周新明，許杰，孔令法

1.內(nèi)蒙古北方蒙西發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯，016014； 2.國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)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(lái)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年6月，全國(guó)已投產(chǎn)100MW以上等級(jí)循環(huán)流化床機(jī)組約420臺(tái)，總裝機(jī)容量超過(guò)70GW，循環(huán)流化床發(fā)電的主力機(jī)型是135MW等級(jí)機(jī)組和300MW等級(jí)機(jī)組，占總裝機(jī)容量的82%、裝機(jī)總臺(tái)數(shù)的79%[1]。

某公司在國(guó)內(nèi)首次使用由上海電氣集團(tuán)股份有限公司采用法國(guó)ALSTOM技術(shù)制造的300MW循環(huán)流化床鍋爐，并配套上海汽輪機(jī)廠制造的直接空冷凝汽輪發(fā)電機(jī)組。工程于2004年8月破土動(dòng)工，2007年年底兩臺(tái)機(jī)組相繼投產(chǎn)。鍋爐采用雙側(cè)排渣，每爐配置四臺(tái)滾筒冷渣機(jī)，下游設(shè)兩臺(tái)平行刮板輸送機(jī)，無(wú)備用，底渣經(jīng)斗提機(jī)提升至渣倉(cāng)內(nèi)存儲(chǔ)，定期裝車運(yùn)輸?shù)娇蛻暨M(jìn)行綜合利用。

1 問(wèn)題分析

刮板輸送機(jī)是在封閉或半封閉料槽中，依靠無(wú)端循環(huán)運(yùn)動(dòng)的刮板鏈條輸送物料。本工程刮板輸送機(jī)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(yùn)行中出現(xiàn)磨損大、刮板變形、傳動(dòng)噪音大等問(wèn)題，1～2個(gè)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(wèn)題的原因分析如下。

圖1 刮板輸送機(jī)問(wèn)題實(shí)拍

（1）工況原因。受市場(chǎng)影響，鍋爐摻燒劣質(zhì)煤和污泥等導(dǎo)致排渣量增大，加之滾筒冷渣機(jī)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(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)際排渣溫度有時(shí)會(huì)超過(guò)500℃。經(jīng)綜合考慮，上述為鍋爐的客觀因素，不易解決，擬通過(guò)底渣系統(tǒng)升級(jí)改造，解決輸送問(wèn)題。

（2）嚙合傳動(dòng)分析。刮板機(jī)采用叉型鏈條的外圓輪廓與鏈輪輪齒嚙合傳動(dòng)。經(jīng)測(cè)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(jìn)行加工。所以，叉型鏈同圓環(huán)鏈傳動(dòng)一樣，為非共軛嚙合傳動(dòng)。非共軛嚙合傳動(dòng)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(dá)60HRC。隨機(jī)取得10件新購(gòu)置鏈節(jié)和磨損后替換的鏈節(jié)，測(cè)量其節(jié)距數(shù)據(jù)對(duì)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(zhǎng)1.3mm。

圖2 使用前后鏈節(jié)節(jié)距對(duì)比

分析鏈條磨損的主要原因是上游滾筒冷渣機(jī)出力不足，大量紅渣落入輸送機(jī)中，導(dǎo)致鏈條硬度下降，且灰渣落入摩擦副，使得鏈條磨損拉長(zhǎng)。部分鏈節(jié)磨損拉長(zhǎng)超過(guò)2.5mm，導(dǎo)致嚙合傳動(dòng)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(shí)，非常容易發(fā)生彎曲；彎曲后會(huì)導(dǎo)致輸送能力進(jìn)一步降低，造成惡性循環(huán)[3]。

2 技改方案對(duì)比

2.1 技改目標(biāo)

提高輸送機(jī)穩(wěn)定性、壽命、耐熱性，降低維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用。

