干灰渣系统存在的缺陷分析及应对措施

郝剑 侯可中

摘要：三河发电有限责任公司一期输渣系统干式排渣机由于主钢带存在设计上的缺陷，造成主钢带多次损坏耳板，为了解决这一根本问题，从现场实际出发，建设性地提出了采用贯通长托辊替代短托辊、耳板厚度增加1.5倍的设想，并得到了有关专业技术人员的认可。如果这种设想能够付诸实施，将使干排渣机的使用寿命大大增长，电力行业有关干排渣机发生的类似问题必将得到圆满解决。

关键词：疲劳折断短托辊耳板长托辊钢丝板网干式排渣机

1 概述

分别于1999年12月份和2000年4月份分别投产运行的三河发电公司一期工程2×350MW机组强制循环锅炉所配置的两套干式除渣系统，是全国第一家从意大利MAGALDI公司引进的成套除渣设备，它彻底颠覆了国内炉底唯一湿式除渣方式，是一套成功运行的节能环保除渣设备。

其工艺流程是把锅炉底部灰渣和省煤器飞灰输送到渣仓，并根据需要将灰渣卸到灰外运皮带机或卡车上。意大利MAGALDI公司设计制造的炉底灰渣冷却、取送装置即MAC(MAGALDI ASH COOLER)，采用无水方式进行灰渣处理，主要由三部分组成，第一部分包括炉底灰渣的取、送、冷却及粉碎；第二部分包括粉碎后炉渣的再冷却、输送直至渣仓的储存；第三部分包括渣仓的最终卸出和外运。

这里关键的问题是介绍第一部分，即炉底灰渣的取、送、冷却及粉碎过程中存在的问题。主要设备是风冷排渣机。基本部件为一条闭合金属输送带，它由不锈钢丝网制成，金属丝网上覆盖相互搭接的不锈钢板，钢丝带边缘有适当高度的侧壁，整个输送带放置在支撑托辊上。由于输送带采用独特的板网设计，具有抗高温机械性能和承受大块炉渣撞击而产生的冲击载荷能力，适用于干、热炉渣输送的恶劣运行条件。排渣机装置的输送带通过摩擦传动方式带动。尾部从动轮配有一套气动自动张紧装置，以补偿在运行中由于温度变化引起的输送带长度的变化。钢丝网所覆盖的钢板能在各个方向自由膨胀而不受抑制及扭曲。输送带被完全包罩在一密封壳体中，以防外界风无控制的漏入，也防止灰渣向周围环境撒落和散发热量。在壳体两侧装有特殊的进风门，可有效的控制进入自然风而冷却炉渣，同时使钢带温度保持在可接受的范围内。壳体侧面还装有检查窗，可对壳体内随时检查。在壳体底部装设一条配有气动自动张紧装置的刮板式自动式清扫链，以回收从钢带上落下的少量细灰，并将其输送到主钢带的出口处。渣斗连接在锅炉出渣口与风冷排渣机之间。渣斗用碳钢板制作，内壁衬有耐火材料，能够保证锅炉满负荷时贮存11.5h的灰渣量。炉底渣斗底部的液压关断门是由较厚的特殊铸钢材料制成，在锅炉正常运行工况下，此门打开；当排渣机等设备需要检修时可关闭此门，不需停炉就可对设备进行检修。从锅炉炉膛出渣口落下的热灰渣经渣斗落在输送带上，被排渣机送至一次碎渣机，经初步粉碎后经过缓冲罐落进二次碎渣机。在炉底渣输送过程中，主钢带本身由于设计上存在的不足，导致主钢带耳板经常损坏，严重影响主钢带运行，下面就这一问题展开分析，并提出合理的应对措施。

2 主钢带存在的主要问题

如图1所示，主钢带耳板损坏脱落之后，露出板状钢丝网，而板状钢丝网抵抗弯折变形的能力较弱，当再次通过支撑托辊时，板状钢丝网将产生较大变形甚至损坏；

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如图2所示，主钢带工作段开始爬升段两侧各有6个压托辊压在耳板之上，此处的压托辊对耳板的作用力最大，耳板根部的交变应力也最大，通过每个压托辊受大的损伤也最大；主钢带回程段在下降段与水平段交界段两侧各有6个压托辊通过钢丝板网反向压在耳板上，此处的压托辊对耳板的作用力仅次于爬升段压托辊对耳板的作用力，耳板根部的交变应力也较大，通过每个压托辊受大的损伤也较大。

如图3所示，通过固定在干式排渣机箱体上的左右托辊支撑耳板而间接撑托主钢带回程段，此时的耳板相当于悬臂梁，同时托辊又由于主钢带经常左右跑偏而移动在耳板上的位置，即作用在耳板根部的力矩在反复变化，耳板根部始终承受交变支撑应力的作用。

3 主钢带耳板损坏原因分析

设计上存在不足：耳板设计成为悬臂结构，当支撑托辊支撑耳板时，耳板根部反复承受交变应力，长时间作用之后，耳板根部疲劳断裂损坏；耳板设计过于单薄，厚度只有4毫米，在受到支撑托辊作用时变形较大，耳板根部承受较大的变形应力。

