耐高溫共軛傳動鱗斗輸送技術研究與工程實踐

周新明，許杰，孔令法

1.內蒙古北方蒙西發電有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯，016014； 2.國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油分公司，寧夏銀川，750000

0 引言

循環流化床鍋爐技術是近十幾年來迅速發展的高效低污染清潔燃燒技術，在電站鍋爐、工業鍋爐、廢棄物處理利用等領域得到廣泛應用。據不完全統計，截至2020年6月，全國已投產100MW以上等級循環流化床機組約420臺，總裝機容量超過70GW，循環流化床發電的主力機型是135MW等級機組和300MW等級機組，占總裝機容量的82%、裝機總臺數的79%[1]。

某公司在國內首次使用由上海電氣集團股份有限公司采用法國ALSTOM技術制造的300MW循環流化床鍋爐，并配套上海汽輪機廠制造的直接空冷凝汽輪發電機組。工程于2004年8月破土動工，2007年年底兩臺機組相繼投產。鍋爐采用雙側排渣，每爐配置四臺滾筒冷渣機，下游設兩臺平行刮板輸送機，無備用，底渣經斗提機提升至渣倉內存儲，定期裝車運輸到客戶進行綜合利用。

1 問題分析

刮板輸送機是在封閉或半封閉料槽中，依靠無端循環運動的刮板鏈條輸送物料。本工程刮板輸送機采用中單鏈上回程全密封結構，鏈條為鍛造叉型鏈，如圖1。運行中出現磨損大、刮板變形、傳動噪音大等問題，1～2個月就需要更換一次刮板鏈條[2]，影響正常工業生產。出現這些問題的原因分析如下。

圖1 刮板輸送機問題實拍

（1）工況原因。受市場影響，鍋爐摻燒劣質煤和污泥等導致排渣量增大，加之滾筒冷渣機磨損老化出力減小，且污泥燃燒使排渣粒度減小易產生渣自流等問題，導致實際排渣溫度有時會超過500℃。經綜合考慮，上述為鍋爐的客觀因素，不易解決，擬通過底渣系統升級改造，解決輸送問題。

（2）嚙合傳動分析。刮板機采用叉型鏈條的外圓輪廓與鏈輪輪齒嚙合傳動。經測量發現，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，不進行加工。所以，叉型鏈同圓環鏈傳動一樣，為非共軛嚙合傳動。非共軛嚙合傳動穩定性差，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。經熱處理后鏈條表面硬度可達60HRC。隨機取得10件新購置鏈節和磨損后替換的鏈節，測量其節距數據對比如圖2。使用前節距平均為200.2mm，使用近2月后為201.5mm，平均磨損拉長1.3mm。

圖2 使用前后鏈節節距對比

分析鏈條磨損的主要原因是上游滾筒冷渣機出力不足，大量紅渣落入輸送機中，導致鏈條硬度下降，且灰渣落入摩擦副，使得鏈條磨損拉長。部分鏈節磨損拉長超過2.5mm，導致嚙合傳動出現跳鏈、夾鏈等不穩定現象，影響工業生產[3]。

（4）刮板結構分析。由圖1知，刮板鏈條為單鏈結構，刮板為懸臂結構，在高溫和大出力時，非常容易發生彎曲；彎曲后會導致輸送能力進一步降低，造成惡性循環[3]。

2 技改方案對比

2.1 技改目標

提高輸送機穩定性、壽命、耐熱性，降低維護量和維護費用。

2.2 行業調研

對循環流化床鍋爐底渣處理系統進行了長達一年的市場調研，系統工藝流程配置如表1。其中在150MW及其以上機組，鏈斗輸送機和刮板輸送機均按規范要求采用一運一備。特別是某葉集生物質熱電項目采用了三臺CFB鍋爐配置六臺冷渣機共用一臺鱗斗輸送機，輸送長度超過80米且運行穩定、維護量很小，開創了行業多爐一機布局的先河[4]。

表1 循環流化床鍋爐機組底渣系統配置

2.3 鏈斗輸送機

鏈斗式輸送機是以沿軌道運行的料斗來水平或傾斜輸送物料的設備，也是國內CFB機組應用最多的輸送機[5]。如圖3為鏈斗輸送機現場運行照片。

圖3 CFB機組底渣用鏈斗輸送機

經調研發現目前市場存在兩種鏈斗輸送機，如圖4，分別是邊雙鏈（左）和中雙鏈（右）結構。兩種鏈斗輸送機參數和性能對比如表2所示。

表2 兩種鏈斗機對比表

圖4 邊雙鏈與中雙鏈鏈斗輸送機結構

經與使用工程師交流，大多項目鏈斗機運行也不可靠，維護量同刮板機一樣很大；有些出力小的鏈斗機運行較可靠，但爐渣進料時飛濺、機殼底部堆料、鏈條不耐磨且易跑偏，尤其是中雙鏈結構鏈條與爐渣距離近，受高溫影響嚴重，且滾輪容易脫軌導致故障，連續運行壽命很難超過一年[6]。鏈斗機與刮板機結構和性能對比如下表3。

