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1、1 超大型筒仓的发展及其在火力发电厂的应用（二）北京石景山热电厂超大型贮煤筒仓的设计华北电力设计院 周留才【摘要】 石景山热电厂 3 万吨贮煤筒仓的设计，不论在结构、功能安全性和技术性方面，都是较先进的，特别是双环缝进、出料系统，超大型环式给煤机的浮动式驱动装置的研制成功，解决了设备制造、安装和维护等难度问题，该装置不仅使设备运行更加平稳，同时又能减少磨损，延长设备寿命。【关键词】筒仓 贮煤 工艺 设备 设计北京石景山热电厂 3 万吨贮煤筒仓设计包含下列四项研究课题，一是超大型贮煤筒仓工艺结构的研究；二是超大型配、给煤设备的研制；三是筒仓安全监控系统的研究；四是土建结构的研究。本文仅就前两个课
2、题的设计思想予以阐述。对于贮煤筒仓工艺结构及其配套设备的要求应该是既要满足贮煤工艺的需要，又要保证系统的安全运行。具体的说就是要求筒仓在其使用过程中具有：进、出料均匀、连续、流畅，不堵煤、不起拱，贮煤对仓壁无不均匀侧压等特性。为此，设计人员在石景山热电厂贮煤筒仓的设计中，首先对国内外现在通常采用的各种结构及设备配置形式进行分析、比较，以取他人之长。然后，再根据自己的特点，发挥自身的技术优势，对超大型筒仓的一些关键问题予以攻克。1、筒仓的工艺结构研究国内外常用的筒仓进、出料结构形式及石景山热电厂 3 万吨筒仓的进出料结构形式如下：1.1 进料。进料形式一般有三种：1.1.1 单路或双路带式输送机
3、头部卸料这类卸料形式为点式落料，受料口为一或两个方型孔，该类卸料形式进料不均匀，充满系数小，同时还可能因受料口非中心布置易产生贮煤对仓壁的不均匀侧压。但因其系统简单，仍多用于 1000 吨以下的小型筒仓。1.1.2 双路带式输送机头部并中间卸料这种形式亦属点式落料。落料点为四个，落料较均匀，充满系数较大，但同样可能产生贮煤对仓壁的不均匀侧压。该形式常用于万吨及万吨以下的大、中型筒仓。1.1.3 单路或双路带式输送机配以带式旋转布料机旋转卸料带式旋转布料机可双向运行，且有两个输送半径，使布料点成为由大小两个同心圆组成的双环。这种形式落料连续、均匀，充满系数大，且贮煤对仓壁的侧压均衡。该形式虽然系
4、统布置复杂一些，但能够有效地提高筒仓的充满系数并有利于筒仓的安全运行。比较上述入料形式，这是最佳的选择之一。因此，该布料形式首次用于石景山热电厂 3 万吨超大型贮煤筒仓。当然，双环缝入料口结构形式的设计及与之配套的大型带式旋转布料机的研制成功是该配置方案得以实施的前提。2 1.2 出料。出料形式较多，大致可归纳为五种：1.2.1 长缝式槽形出料口叶轮给煤机给煤缝式煤槽可设计成一条或两条，真垂直断面呈“V”字形或“W”形，贮煤容积双缝大于单缝。这种形式简单实用应用于小型筒仓。若用于大型筒仓（如丰润热电厂万吨筒仓） ，则弊端较明显：在长缝倾斜平面与筒仓圆弧而相交处容易滞煤，严重时还可能导致自燃。同
5、时，双缝式煤糟因卸料时单边运行煤槽两侧出料不均衡，易造成仓内煤偏积产生不均匀侧压。1.2.2 群斗式出料口振动或其它形式给料机给煤出料斗分圆形锥斗和方形锥斗，从性能上讲，圆形锥斗优于方形锥斗，但前者施工难度相对稍大。云岗煤矿洗煤厂 3 万吨筒仓即为方形群锥斗出料口设计，筒仓下部为一平台，平台由若干立柱支撑，平台下设 14 个落煤斗，平台上部斗口之间连成锥体状以防止滞煤。物料由三条连接群斗的带式输送机转运至主输送机进入系统。这种工艺结构形式，土建施工较简单，但系统布置较烦琐，落料点多，转运设备多；出料不连续，非整体流动，有可能产生仓壁侧压不均匀现象。1.2.3 群环缝式出料口旋转给煤机给煤筒仓下
