液压上顶式石子煤全密封排放系统改造在火力发电厂中的应用及综合效益分析

李新华

（福建大唐国际宁德发电有限责任公司福建宁德355006）

摘要：福建大唐国际宁德发电有限责任公司一期工程为2×600MW机组，二期工程为2×660MW机组，原磨煤机石子煤排放系统为开放式人工清运，粉尘污染严重。通过对现有已改造的排放系统的调查研究和比较，将原来开式排渣系统改进为一种液压上顶式全密闭式排放系统，彻底杜绝了泄漏、扬尘问题，大大减少了日常维护和清运工作量。对于同类型磨煤机石子煤排放系统改造具有借鉴作用。

关键词：热电厂；磨煤机；石子煤；封闭式排放系统；旋转陶瓷排渣阀

福建大唐国际宁德发电有限责任公司一期工程为2×600MW机组，二期工程为2×660MW机组，锅炉制粉系统选取的磨煤机为HP1003/冷一次风机正压直吹中速碗式磨煤机。改造前磨煤机石子煤排放系统工作方式：开放式排放、人工清运。结构如图一：在磨煤机出渣口依次设置过渡管、一次排渣阀、过渡储渣箱、二次排渣阀和敞口式石子煤车。

一、原石子煤排放系统简介：

自电厂投运以来，援用的石子煤排放设备存在以下缺陷（结构见图一）：

1、阀门易损坏、泄漏。一二道排渣门（锲式闸板阀），由于其结构原因，易造成石子煤卡滞闸板，造成关闭不严、泄漏；闸板频繁开启造成金属闸板不耐磨损；轴部密封部位采用填料密封方式，磨损后无法有效补偿，造成泄漏，平均3-6个月就需对其进行维护，检修，甚至更换。

2、开放式排放造成环境污染。由于采用开放式的排放方式，闸板阀无法完全隔断运行时的一次风，排放石子煤时一次风携带大量粉尘喷射至磨煤机区域，粉尘漂浮附着在管道、设备上，造成环境污染，严重影响清渣工人及巡检人员的身心健康。

3、粉尘侵入液压泵站液压油内，造成液压元件工作不正常，每隔一段时间需对液压油进行过滤，油液过滤清洁度达到NAS1638标准八级，才能使液压泵站正常工作。粉尘侵入其他设备内部，造成设备磨损增大，检修维护工作量大。

4、故障造成磨煤机非停事故。阀门的损坏、排放系统设备的异常，带来了点检、维修和后勤工作的负担加重。严重时造成磨煤机非正常停机，损害了电厂正常的运营计划。

针对以上缺陷，宁德发电公司设备部锅炉专业结合HP型磨煤机的结构特点及运行特点，展开了充分的调研，进行科技攻关，决定将HP磨煤机石子煤排放系统改造为全密封式排放系统。

二、对新型石子煤排放方案及配套排渣阀的调研和分析。

1、通过考察、调研，各家电厂的磨煤机石子煤全密封排放改造主要有3种方式，分别为：双气缸下压式密封排放、电动上顶式密封排放、液压上顶式全密封排放。

经过分析、对比各个密封排放方式的优缺点和使用情况，总结如下：

双气缸下压式密封排放：使用两个下压气缸作为驱动力，压紧密封板与石子煤箱，进行密封排放。密封过程需要气动控制，结构较为复杂，下压密封防尘套易损坏，设备后期维护量较大，备配备件多。设备使用一到两年以后容易形成两个下压气缸所连接的设备上半部分往上翘，变形后与石子煤箱之间密封不严，开始泄漏，存在二次改造风险。可设计配合360度旋转叉车使用，优点是可设计的石子煤箱排放容积相对较大。

电动上顶式密封排放：采用两个电机配套两个减速机作为驱动力带动石子煤箱向上运动压紧密封面，进行密封排放。密封过程需要电机驱动定制的丝杠顶起石子煤箱密封，整体系统结构复杂，工程造价较高，设备后期维护量最大。长期使用丝杠部分容易磨损，行程开关等限位长期运行在震动等复杂条件下造成移位会使提升产生倾斜，造成密封不严，同时损毁电机。此种设计的石子煤箱容积最小。

液压上顶式全密封排放：采用液压推车顶起石子煤箱向上压紧密封面，同时采用锁紧装置进行锁紧密封，双密封保险形式。采用旋转式陶瓷密封排渣阀作为密封排渣阀。密封过程不消耗气、电。几乎无备品备件，故障点少，后期维护量最小，运行成本最低。石子煤箱存满后，可配合使用360°旋转叉车运输到指定排渣点，节省人工。可设计排放容积较大。

综上，液压上顶式全密封排放在所有方案中操作最为简单方便，配合旋转式陶瓷密封排渣阀使用，密封性能好，后期维护费用最低，密封过程不耗气，不耗电，且无前两种改造在使用两年以后有重新改造的隐患，实现节能环保。