主钢带回程段有68对支撑托辊，耳板在经历这些支撑托辊时，大范围频繁承受变应力作用。

主钢带开始爬升段两侧各有6个压托辊压在耳板之上，由于此处主钢带拉力最大，主钢带垂直向上的作用力也最大，因此，6个压托辊对耳板的压力也最大，耳板根部承受变形应力也最大，收到的损伤也最严重。

主钢带回程段在下降段与水平段交界处两侧各有6个压托辊通过钢丝板网反向压在耳板上，此处主钢带同样具有较大的拉力，其拉力仅次于爬升段，耳板在此处承受较大的反向作用力，变形应力较大，受到的损伤也较严重。

运行中主钢带经常发生跑偏现象，使偏里侧的支撑托辊或压托辊远离主钢带中心线，同时远离耳板根部，使耳板根部承受的变形应力增大，加剧耳板根部损伤的程度。

主钢带在运行期间，周而复始地承受着较大温差的变化，在炉底渣斗下部承受着八百度左右的热炉渣加热作用而加速升温，当远离渣斗时，在干式排渣机外壳各个进风口进入的冷风作用下又不断快速降温，长时间作用的结果使主钢带和耳板金属不断老化，强度不断降低，耳板抵抗弯矩作用的能力下降。

综观上述几点得出结论：耳板根部损伤的主要原因是主钢带运行一周的过程中，不断承受正反两个方向的交变支撑力的作用，同时承受着温度变化所带来的额外热应力变化，在长期交变应力的作用下，金属疲劳损伤直至折断。

4 防止主钢带耳板损伤的改进措施

针对目前主钢带回程段支撑托辊对耳板造成的疲劳损伤，其改进措施是：取消主钢带回程悬臂支撑托辊，如图3所示的短托辊，此托辊直径150毫米，托辊长度80毫米，托辊与托辊间距400毫米；改成左右贯通的长托辊之后，如图4和图5所示的支撑托辊，该托辊长度800毫米，直径260毫米，支撑轴直径45毫米，继续使用原有支撑轴承座，且间隔使用，轴与轴之间的间距由原来的400毫米增加至800毫米。

将耳板厚度增加1.5倍，即由原来的4毫米增加至10毫米。

改进措施的优点：

采用如图4和图5所示的左右贯通长托辊之后，其主钢带回程段的支撑将不再使用短托辊通过支撑耳板而支撑主钢带，而是使用左右贯通长托辊直接支撑在主钢带本体之上，而主钢带本体是坚固耐用的，从而避免回程短托辊对耳板造成的疲劳损伤。

回程段采用长托辊直接支撑主钢带之后，由于作用范围增大，左右与挡灰板的距离增加，当主钢带发生跑偏现象时，长托辊不会发生与挡灰板刮蹭问题。

回程段采用长托辊直接支撑主钢带之后，可以取消主钢带左右两侧各68个短托辊，当主钢带回转一周时，其两侧耳板各锐减68次支撑应力发生，虽然此应力较小，但由于发生次数较大，对耳板根部产生的疲劳损伤依然较大。主钢带开始爬升段两侧的6个压托辊和主钢带回程段在下降段与水平段交界处两侧的6个压托辊，虽然压力较大，产生的应力也较大，但由于次数较少，因而对耳板根部产生的疲劳损伤相对较小。

当耳板厚度由4毫米增加至10毫米时，耳板根部应力将减少为原来的五分之二，或者说耳板根部抵抗变形的能力将增加为原来的2.5倍，锅炉负荷未变，炉底渣量未变，主钢带重量未变，由于耳板厚度的增加，耳板根部应力的减小，作用在耳板上的支撑短托辊数量锐减，从而使耳板寿命大大增加，主钢带安全稳定运行的周期将会明显增长。

5 结束语

锅炉干式排渣机主钢带由于存在设计上的缺陷，导致主钢带耳板频繁损坏，主钢带钢丝板网寿命显著缩短，主钢带安全稳定性下降，锅炉机组的运行受到严重影响。为此，结合现场实际情况大胆提出了主钢带回程段采用贯通长托辊和耳板厚度增加1.5倍的创新理念，并通过改进前后对比分析，论证了改进的正确性和时效性。此种改进方案的实施，必将有效促进锅炉机组的安全稳定运行，也必将为其它兄弟单位锅炉机组干式排渣机主钢带的改进起到良好的示范效应，能够较好地促进电力行业科技进步。

参考文献：

[1]王启杰，杨宇春.干式排渣机在电厂除渣系统中的应用[J].科技情报开发与经济，2006(18).

[2]周志辉.干式排渣机故障分析及技术改造[J].吉林电力，2012(05).

[3]刘云.干式排渣机安装技术简介[J].安装，2010(11).

作者简介：

郝剑（1973-），男，1993年参加工作，华北电力大学，从事电厂生产技术管理工作，工程师。侯可中（1958-），男，河北抚宁人，1991年4月毕业于东北电力学院，目前从事燃料除灰资深主管工作，高级工程师，国华燃料除灰专家，研究方向：燃除科技管理。