CYJ型入炉煤机械采样装置改造

Posted 2023-01-12 机

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由于CYJ型入炉煤机械采样装置在设计、制造、安装过程中存在着缺陷，多数设备未能很好地发挥作用，本文介绍了原 CYJ-8型机械采样装置的主要问题和解决办法，通过采样精密度和对比分析试验，数据显示设备改造后，现基本符合采样要求。
在燃煤电厂的生产过程中，燃料费用约占发电成本的80%，故确保入炉煤质量合格稳定对维护电厂的经济效益意义重大。燃煤质量分析结果的可靠性取决于采样、制样和化验三个环节，其中，采样环节对分析结果所造成的误差影响最大，以方差表示约占80%，因此采样代表性是确保燃煤分析数据准确可靠的关键因素。
早在93年，电力部门即明确指出：机械化采样装置是目前唯一能够采集到具有代表性煤样的手段。巨化集团公司热电厂入炉煤机械采样装置自1992年投运以来，因设计、制造、安装及运行人员对装置的认识等原因，碰到不少困难，采样设备运行可靠性和稳定性较差，严重影响了入炉煤采样的代表性，为此我厂对取样装置作了部分改进，取得了一些经验，现投运正常。
1 原CYJ型入炉煤机械装置简介
我厂原使用的二台CYJ-8型入炉煤机械采样装置安装在输煤皮带的端部，系统流程为：由电气控制回路控制液压推动器，带动刮板采得皮带层煤样，经落煤管送入二级轧辊制样机碎煤，破碎至3mm粒径以下，由摆动式缩分漏斗缩分至1Kg煤样，余煤及杂物落入输煤皮带。它的特点是能自动排除杂物，无中间储煤仓，采样、破碎、缩分等工序在输煤过程中完成。
CYJ-8采样装置的铭牌技术参数有：料斗开口宽度150mm，子样采集量>5Kg，采样间隔时间1-1800s，缩分比1：100可调，样品重量1Kg，出料粒径<3mm，水分损失<1%。
2 装置存在的问题
CYJ型入炉煤机械采样装置最为突出的问题主要有：机械装置不能长期可靠运行、采样代表性差。在投运过程中主要表现为煤样难以达到采样标准要求、设备易堵煤、机械和电气故障多等现象。96年省电力试验研究所关于《浙江省直属电厂入炉煤采样机调研报告》显示，CYJ型入炉煤机械采样装置在我省使用不理想，不少电厂机械采样装置成了摆设，为了解决入炉煤采样代表性问题，有的电厂干脆换成MQD型机械采样装置了事。
2.1 采样头部位
电力行业标准DL/T567.2-95规定：刮板式的皮带机械采样头，其活动臂的长度要与输煤皮带相吻合，在动作时既不能损伤皮带，又能刮出全部子样。而CYJ型入炉煤机械采样装置的刮板在动作后难以达到不留“底煤"这一标准，它采集的煤样往往只是皮带表层的煤，当采样头附近装有犁煤器时，这一现象尤为严重。另外，采样头端口煤样料斗开口不够宽，在运行中经常发生样煤溅落在地，导致采样难以符合标准，煤样缺乏代表性。
2.2 落煤管部位
CYJ型采样装置的落煤管采用A3钢材质，有的安装斜度也不够大，当设备使用一段时间后，管路生锈，磨擦系数增大。当煤总水分较大时，其粘滞性相应增加，实际运行情况表明：当入炉煤水分大于10%时，
CYJ型入炉煤机械采样装置的落煤管会经常发生堵煤现象，轻者导致设备缺乏取样代表性，重者设备不能正常运行。
2.3 破碎机部位