6、部设 35 个或 7 锥形环缝，如日本四国电力公司西条发电厂的 1.3万吨筒仓出料口的断面采用“W”形状的四个环缝式锥体出料口。这种工艺结构形式，土建结构较复杂，施工难度较大，优点是单斗的工艺性能好。但为了避免仓内存煤偏积，而对仓壁产主不均匀侧压，要求四个料斗对角交替运行，且严格控制料位，因而运行管理难度较大。1.2.4 单环缝式出料口大型环式给煤机给煤单环缝式出料口由接筒仓内壁的倒锥台与中央蘑菇锥组合而成，其断面为“W”形。该结构形式于十年前在石景山热电厂首次应用成功。这种结构形式比较前三种形式，具有出料口面积大、贮煤整体流动性好、出料连续、均匀、煤对仓壁的侧压均衡等特点。同时，与之配套的大
7、型环式给煤机运行可靠，管理简单。这种单环缝出料形式不仅使筒仓具有良好的艺性，而且具有一定的安全性，因而是大型筒仓的理想出料形式。1.2.5 双环缝式出料口超大型环式给煤机给煤石景山热电厂二期工程 3 万吨超大型贮煤筒仓是万吨筒仓的贮存规模的升级，筒仓的出料形式，自然应惜鉴性能优良的单环缝式出料口大型环式给煤机给煤模式。但 3 万吨超大型贮煤筒仓，直径为 36m，如果仍采用前期工程的 22m 筒仓的单环缝式出料口，那末倒锥台的斜向尺寸延长，筒仓的贮煤容积将大打折扣，严重影响贮煤量。因此，如何既保持环缝式处料口的优良性能，又能保证筒仓具有最大贮煤容积呢？设计人员提出了双环缝式出料口方案，即相当将原
8、万吨筒仓按仓壁的倒锥环沿径向拉开，在倒锥环和蘑菇锥之间再立一个正锥形环，从而，形成大环套小环的同心圆双环缝式出料口，筒仓下部的直径断面为“WW”形状。内环采用原 22m 筒仓的设备即 15m 环式给煤机，外环重新设于 30m 环式给煤机。无疑，对于超大型简仓下论是从其艺性还是从安全讲，这都将是最好的配置形式之一。2、超大型环式给煤机的研制超大型筒仓需要配置超大型的给煤设备，石景山热电厂二期工程 3 万吨贮煤筒仓的给煤设备是由 15m 与 30m 两套环式给煤机组合而成，每套设备均包3 括一台犁煤车，一台给煤车和两台卸煤犁。15m 给煤设备用于一期工程已经过十余年的运行实践检验。其性能（包括工艺
9、性、安全性、可靠性及经济性等）是完全满足大型筒仓的配置及运行要求的。15m 环式给煤机采用齿轮副传动形式，三点均布固定式驱动，启动平缓，运行稳定。同时，因采用了变频调速系统调速，犁煤车与给煤车 1：3 的速比关系实行跟踪变化，操作简单，安全可靠。但 15m 给煤设备仍有不足之处，因为其采用的是固定式驱动方式，这就决定了对犁煤车和给煤车齿环与各驱动装置主动齿轮间的啮合状况的要求较高。因为，车体在旋转运行时，由于车体、轨道受制造和安装方面的误差的影响。在近50m 周长的范围内，齿隙是在不断的变化着的，且不论是正向还是反向，当超过一定值时，设备均不能正常运行。这就为车体、轨面、三个驱动装置齿轮轴的同
10、心高。又同样是因为固定式驱动，驱动装置的保护缺乏有效的手段。在一期工程中，曾有过几次个别驱动装置因故障而被迫由车体带着转动，最终导致变速器被动旋转而损坏的例子。由此可见，对于直径增加一倍、周长近 100m的 30m 环式给煤机来说，上述问题将带来的后果更加突出。鉴于以上情况，并经全面分析比较，确定环式给煤设备的设计思路为：15m 环式给煤机因其为成功运行设备，不宜做大的改动，故仅对其驱动装置增设机械调整装置及完善电气保护系统；30m 环式给煤机的设计以 15m 环式给煤机的基本结构及驱动形式为基础，扬长避短，实现其技术进步。下面，重点论述 30m 环式给煤机需要解决的四个方面的问题。2.1 主
11、要参数确定参数设计步骤：根据筒仓直径确定设备直径，根据万吨贮煤筒仓环式给煤机的运行情况确定车体运行线速度和转速；根据出力要求确定设备驱动功率。设备设计参数如下：设备公称直径： 30m其中：犁煤车直径： 30m给煤车直径： 28.8m车体运行线速度：（28.8m 圆周）：犁煤车额定线速度：0.325m/s，给煤车额定线速度：0.975m/s，犁煤车最大线速度：0.600m/s给煤车最大线速度：1.800m/s犁煤车与给煤车在 28.8m 圆周上线速度之比为 1：3，实行变频调速，跟踪统调。车体转速：犁煤车额定转速： 0.216r/min（逆时针）给煤车额定转速： 0.647r/min（顺时针）犁