2.2 行業(yè)調(diào)研

對(duì)循環(huán)流化床鍋爐底渣處理系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年的市場(chǎng)調(diào)研，系統(tǒng)工藝流程配置如表1。其中在150MW及其以上機(jī)組，鏈斗輸送機(jī)和刮板輸送機(jī)均按規(guī)范要求采用一運(yùn)一備。特別是某葉集生物質(zhì)熱電項(xiàng)目采用了三臺(tái)CFB鍋爐配置六臺(tái)冷渣機(jī)共用一臺(tái)鱗斗輸送機(jī)，輸送長(zhǎng)度超過(guò)80米且運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)量很小，開(kāi)創(chuàng)了行業(yè)多爐一機(jī)布局的先河[4]。

表1 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組底渣系統(tǒng)配置

2.3 鏈斗輸送機(jī)

鏈斗式輸送機(jī)是以沿軌道運(yùn)行的料斗來(lái)水平或傾斜輸送物料的設(shè)備，也是國(guó)內(nèi)CFB機(jī)組應(yīng)用最多的輸送機(jī)[5]。如圖3為鏈斗輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行照片。

圖3 CFB機(jī)組底渣用鏈斗輸送機(jī)

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)存在兩種鏈斗輸送機(jī)，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(jī)參數(shù)和性能對(duì)比如表2所示。

表2 兩種鏈斗機(jī)對(duì)比表

圖4 邊雙鏈與中雙鏈鏈斗輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

經(jīng)與使用工程師交流，大多項(xiàng)目鏈斗機(jī)運(yùn)行也不可靠，維護(hù)量同刮板機(jī)一樣很大；有些出力小的鏈斗機(jī)運(yùn)行較可靠，但爐渣進(jìn)料時(shí)飛濺、機(jī)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(yán)重，且滾輪容易脫軌導(dǎo)致故障，連續(xù)運(yùn)行壽命很難超過(guò)一年[6]。鏈斗機(jī)與刮板機(jī)結(jié)構(gòu)和性能對(duì)比如下表3。

表3 鏈斗機(jī)與刮板機(jī)對(duì)比

綜上對(duì)比分析，鏈斗輸送機(jī)造價(jià)與刮板機(jī)等同，雖采用軸承實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)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(jī)

鱗斗輸送機(jī)是基于鱗斗干渣機(jī)去掉冷卻風(fēng)系統(tǒng)的輸送設(shè)備。鱗斗干渣機(jī)作為冷卻和輸送一體機(jī)廣泛應(yīng)用在煤粉爐底渣處理中，且投運(yùn)近400臺(tái)機(jī)組均不設(shè)置備用。同刮板和鏈斗輸送機(jī)一樣，鱗斗輸送機(jī)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(jī)特有的軸承外置于機(jī)殼外面[7]。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 鱗斗輸送機(jī)結(jié)構(gòu)原理與實(shí)物

根據(jù)本工程參數(shù)，將鱗斗輸送機(jī)與刮板機(jī)和鏈斗機(jī)的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行對(duì)比，如表4。綜合分析得鱗斗機(jī)性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)輸送機(jī)[8]。

表4 四種輸送機(jī)對(duì)比表

2.5 鋼帶輸送機(jī)

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

如圖6，一期采用三級(jí)進(jìn)倉(cāng)技術(shù)，包括兩級(jí)鋼帶輸送機(jī)和一級(jí)斗提機(jī)。系統(tǒng)耗電：一級(jí)驅(qū)動(dòng)19.9A，一級(jí)清掃8.0A；二級(jí)驅(qū)動(dòng)14.6A，二級(jí)清掃14.2A；三級(jí)提升12.4A；共計(jì)69.1A。換熱后風(fēng)溫為94.8℃（測(cè)點(diǎn)為干渣機(jī)出風(fēng)口溫度，非入爐溫度）。二期采用鱗斗機(jī)一級(jí)進(jìn)倉(cāng)且無(wú)清掃系統(tǒng)，系統(tǒng)耗電15.4A。換熱后風(fēng)溫為：113℃、110.6℃、119.3℃，平均114.3℃。

