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摘要：論述了CFB鍋爐細碎機高壓電機選型及故障原因，為以后擴建中細碎機配套電機選型提供參考。
??河北熱電有限責(zé)任公司八期技改工程（河北熱電技改工程）擴建4×410 t/h CFB鍋爐。CFB鍋爐對燃煤粒徑有著不同于煤粉爐的嚴格要求，要求燃煤粒徑有一定粒度分布。入廠煤經(jīng)環(huán)式碎煤機，一級破碎為30 mm以下顆粒，進入細碎機，破碎后直徑為8 mm以下，才能滿足CFB鍋爐的燃燒要求。
河北熱電技改工程2×410 t/h CFB鍋爐細碎機的選型，是通過對國內(nèi)已運行的CFB鍋爐的配套碎煤機的調(diào)研，得知國產(chǎn)碎煤設(shè)備的出料粒度滿足不了CFB鍋爐的要求，于是決定細碎機本體采用技術(shù)成熟可靠的進口設(shè)備,配套高壓電機和減震平臺采用國產(chǎn)設(shè)備。
經(jīng)調(diào)研，終采用了德國某公司生產(chǎn)的YPE1212/SIZE1825型500 t/h細碎機。該細碎機為可逆型反擊錘式細碎機，可用于CFB鍋爐煤的細碎。
1細碎機工作原理
當符合入料粒度的原料進入破碎機后,立即被以60 m/s高速旋轉(zhuǎn)的錘頭擊向沖擊板,然后經(jīng)錘頭多次打擊,由旋轉(zhuǎn)的錘頭與沖擊板壁之間的擠壓完成進一步破碎。碎煤機的出料粒度可根據(jù)出料細度,通過調(diào)整沖擊板與錘頭之間的距離來確定。
細碎機規(guī)格：
入料粒度：99%,0～30 mm
出料粒度分布：>99%， 8 mm，d50=1 mm
生產(chǎn)能力正常時出力：500 t/h
電動機規(guī)格：
配套電動機型號為：YKK
額定電壓：6 kV?
額定功率：900 kW?
額定轉(zhuǎn)速：600 r/min ?
電機防護等級：IP54
2電動機的選型
2.1轉(zhuǎn)速的確定
河北熱電技改工程用煤的哈氏可磨系數(shù)約為HGI66，實際使用過程中，要求細碎機對煤種的適應(yīng)性較強。針對該工程煤質(zhì)情況，采用YPE 1212型/SIZE1825型細碎機。其特點是功率大，轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)軸直徑大，設(shè)計富裕量較大，可滿足出力和物料變化等較復(fù)雜的工況要求；同時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低，可使耐磨件壽命顯著加長，機器可長久、穩(wěn)定、可靠、安全地運行。如果采用相對較小直徑、較小功率和較高轉(zhuǎn)速的機型，雖然可以滿足產(chǎn)量要求，但是機器轉(zhuǎn)速高于本方案, 極易造成過破碎現(xiàn)象，在工作可靠性、穩(wěn)定性和物料適應(yīng)性上都不如本方案，同時耐磨件壽命會大大降低。機器使用工況、可靠性相對較差，壽命較短。采用低轉(zhuǎn)速方案技術(shù)的性能要優(yōu)于高轉(zhuǎn)速方案，同時確定電機選用10級電機，電機轉(zhuǎn)速為600 r/min。
2.2功率確定
電動機功率的設(shè)計計算，即細碎機的能耗確定，與細碎機本身的規(guī)格型號無關(guān)，其取決于所需破碎的煤的出力要求、煤種、破碎比。細碎機的使用工況即破碎板與錘頭之間的間隙，在相同的處理能力要求情況下，細碎機破碎板與錘頭的間隙越小，所需能耗越高。