12、煤车最大转速： 0.398r/min（逆时针）给煤车最大转速： 1.194r/min（顺时针）设备出力：额定（正常运行时） 650t/h最大（燃煤排放时） 1200t/h驱动功率：犁煤车： 67.5kW4 给煤车： 67.5Kw2.2 车体设计30m 环式给煤机的车体结构设计以中 15m 环式给煤机为基础。15m 环式给煤机的车体结构基本上是合理的，因此，30m 环式给煤机在车体设计上仍然采用了 15m 环式给煤机的结构形式。为了保证车体的强度和刚度，适当加大了断面尺寸。同时，为了尽量减轻重量，取消了一些不必要的限位用立轮和侧轮组；在方便制造和运输的前提下将给煤车车体分为五段（如比照 15m给
13、煤车应分为六段） ，从而又减少两对轮组。同时为了安装方便，将每段车体的走行轮安装位置设计为对称布置，轮距仍按均布荷载考虑。齿轮、齿条（环）的模数同 15m 环式给煤机相同，即 m25mm。这个模数的选择看似有些保守，但其原因并不是由于零件强度和刚度的需要，而是为了保持与 15mm 环式给煤机有更多的通用性，以便于设备的制造及备件的管理。而 15m 环式给煤机由于存在着前面提到的制造精度和安装方面的要求，选择较大的模数是为了车体运行时齿轮与齿条（环）啮合的需要，实践证明，当采用固定式驱动时，选择较大的齿轮模数是必要的。2.3 驱动装置的布置及设计驱动装置的布置。为了使设备启动平稳及减少设备启动时
14、的车体变形，30m 环式给煤机的犁煤车和给煤车都采用了六点均布的驱动布置。同时，采用多点驱动亦有利于减小驱动单元的体积和重量，便于制造、安装和检修。驱动装置的设计。为了克服设备制造、安装、调整的难度，设计人员为30m 环式给煤机研制了浮动式驱动装置。该装置的工作原理是：在驱动齿轮轴上与齿轮同轴装一滚轮，在车体上与齿环平行装一环形滚道，齿轮和滚轮装在杠杆的一端，在杠杆的另一端的配重的作用下，滚轮紧紧的靠在滚道上，从而保证了驱动齿轮与车体齿环的啮合间隙为一恒定值。该值的确定方法是：使齿轮的节圆相切于齿条（环）的节线，并考虑适当的间隙。由此，无论车体和轨道的制造误差有多大，无论驱动单元的齿轮对应于车
15、体的任何位置，齿轮与齿环之间始终保持着一个合理的啮合间隙。从而，不仅降低了设备制造的精度要求，解决了设备安装、调整等难度问题，还使设备的运行更加平稳，同时又能减少齿间磨损，延长使用寿命。度题，还使设备的运行更加平稳，同时2.4 驱动装置的保护30m 环式给煤设备驱动装置的保护设计为电气和机械两级保护。电气保护的作用是，当任意一台驱动装置发生故障时，该路电荷载的变化可控制整台设备及其来煤系统所有设备的停车。机械保护的作用当任意一台驱动装置发生故障时，该台装置可自动脱离运行，从而可在电气保护万一失效的情况下不影响整个系统的正常运行并保护故障装置免受机械损坏。机械保护的实现得益于驱动装置的浮动机构，
16、其工作原理如下：当某驱动装置故障“闷车”时，另外五台驱动装置仍驱动车体继续运行，对于故障装置的齿轮，车体齿环变被动为主动，继续带其运行。由于驱动装置“闷车” ，齿轮不转，那么主动的齿环就会压下被动的齿轮，使故障驱动装置脱离啮合。在齿轮被压下的过程中，驱动头绕支点转动，当齿轮轴下移高度超过 2/3 齿轮模数时，驱动支架另一端的重锤开始卸荷，重锤卸荷后，驱动头自动落下。至此，驱动装置完全退出运行，由于在设备的功率计算中已考虑了这种情况，因此，在设备启动后的正常运行中，5 有一台设备退出，并不影响设备的正常运行。综上所述，超大型贮煤筒仓应用于火力发电厂在我国虽然是首次，但石景山热电厂 3 万吨贮煤筒仓的设计实例，说明了我们设计的筒仓不论在结构、功能、安全性和技术性方面，都是较先进的，特别是双环缝进、出料系统，根据目前掌握的信息，应该说该项技术是领先于国内同类筒仓的。同时，超大型环式
