摘要：南阳鸭河口发电有限责任公司粗粉分离器改造前为径向挡板式结构，自投产以来存在着制粉细度大、分离效率低、均匀性差、制粉出力不足等问题。在原有设备的基础上将其改造为一种新型的轴向挡板式分离器。改造后煤粉细度和均匀性均明显改善，燃烧着火稳定性和锅炉效率明显提高，制粉出力大幅提升。
关键词：径向档板式：粗粉分离器；改造
0．引言
粗粉分离器是制粉系统的关键部件之一，其性能直接影响着制粉系统及整个锅炉机组的安全、经济运行。南阳鸭河口发电有限责任公司两台2×350MW发电机组每台锅炉配备两套低速钢球磨煤机中间贮仓式制粉系统，每套制粉系统配备一台仿苏联UKKB型径向挡板式粗粉分离器（Φ6200mm，见下图1）。由于结构形式固有的缺限，此种分离器存在制粉细度大、均匀性差、分离效率低、制粉出力不足等问题［1］。我公司所用粗粉分离器设计时由于上部空间受限等原因，存在问题更多：分离器在运行时阻力达1.6kPa以上，煤粉细度严重偏粗且不均匀，燃烧稳定性和锅炉热效率不高、制粉出力不足和制粉电耗较高等。
经过调研，决定在保留原径向挡板式粗粉分离器的基础和外锥下半部的前提下，将其改造为两级串联式轴向档板式粗粉分离器（见下图2）。
图1 改造前径向档板型粗粉分离器结构简图
1.出粉管；2.径向挡板；3.内锥体；4.支撑筋；5.内置锁气器；6.入口管；7.回粉管
1．改造前的径向档板式粗粉分离器存在的缺陷
1.1分离级数少且效果差
第一级分离主要为重力分离，但效果较差。高速的煤粉气流进入分离器，受到内锥下部撞击锥的迎面阻挡，气流折向并在外锥体内壁附近形成一层高速气流。尽管入口气流受到撞击，使部分粗大煤粉颗粒速度降低，但由于入口气流速度太高，被撞回的颗粒又被高速气流带起，造成内、外锥体之间下部空间的重力分离效果较差；在内、外锥体之间上部空间，由于径向档板叶片需严重节流（为保证煤粉细度，原设计的档板必须关的特别小），煤粉气流的离心分离作用被严重削弱。此处虽然有一部分重力分离，但由于原径向挡板式粗粉分离器上部钢梁限制了分离器的容积空间，重力分离效果不太好。
第二级分离主要在分离器档板叶片出口处，以离心和惯性分离为主，分离效果受到一定削弱。因出口管与档板径向叶片很近，出口管的抽吸作用削弱了煤粉气流的旋转强度，降低了离心分离效果。
1.2 内置回粉锁气器易脱落、卡涩
设计在内锥体下部的锁气器回粉分离，由于进口煤粉气流速度偏高和煤粉偏细，在回粉锁气器出口附近被再次托起，分离效果很差。且粗粉分离器运行一段时间后内锥体下部的锁气器档板门经常脱落、卡涩，使气粉混合物经由内锥体锁气器短路，使得整个分离器分离效果严重恶化。所以每次停机都要进去检查锁气器档板是否有脱落、卡涩并进行修复。
1.3 分离器阻力大，制粉出力不足
煤粉气流进入径向叶片后，由于煤粉气流90°转弯和细度档板的调节节流（为了保证细度，不得不将煤粉细度档板的角度调得很小），煤粉气流流动阻力很大，制粉出力严重不足。
2．改造措施与原理
2.1改造措施
本着改造工作量小、费用低、施工、维护方便的原则，采取下述改造措施：保留原径向挡板式粗粉分离器的基础和外锥下半部，抬高外锥体；在内、外锥之间加装上、下两套轴向挡板替代原分离器顶部的一套径向挡板；减小内锥体积并封闭内锥体，将内锥体下部的锁气器改为倒阶梯型撞击锥；将粗粉分离器入口圆柱管改为喇叭型扩口管同时增大入口管和撞击锥之间的距离等；去掉了轴向分离器出口通常设计的防旋流格珊，将其改为耐磨性较好的直通管（见图2）：
图2 改造后的轴向档板型粗粉分离器结构简图
2.2 改造措施的理论分析
改造后串联双轴向粗粉分离器的分离机理按气体的运动路线分为三级分离。
一级分离为重力分离和撞击分离[2-3]。此段发生在粗粉入口管到第一级档板前。采取的措施为：将粗粉分离器入口圆柱管改为喇叭型扩口管，封闭内锥体，将内锥下部锁气器改成倒阶梯型撞击锥，同时增大入口管和撞击锥之间的距离。
来自磨煤机出口的气粉混合物经粗粉进口管进入分离器底部，由于进口扩管流通截面被增大，气流速度降低（风速由V1=21.5m/s降到17.38m/s）。降速后气流中部分大颗粒煤粉由于重力作用得到分离；煤粉气流经扩口降速后继续上升，中心部分在与内锥底部倒阶梯型撞击锥发生撞击后向四周飞溅，较粗的煤粉颗粒由于惯性大，沿下锥体内壁落入回粉斗内，较细的煤粉颗粒则随着气流继续上升。