根據(jù)德國的破碎機制造行業(yè)標準，單位功耗即單位產(chǎn)量的能耗范圍為1.0～ 1.9（kW·h）/t。根據(jù)中國的破碎機制造行業(yè)標準，破碎1 t煤/h的能耗，即單位功耗為1.4～ 1.9 kW (見中華人民共和國原機械工業(yè)部委托沈陽重型機器廠頒發(fā)的煤用錘擊破碎機“標準”的補充說明)。
根據(jù)招標文件中的煤質(zhì)分析表提供的煤質(zhì)分析報告，河北熱電工程用煤的哈氏可磨系數(shù)HGI約為66，基于此, 德國某公司計算出該煤種單位功耗為1.39（kW·h）/t。據(jù)此，同時考慮電機的實際效率93%、偶合器的實際效率95%，配套電機的功率P計算方法如下。
P = 額定產(chǎn)量×單位功耗/電動機效率/偶合器效率+其它機械損耗（1）
= 500×1.39/0.93/0.95+其它機械損耗
= 787+其它機械損耗
=810（kW）
在選擇電動機時應(yīng)預(yù)留10%的富裕量，電動機功率應(yīng)為900 kW。細碎機制造廠終確定河北熱電技改工程使用的細碎機的機械軸功率為810 kW，配套電動機選900 kW。
2.3驅(qū)動部分配置選擇
細碎機廠推薦電動機驅(qū)動部分連軸器配置為以下4種形式：
a. 電動機+機械聯(lián)軸器采用此種驅(qū)動方式需配套低轉(zhuǎn)速電機，為減少啟動對電網(wǎng)造成的沖擊，需配置軟啟動器。
b. 電動機＋限矩型液力偶合器采用此種驅(qū)動方式需配套低轉(zhuǎn)速電機,限矩型液力偶合器可以有效改善電機的啟動性能，可以有效降低投資成本。因此廠方建議招標方考慮采用此種驅(qū)動方式。
c. 電動機＋可逆調(diào)速型液力偶合器＋減速機＋機械聯(lián)軸器采用此種驅(qū)動方式，可以減少電動機啟動對電網(wǎng)造成的沖擊，還可以調(diào)整轉(zhuǎn)子運行速度以保證煤的出料粒度符合要求。但采用此種驅(qū)動方式造價較高。
d. 電動機＋高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用此種驅(qū)動方式造價很高細碎機制造廠意見是軟啟動器承載能力大，啟動安全，傳動效率高，運行可靠。考慮到重負荷頻繁啟動，根據(jù)制造廠意見，電動機配備了美國OTORTRONICS公司生產(chǎn)的軟啟動器。
考慮大電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊大，可配置軟啟動器。可降低電機啟動電流，保護電機，但因其造價高, 大功率細碎機采用本方案很不經(jīng)濟，因此在火電廠900 kW電機配套采用軟啟動器，其意義有待探討。
當時也準備采用限矩型液力偶合器，但當時市場配套困難。經(jīng)了解，現(xiàn)在德國該廠500 t/h細碎機，推薦采用1 500 r/min電動機+限矩型液力偶合器+減速箱，降轉(zhuǎn)后同細碎機連接方案。
當時河北熱電按細碎機制造廠意見選用德國FLEENDE公司的 RUPEX RW 630型揉性連接器，運行中1臺揉性連接器損壞后拆掉，改為直接用螺絲連接。
3電動機故障情況
2臺細碎機投運后，采用倒換運行，A細碎機運行6月后故障，B細碎機運行了7月后故障。
A細碎機投運1月后，電機內(nèi)部出現(xiàn)異響，運行檢修人員認為是轉(zhuǎn)子銅條斷發(fā)出的響聲，繼續(xù)運行5月后，A細碎機在啟動運行1 h 20 min后（帶70%煤負荷），運行中A細碎機電動機速斷保護動作，一相高壓保險熔斷，電動機高壓電源開關(guān)跳閘。該電動機從投運到故障共運行了6月，電動機啟動高壓斷路器選用FC開關(guān)。