表3 鏈斗機與刮板機對比

綜上對比分析，鏈斗輸送機造價與刮板機等同，雖采用軸承實現滾動摩擦，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

鱗斗輸送機是基于鱗斗干渣機去掉冷卻風系統的輸送設備。鱗斗干渣機作為冷卻和輸送一體機廣泛應用在煤粉爐底渣處理中，且投運近400臺機組均不設置備用。同刮板和鏈斗輸送機一樣，鱗斗輸送機也采用封閉輸送，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，且采用了干渣機特有的軸承外置于機殼外面[7]。其結構如圖5所示。

圖5 鱗斗輸送機結構原理與實物

根據本工程參數，將鱗斗輸送機與刮板機和鏈斗機的結構性能進行對比，如表4。綜合分析得鱗斗機性能遠優于傳統輸送機[8]。

表4 四種輸送機對比表

2.5 鋼帶輸送機

鋼帶輸送機同鱗斗輸送機一樣也廣泛應用在煤粉爐底渣中，某央企萊州發電廠一期和二期1000MW機組分別采用了這兩種技術[9]。

如圖6，一期采用三級進倉技術，包括兩級鋼帶輸送機和一級斗提機。系統耗電：一級驅動19.9A，一級清掃8.0A；二級驅動14.6A，二級清掃14.2A；三級提升12.4A；共計69.1A。換熱后風溫為94.8℃（測點為干渣機出風口溫度，非入爐溫度）。二期采用鱗斗機一級進倉且無清掃系統，系統耗電15.4A。換熱后風溫為：113℃、110.6℃、119.3℃，平均114.3℃。

圖6 鋼帶機（左）與鱗斗機（右）運行DCS畫面

根據上述數據對比，鋼帶機電流69.1A，鱗斗機為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%。通過了解鋼帶極易打滑，運維專家也認為鱗斗機性能更優；主要不足是鱗斗機的造價太高，這也符合價值規律結果。

3 工程實踐

3.1 方案確定

先對故障率更高的2#爐進行技改，通過方案論證和公開招標后選用青達環保GLS12型鱗斗輸送機代替原刮板輸送機，設備出力50t/h，最高耐溫滿足550℃，設備投資為原刮板機的3.7倍。

3.2 工程周期

為保證冬季供暖，工程采用運籌學管理方式，設計、制造、安裝統籌管理。為降低成本保證工期，電機減速器利舊，基礎利舊。設備整個制造周期2個月，安裝1個月，整個工程時間大約3個月，在2021年12月初正式投運。

3.3 磨損拉長測試

至2022年6月底，設備運行7個月，輸送鱗斗未做張緊，所以磨損很輕，壽命已遠超原刮板機的2個月；預計可滿足40000h額定設計壽命，滿足壽命技改目標。

3.4 電耗測試

同期對1#爐刮板輸送機的刮板鏈條進行了更換，具有科學對比條件。DCS截屏如下圖7所示。

圖7 刮板機（上）和鱗斗機（下）電流變化

根據圖7進行數據分析如表5所示，技改后輸送裝置重量增加了351%，運行電流由19A降低為15A，降低約21%，節能效果顯著。

表5 兩種鏈斗機對比表

3.5 運行穩定性測試

鱗斗輸送機采用的模鍛軸心鏈為全加工工藝，節距最大偏差為0.05mm，為典型共軛傳動。由表5分析可知，其電流波峰波谷波動數值由刮板機的4A減小為0.5A，降低了88%。共軛傳動的穩定性不但減小電流，還可降低磨損，從而提高系統穩定性。

3.6 耐溫測試

鱗斗輸送機用在煤粉爐的爐渣冷卻中，經受助了紅渣考驗。經7個月運行，無任何燒傷、膨脹等問題；實際運行時，測試鏈條的溫度均在100℃以下，也驗證了邊雙鏈更能承受高溫。

4 結論與建議

（1）通過運行工況、嚙合傳動、鏈條磨損和刮板結構分析了現刮板輸送機各種問題產生的原因。（2）通過理論和實際調研，對比分析了鏈斗輸送機、鱗斗輸送機和鋼帶輸送機結構和功能特點，最終技改方向確定為鱗斗輸送機。（3）選用青達環保GLS12型鱗斗輸送機，額定設計出力50t/h，耐溫550℃。技改后輸送裝置重量增加了351%，但運行電流由19A降低為15A，降低約21%，節能效果顯著；電流波峰波谷差值由刮板機的4A減小為0.5A，降低了88%；設備連續運行7個月，未出現拉長、高溫影響和運行問題，實現了技改目標。（4）鱗斗輸送機首次應用在大型CFB并取得了成功，且不設置備用，為后續我國CFB底渣處理系統提供經驗。同時期望鱗斗輸送機技術能繼續進步，在保證產品性能前提下，降低制造成本，推動行業進步。