圖6 鋼帶機(jī)（左）與鱗斗機(jī)（右）運(yùn)行DCS畫面

根據(jù)上述數(shù)據(jù)對(duì)比，鋼帶機(jī)電流69.1A，鱗斗機(jī)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(guò)了解鋼帶極易打滑，運(yùn)維專家也認(rèn)為鱗斗機(jī)性能更優(yōu)；主要不足是鱗斗機(jī)的造價(jià)太高，這也符合價(jià)值規(guī)律結(jié)果。

3 工程實(shí)踐

3.1 方案確定

先對(duì)故障率更高的2#爐進(jìn)行技改，通過(guò)方案論證和公開(kāi)招標(biāo)后選用青達(dá)環(huán)保GLS12型鱗斗輸送機(jī)代替原刮板輸送機(jī)，設(shè)備出力50t/h，最高耐溫滿足550℃，設(shè)備投資為原刮板機(jī)的3.7倍。

3.2 工程周期

為保證冬季供暖，工程采用運(yùn)籌學(xué)管理方式，設(shè)計(jì)、制造、安裝統(tǒng)籌管理。為降低成本保證工期，電機(jī)減速器利舊，基礎(chǔ)利舊。設(shè)備整個(gè)制造周期2個(gè)月，安裝1個(gè)月，整個(gè)工程時(shí)間大約3個(gè)月，在2021年12月初正式投運(yùn)。

3.3 磨損拉長(zhǎng)測(cè)試

至2022年6月底，設(shè)備運(yùn)行7個(gè)月，輸送鱗斗未做張緊，所以磨損很輕，壽命已遠(yuǎn)超原刮板機(jī)的2個(gè)月；預(yù)計(jì)可滿足40000h額定設(shè)計(jì)壽命，滿足壽命技改目標(biāo)。

3.4 電耗測(cè)試

同期對(duì)1#爐刮板輸送機(jī)的刮板鏈條進(jìn)行了更換，具有科學(xué)對(duì)比條件。DCS截屏如下圖7所示。

圖7 刮板機(jī)（上）和鱗斗機(jī)（下）電流變化

根據(jù)圖7進(jìn)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(yùn)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(jī)對(duì)比表

3.5 運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試

鱗斗輸送機(jī)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(dòng)。由表5分析可知，其電流波峰波谷波動(dòng)數(shù)值由刮板機(jī)的4A減小為0.5A，降低了88%。共軛傳動(dòng)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(cè)試

鱗斗輸送機(jī)用在煤粉爐的爐渣冷卻中，經(jīng)受助了紅渣考驗(yàn)。經(jīng)7個(gè)月運(yùn)行，無(wú)任何燒傷、膨脹等問(wèn)題；實(shí)際運(yùn)行時(shí)，測(cè)試鏈條的溫度均在100℃以下，也驗(yàn)證了邊雙鏈更能承受高溫。

4 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)運(yùn)行工況、嚙合傳動(dòng)、鏈條磨損和刮板結(jié)構(gòu)分析了現(xiàn)刮板輸送機(jī)各種問(wèn)題產(chǎn)生的原因。（2）通過(guò)理論和實(shí)際調(diào)研，對(duì)比分析了鏈斗輸送機(jī)、鱗斗輸送機(jī)和鋼帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，最終技改方向確定為鱗斗輸送機(jī)。（3）選用青達(dá)環(huán)保GLS12型鱗斗輸送機(jī)，額定設(shè)計(jì)出力50t/h，耐溫550℃。技改后輸送裝置重量增加了351%，但運(yùn)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(jī)的4A減小為0.5A，降低了88%；設(shè)備連續(xù)運(yùn)行7個(gè)月，未出現(xiàn)拉長(zhǎng)、高溫影響和運(yùn)行問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了技改目標(biāo)。（4）鱗斗輸送機(jī)首次應(yīng)用在大型CFB并取得了成功，且不設(shè)置備用，為后續(xù)我國(guó)CFB底渣處理系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)期望鱗斗輸送機(jī)技術(shù)能繼續(xù)進(jìn)步，在保證產(chǎn)品性能前提下，降低制造成本，推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。