2、关于磨煤机石子煤排放系统配用的排渣阀，现有系统中较多使用的主要为三种阀门：

单闸板阀、双闸板阀、旋转式陶瓷排渣阀。

经过分析，对比各中排渣阀的优缺点和使用情况。总结如下：

单闸板阀：石子煤系统使用最多的阀门，但是由于本身的结构原因，阀门关闭时锲槽内容易卡滞石子煤造成关闭不严、产生内漏；填料密封处长期运行易磨损造成外漏；金属密封面易磨损，密封性差；虽然价格较低，但使用寿命最短。

双闸板阀：双面闸板密封，其中下面的闸板易卡滞石子煤块，造成整体阀门关闭不严、内漏，但几率相对单闸板阀较低；填料密封处长期运行易磨损造成外漏；金属密封面易磨损，密封性差；价格较单闸板阀稍高，使用寿命一般。

旋转式陶瓷排渣阀：新型排渣阀，转为石子煤排放系统设计，旋转式启闭及大阀腔设计使其避免了卡滞石子煤块隐患；转轴密封处使用双圆锥滚子轴承定位和多级骨架油封密封，阀门长期运行轴部密封无泄漏，且免维护；工程氧化锆陶瓷密封面耐磨损，密封性能卓越；价格较其他两种阀门略高，但使用寿命是其他两种阀门的2~5倍，因此综合成本为最低。经调研在同样工况的电厂磨煤机排渣系统中如：大唐三门峡发电厂、大唐安阳发电厂、鹤壁丰鹤发电厂等使用寿命均超过了4年，且使用效果好。

旋转式陶瓷排渣阀的密封性能好、经济效益优势突出，非常适合磨煤机石子煤排放系统。

三、液压上顶式石子煤全密封排放系统原理详细介绍

液压上顶式石子煤全密封排放系统（如图二所示）由接料口、旋转式陶瓷排渣阀、密封锁紧装置、导正装置、石子煤转运箱和手动液压车组成。石子煤转运箱由液压小车实现移动及密封，由装有360°旋转货叉的叉车将石子煤渣倒至指定位置。排渣阀驱动力由压缩空气提供。

1、使用的排渣阀门为旋转式陶瓷耐磨排渣阀，采用氧化锆陶瓷做为密封副，隔离石子煤出口和转运箱，当箱内渣满时，阀门关闭，泄出石子煤箱里的正压后，石子煤箱密封解除、转运石子煤渣；石子煤箱就位密封后，排渣阀打开放料。

2、密封锁紧导向定位装置，密封、锁紧、导向、泄压、喷淋等各项功能积于一体。密封盖板上部与导渣管相连接，下部与导向定位装置相连，导向定位装置固定在地面上，增加了系统的稳定性。密封盖板上面依次设置泄压、喷淋，下平面镶嵌密封环，与石子煤转运箱上平面压紧实现全密封排放空间。导向定位装置使用轮滑导向，可使转运箱轻松准确进入密封位置。

3、石子煤转运箱，前上面设置带刷观测窗，可以便随时观测导渣管内和排渣箱内的落料情况，箱体设置与转运叉车匹配的叉口，用于液压（电动）叉车翻转倾倒石子煤渣（见图三）。

4、液压搬运车，用于转运石子煤箱，同时石子煤箱就位后举升箱体使箱体上面与密封环压紧，必要时操作手动锁紧密封装置，此时，液压搬运车可移出。

运行流程：

1、液压推车叉齿升起离地1-3cm，推入转运箱下部叉口，将转运箱通过导正轮装置推入机架下方；

2、举升转运箱与密封环压紧；

3、操作锁紧装置锁紧密封；

4、按下配电柜上排渣阀打开按钮，排渣阀打开并发出信号到集控室，系统开始排渣；

5、石子煤箱排满后，关闭旋转式陶瓷耐磨排渣阀，打开泄压阀泄气（必要时）；

6、解除锁紧装置；

7、工作人员用液压推车将转运箱拉出，旋转叉车叉起并移至倾倒点，旋转并倾倒；

8、将转运箱用推车推入机架下方，开始下一个循环。

四、旋转式陶瓷耐磨阀结构简介：

旋转式陶瓷耐磨阀门结构上包括阀体、阀体流道内的陶瓷阀板、安装在阀体流道处的陶瓷密封环、转轴连接机构。阀门通过汽缸、转轴、阀摇臂带动陶瓷阀板做开关运动。陶瓷阀板和陶瓷密封环形成一个陶瓷面密封副。为使旋转式陶瓷阀门密封更可靠，阀座摇臂和阀座中间设置有进口压力弹簧，使陶瓷阀板和陶瓷密封环始终处于紧密结合状态。旋转式陶瓷耐磨阀门密封副采用特制工程氧化锆陶瓷，具有硬度高、耐磨性好、韧性高、摩擦系数低、耐腐蚀性好等优点。相对比普通陶瓷，其耐磨损性是普通陶瓷的2~3倍，而摩察系数仅为普通陶瓷的1/2。优越的性能保证了陶瓷在600℃的高温环境下无炸裂及性能下降。阀门使用寿命更长。

