positive pressure direct blow pulverizing systems of the2×600MW USC boilers of Liaocheng Power Co.are equipped with dynamic and static separators.The selection of separator for ball mills with dual-in/out is introduced.Pulverizing system performance is analyzed preliminarily.
［Keywords］double-inlet/outlet;coal mill;dynamic and static separator;fineness of pulverized coal
(责任编辑：马明)
双进双出正压直吹式制粉系统动静态分离器的选型分析
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[本刊讯]为实现2020年前可再生能源占能源总需求30%的目标以及减少二氧化碳排放，荷兰最近准备在北海中建设1座可发电的人造海岛。

这种称为能源海岛的设施，拟建于北海中离荷兰海岸24~32km的水域，深度大约20m，面积长约6km、宽约4km。

岛上将安装水力发电设备，主要利用岛上风电来引水发电，在风较小时可选择备供线路。

海岛上将修筑大型堤坝，中心点开掘至海平面下40m深，堤坝内设有管道可灌入海水，采取类似于拦坝的水力发电方式，通过抽水后排水带动电机发电。

人造海岛预计有利可图，因为抽水所耗电力低于生产出的电量。

荷兰电力试验所(KEMA)计划投资30~35亿欧元用于可发电人造海岛建设，目前正进行可行性研究以确定最佳选址。

规划中的人造海岛有望在2020年前建成，设计发电能力1500MW，相当于2家大型电厂，能满足荷兰200万户家庭的电力供应。

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