CYJ型采样装置破碎机在设计时存在着选材不当问题，主要表现为：碎煤机工作部件易磨损，机械传动机构强度不够，容易发生断裂等。这些问题的存在一方面影响了煤样的破碎粒度，另一方面增加了采样设备的维护工作量，设备难以做到长期稳定运行。
2.4 缩分器部位
CYJ型采样装置破碎机缩分器最为突出的问题是易堵煤，难清理。按设计要求，它采用A3钢材质，设备长期使用后，受煤湿度的影响，其内表面锈蚀粗糙，当煤水分高及样桶满煤时易发生堵煤故障。由于缩分器上端开口较窄，一旦发生堵煤故障，难以用工具清理，为了方便疏通，运行人员常常敲击缩分器，导致钢板变形，缩分器通道进一步缩小，由此堵煤现象步入恶性循环。
2.5 样桶
原样桶材质为塑料，由于频繁取样，其螺纹磨损很快，桶受现场高温环境的影响而发生变形，样桶盛有煤样后因重力作用，导致螺纹脱开而无法使用。原样桶容量小，最多仅能装1.5kg煤样，不能达到标准所规定的3.75kg煤样的要求。
2.6 电气线路
CYJ型采样装置电气线路设计比较落后，过载堵煤等保护功能常常不能发挥有效作用。当煤中异物落入取样装置破碎机部位时，破碎机驱动电机不能按设计要求倒传排出异物，导致装置卡涩不能正常运行。
2 现场环境等其他因素
2.1 安装位置
我厂CYJ取样机安装在35米层的皮带端部，位置较高，一方面设备维护巡检、运行人员取样较为困难，另一方面由于热空气上升作用的影响，其周围环境温度较高，常年在30℃至40℃之间，导致煤样水分损失严重，不能达到铭牌设计的要求，严重影响了机械采样装置的代表性。
2.2 上煤方式
我厂栈桥系统设有二条皮带，一条皮带的上煤点为干煤棚，另一条皮带的上煤点为露天煤场，正常情况下，运行人员采用二条皮带同时上煤，根据锅炉设计参数，进行入炉煤质量的掺配和调整。当供煤质量情况发生变化或设备发生故障时，皮带的上煤量也相应发生变化。由于原样桶容积小，当上煤方式临时发生改变时，常常出现一台机械取样装置样桶满煤，另一条机械取样装置取样量过少等现象，因此上煤方式的变化给燃煤的取样工作带来很大的难度，取样往往缺乏代表性。
2.3 管理考核制度
由于认识上的误区，多数人认为入炉煤取样是化学专业的事情，因此厂部将入炉煤机械自动取样率和数据的准确率、及时率二项指标列入化学专业考核范畴，导致其它相关专业和部门对采样工作重视不够。设备出现故障，维修人员不能及时检修；上煤方式变化，值班长不能及时通知化学人员等现象时有发生。
3 理论计算及探索
要使CYJ型入炉煤机械采样装置采样具有代表性，其采集子样的数目、子样的煤量和缩分后煤样的总量必须符合标准要求。
3.1 采样单元
我厂燃煤采用二条皮带上煤，总量约为每班次1200余吨，每条皮带的上煤量约500-700吨/班不等。运行时二台机械采样机分别采样，按实际情况应确定为二个采样单元。
3.2 最少子样数目和重量
根据我厂使用煤种和上煤方式的实际情况，根据GB475-83标准计算，二条皮带的最少子样数分别为30-42只，子样重量为4kg。
3.3 子样时间间隔
因CYJ采样装置条件所限，其采样基宜采用时间基为基准。在整个采样单元中，按相同的时间，采取子样的重量与采样时煤流量成比例进行采样，这一方式广泛选用于入炉煤的机械采样装置。子样时间间隔可按下式进行计算：