旋转式陶瓷阀门采用先进的轴密封结构技术，三层进口PTFE材质油封加双层圆锥对称轴承的密封结构，提高密封严密性的同时，大大降低了气动机构开关阀门的阻力，有效的提高了阀门的使用寿命。专利技术采用独特的进口弹簧顶起式密封结构使陶瓷阀板和陶瓷密封环始终处于紧密结合状态，阀门开关时随着气动机构的带动密封闸板旋转式启闭，提高了自润滑性和使用效果。

五、系统改造过程及改造效果

经查询资料，实地探访相关的磨煤机排渣系统改造方案，及相应的排渣阀结构特点，通过多次技术沟通，结合我公司的实际改造要求，最终决定使用液压上顶式全密封排放改造方案。改造方案由河南鼎盛铝业有限公司实施。双方互相进行技术探讨沟通后确定改造后的石子煤全密封排放应达到以下要求：

1、石子煤排放阀门应可靠耐用，此项为此次改造的重点，如果阀门密封性及耐用度不够，仍然会产生粉尘污染，会直接影响改造效果。

2、为减少石子煤密封排放设备改造后的检修维护工作量，整体结构应简单，可靠。

3、石子煤箱应有导向定位装置。

4、改造方案整体对磨机基础及厂房布局构造改动最小。

5、因我公司磨煤机车间已进行地板砖铺设，石子煤箱在转运时应不能损伤地板砖。

运行方式为：在运行中，通过观测窗观察石子煤箱料满时，气动旋转式陶瓷耐磨排渣阀关闭，泄压阀开启泄出渣箱内压力，操作人员松开锁紧保险装置，将手动液压小车降下，排渣箱移出，由带液压旋转头燃柴油叉车叉至指定的排渣地点倾倒。然后用液压手动推车将备用的储渣箱在导向装置的辅助下，进入密封位置，手动液压小车顶起密封，开启气动旋转陶瓷排渣阀，进行下一次排放石子煤过程。

2015-2016年间，利用机组停备及结合磨煤机大修，河南鼎盛铝业有限公司对我公司全部磨煤机进行了改造。改造后，排放系统真正实现了全密封式排放，同时配套的陶瓷排渣阀使用效果良好，后期维护检修成本极低，粉尘环境污染得到了彻底的改善，带来了实在的经济效益和环境效益。

六、改造后的经济效益分析：

直接经济效益：

原有一台磨煤机一、二道门开关使用寿命为20000次开关为例，按排渣要求20min开关一次，一天操作72次，最长使用寿命约一年，维修、更换每台插板门的人工采购、安装、维护检修费用约为2万元每台磨煤机，则全厂24台磨每年可节省的资金48万元。

磨煤机进行可移动式密闭排渣箱体的全密封排渣系统改造后，因工作强度减少，排渣人员由改造前的4个机组每个机组3个人，变成每个机组1个人。每年节省了8个人工。每年节省了人工费用约32万元。

综合每年为厂内节省资金约80万元。

与其他方式的改造相比，液压上顶式全密封排放没有使用气、电等动力密封，而是采用简便的液压装置+机械快速锁紧，绿色环保，无能源消耗，故障率低，后期备品备件少，维护工作量少。

间接性经济效益：

原排放系统产生的粉尘污染附着在管道，设备上需大量保洁工人清扫维护环境卫生，现在工作量大为减少；

保护了职工的安全健康，有效的改善了磨煤机相关从业人员的工作环境。

减少了液压泵站的液压油过滤工作量；

减少了因粉尘污染造成的设备磨损；

减轻了设备日常维护的工作量。

七、改造后整体评价：

系统改造前，石子煤系统产生的缺陷占整个制粉系统缺陷的40%多，因石子煤排放中排渣门门板变形卡涩、热风外漏，开放式排放等烧坏周围设备引起的磨煤机停运事件时有发生。

石子煤系统进行液压上顶式全密封排放改造后，设备经过近两年时间的运行，运行状况良好。期间，没有发生因石子煤系统缺陷造成的设备停运事件，没有发生磨煤机热风内外漏缺陷，实现石子煤系统“零”泄漏。设备改造后，杜绝了磨煤机因为排渣产生的浮尘，防止了因漏热风产生的冒烟火缺陷，改善了磨煤机区域的环境，改变了磨煤机排放中粉尘飞扬污染环境的现象，改善了排渣人员的工作环境。

因取得了良好的使用效果，带来了可观的经济和环境的综合效益，大唐国际宁德发电有限责任公司的磨煤机改造项目成为了行业中改造成功的标杆，引起了大唐集团内部成员单位和集团领导的重视，为大唐集团和国内的发电企业相关项目成功改造带来了借鉴价值，为国家发电行业的提高和进步作出一份贡献。

参考文献：

[1]叶江明，潘效军，陈广利等.电厂锅炉原理及设备.中国电力出版社.2010

[2]上海重型机械厂.HP磨煤机使用说明书.1993

[3]火力发电厂除灰设计技术规程（DL/T5142-2012）.