通过对分离器的入口管扩口、内锥底撞击倒梯形尺寸和它们相对位置的合理设计降低了粗粉分离器气流入口喷咀附近区域的风速，使气流在进入一级挡板前布满整个通道截面并达到外锥内壁。相对于径向分离器，这样做使得一级挡板前内、外锥体间的气流形态较为均匀、合理，有效提高了煤粉的重力沉降作用，增强了一级轴向挡板对气流的导引和撞击分离作用，而且可对沿外壁流下的回粉进行有效的二次分离。不采用内锥回粉既避免了内锥锁气器的低效回粉分离，又避免了内锥锁气器运行中堵死、串气现象，增加了运行可靠性。
二级分离为两级轴向挡板对煤粉气流的撞击和煤粉气流在两级挡板间区域的重力分离，同时包含少量的离心分离。由于此间煤粉气流沿通道截面分布较为均匀且流速相对较低，撞击和重力分离效果明显；由于一级挡板开度一般较大（一级挡板开度约为60-70°），此处的离心分离作用比较小。
本次改造在内、外锥之间加装上、下两套轴向挡板替代原分离器顶部的一套径向挡板，同时为增加撞击分离效果和使气流通过轴向挡板后有足够的旋转强度，将两片挡板之间重叠度大幅增大到0.46%。实践证明，通过分离器上、下两级挡板的组合调整比一级档板对煤粉细度和均匀性等的调节效果更好、更灵活，调节范围更广阔，而且由于挡板开度较大，分离器的阻力也大幅减小。
三级分离主要为离心分离，同时包含少量重力分离。此段主要发生在二级档板后。采取的措施为：保留原径向挡板式粗粉分离器的基础和外锥下半部，抬高制约外锥体高度的一根钢梁，将外锥体升高2.3-2.4m，将分离器容积强度由最初的3166m3/（m3•h），降低到1187.5 m3/（m3•h）。
由于轴向档板尤其是二级挡板的导流作用（二级挡板开度约为27-33°），气流在分离器内、外锥上部空间形成一个较强的旋转流场，大颗粒被甩到四周沿着外锥流下，小颗粒从中部出口管离开分离器。内、外锥体上部空间的增大使得煤粉气流在二级档板作用下的离心分离路径加长、分离效果增强，同时也使煤粉气流在粗粉分离器出口附近的重力沉降作用得到强化，进一步降低了粗粉分离器出口的煤粉细度，提高了煤粉的均匀性。
经过现场详细论证，本次改造去掉了轴向分离器出口通常设计的防旋流格珊，将其改为耐磨性较好的直通管。出口防旋流格珊的目的是减少粗粉出口管处磨损，同时增加一次撞击分离，但同时降低了煤粉气流在分离器上部的旋转强度和离心分离效果。因此处煤粉较细且流速较高，防旋流格珊处煤粉气流的撞击分离效果并不明显。将此处改为耐磨性较好的直通管总体上提高了分离器的分离效果而且简化了分离器的结构。
3．粗粉分离器改造后的应用效果
注：数据来源自河南电科院提供的2016年鸭电#1机组检修前、后锅炉试验报告
粗粉分离器改造后，经过一年多的运行实践发现，煤粉细度小且均匀，锅炉燃烧稳定、彻底，减少了因煤粉细度偏粗和不均匀问题造成的燃烧不稳而发生的投油助燃甚至停机事件；改造后降低了固体未完全燃烧损失，提高了锅炉热效率，节约了大量的原煤费用；改造后的粗粉分离器出力增大，制粉电耗降低明显，每年节约大量电费；同时两级轴向档板的组合调节较改造前的单极径向档板调节效果更好、更灵活，调节范围也更广阔。由于是局部改造，改造费用较低，其改造投资不到1年就全部收回。
参考文献：
[1]贾鸿祥.制粉系统设计与运行[M].北京，1995.水利电力出版社
[2]边青，谭厚章.火电厂粗粉分离器的改型设计与应用[J].现代电力，2003.3、4（2）：33-55
[3] 范洪林，等 粗粉分离器的改进［ J］，热能动力工程，1996，11（1）：56-58
作者简介：
张德勋（1974—），男，助理工程师，主要从事火力发电厂锅炉辅机维护、管理工作。供职单位：河南省南阳鸭河口发电有限责任公司设备部
牛正（1977—），男，工程师，主要从事火力发电厂锅炉维护、管理工作。供职单位：河南省南阳鸭河口发电有限责任公司设备部
论文作者:张德勋,牛正
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/24
标签：分离器论文; 档板论文; 气流论文; 锥体论文; 挡板论文; 煤粉论文; 制粉论文; 《电力设备》2017年第16期论文;