式中： T为子样的时间间隔，min；
Q为采样单元，t；
G为煤流量，t/h；
N为子样数目。
我厂#1、#2皮带煤流量分别为150 t/h和200 t/h左右，根据上式计算，可算得子样时间间隔分别为6.66 min和5.0 min。
3.4 缩分比
根据子样数目和质量，二台采样装置采集样品的最少总量为288kg，对于3mm以下粒度的煤样，国标规定最少留样质量为3.75kg，故缩分比为1.30%。
3.5 采样头最小宽度
采样头最小宽度可按下式计算：

式中：L为采样头最小宽度，mm；
M为子样的最少质量，kg；
v为皮带走速，m/h；
t为每班次上煤时间，h；
W为每班次上煤总量，t。
现我厂皮带走速为1.6m/s，每班次上煤量为1200t，上煤时间为3.5h，可得采样头理论最小宽度为115mm。
4 参数整定
4.1 采样头宽度
将采样头端部的煤样收集槽暂时拆除，收集数个班次的原煤样采集量，结果表明基本符合国标规定的样品采集数量和重量要求，考虑到上煤方式及煤质的变化等不确定因素，适当增加采样量，现将采样头宽度重新整定为130mm。
4.2 料斗开口宽度
因原CYJ型入炉煤机械采样装置料斗开口太短，根据采样头动作时煤样运行的实际轨迹，现将宽度加长至400mm。
4.3 采样头动作时间
根据理论计算值，#1、#2皮带机械采样装置的采样头动作时间分别整定为4.5-6分钟。
4.4 样桶容量
当栈桥输煤方式因检修、抢修、用煤情况发生突变时，考虑到单条皮带上煤的可能性，应适当增大样桶容量，现确定为4kg.
5 设备及采制样方式改进
5.1 为了同时避免采样头动作后留“底煤"和采样头损伤皮带，在刮板上加装一块硬橡皮，适当增加采样头长度，情况大有好转。
5.2 在机械采样落煤管垂直下降管处上端开口，以便运行人员每班检查和疏通堵煤。
5.3 将缩分器换成不锈钢材质，减少磨擦系数。同时在其侧面开一小口，装上带有插销的小门，一旦发生者煤，运行人员清理十分方便。
5.4 考虑到上煤方式改变的可能性，按栈桥二条皮带的上煤量的比例进行配比、缩分和制样。
5.5 适当缩短机械采样装置的大修周期，及时检查破碎机轧辊的磨损情况，必要时进行更换。
5.6 对原电气控制线路进行改造，使其达到必要的保护功能，防止破碎机部位异物卡涩堵煤。
5.7因机械采样装置安装环境温度高，样桶不能完全密封等因素的影响，经过对比试验发现，该设备很难用水分修正来确定样品的代表性，现只能用定期人工取样的方式，在锅炉磨煤机进口落煤管处取样，作为总水分样进行分析。
6 效果检查
6.1 采样精密度试验
将集煤槽拆开，加装临时集煤斜管，确保子样总量在120只以上。按GB475-1996《商品煤样采取方法》附录A要求，以6个分样的形式采样，按编号交错取得#1至#6号分样，然后引入机械取样装置破碎机进口，在样桶内采得粒度小于3mm的煤样，进行水分和灰分试验，经过二次采样和分析试验，测得数据如下：

得1#皮带和2#皮带的Ad %极差分别为2.85 %和3.33%，小于等于GB475-1996规定的采样精度的4.9倍即9.8%的误差值，说明采样装置改造后符合采样精度的要求。
6.2 采样代表性
根据ISO1988-1975(E)《硬煤-采样》推荐的参比方法，我厂采用停皮带人工采样与自动采样装置采样相比较的方法，分别取得10个样进行煤样灰分试验，测得数据如下表所示：

对比试验数据显示，除二组数据相对误差超过±3%以外，其余相对误差皆比较小，由此可见设备改造及采制样方式改进后，CYJ型入炉煤机械采样装置样品采集具有代表性，基本符合采样标准要求。
7 建议
7.1 增设缩分调节装置
CYJ-8型机械采样装置未设缩分调节装置。由于用户上煤量、煤质情况不尽相同，因此子样数及原始煤样总量不同，而最终要求缩分至3.75kg左右，因此必须设置缩分比调节装置。
7.2 改善样桶、缩分器部位的密封性能
因设备安装位置较高，受周围高温环境的影响，现CYJ-8型机械采样装置样桶、缩分器部位的密封性能不能满足总水分分析要求。在浙江这个多雨的省份，入炉煤水分经常发生变化，加上四季气温的迥异，现我厂没有更好的办法加以修正或改进，亟需设计人员研究解决。