B細碎機運行5月后，電動機內(nèi)部出現(xiàn)異響，運行檢修人員認為是轉(zhuǎn)子銅條斷發(fā)出的響聲，電機廠來人說該音響不影響電動機運行，又繼續(xù)運行2月，在細碎機啟動運行1 h 10 min（帶60%煤負荷）后，速斷保護動作。該電動機從投運到故障共運行了7月。
電動機停運后，經(jīng)解體檢查，2臺電動機轉(zhuǎn)子和外鼠籠（啟動籠）均嚴重斷裂，轉(zhuǎn)子銅條有裂紋，50多根脫落，多處籠條與端環(huán)焊接開裂，籠條伸出鐵心端彎曲變形，斷口為脆性斷裂特征，長處轉(zhuǎn)子銅條脫落30 cm，脫落多塊30 mm×20 mm×6 mm銅板。因電動機轉(zhuǎn)子脫落銅條摩擦，致使電動機定子繞組9處鐵芯槽口絕緣損壞，定子繞組對鐵心放電短路，引起電動機保護動作電源開關(guān)跳閘。
電動機制造廠來人檢查，結(jié)論為：電動機轉(zhuǎn)子、定子報廢。修理費用每臺22萬元，而電動機價格僅為24萬元。
4電動機損壞原因分析
a. 電動機啟動頻繁,每天啟動多次。電動機因10級轉(zhuǎn)速低, 啟動時電機轉(zhuǎn)子散熱慢,啟動間隔時間按規(guī)程要求大于15 min可再啟動1次,電動機還未冷下來,建議改為啟動間隔2 h以上。啟動時間長,電動機啟動時間有時長達20 s，細碎機廠承諾電動機啟動時間為15 s，啟動時電動機堵轉(zhuǎn)保護經(jīng)常動作,從斷條部位看損壞原因是轉(zhuǎn)子銅條過熱。
b. 啟動時電動機轉(zhuǎn)子銅條上、下溫差懸殊，熱膨脹不均勻，雙鼠籠轉(zhuǎn)子的上籠條電流密度大，導(dǎo)致啟動中瞬時溫升過高，超過200～300 ℃，使電動機轉(zhuǎn)子銅條軟化，導(dǎo)致斷條。啟動時銅條中的擠流效應(yīng)，使銅條受到吸向鐵槽口的電磁力, 導(dǎo)致在電動機轉(zhuǎn)子鐵心槽口斷條。電動機在啟動中，定子電流為額定電流的2～3倍，因為加了軟啟動器，限制了啟動電流，在大電流作用下，將會產(chǎn)生較強的電磁力作用于電動機定子和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體溫度急劇上升產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，而此時轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量大大高于定子產(chǎn)生的熱量，加之轉(zhuǎn)子自身的離心力和加速沖擊所產(chǎn)生的切向力，這些力相互作用，循環(huán)交變，時間稍長造成籠條疲勞斷裂。
c. 電動機的啟動和制動在端環(huán)或籠條末端引起作用的加速力，可導(dǎo)致籠條末端彎曲。
d. 鼠籠繞組各部分發(fā)熱不均，所引起的應(yīng)力可使籠條產(chǎn)生裂紋甚斷裂。
e. 電動機啟動過程中，導(dǎo)體自身的離心力和電磁力的方向相反，當離心力增加到一定程度后，在電磁力出現(xiàn)零值時，將導(dǎo)條向槽口方向推去，當電磁力恢復(fù)到2倍幅值并大于離心力時又把導(dǎo)條吸向槽底，如此往復(fù)，相當于使兩端鋼性、固定的梁受迫震動，也容易產(chǎn)生疲勞斷裂。
f. 電動機轉(zhuǎn)子銅條為矩型,易松動，使鼠籠承受不住離心力、磁場力和熱應(yīng)力的作用，導(dǎo)體在槽內(nèi)產(chǎn)生位移，破壞平衡，產(chǎn)生震動，使導(dǎo)體斷裂。
g. 籠條與端環(huán)焊接開裂問題電動機轉(zhuǎn)子鼠籠上的初始應(yīng)力是在焊接工序以后,轉(zhuǎn)子冷卻時產(chǎn)生的。由于端環(huán)在焊接時因受熱而直徑增加,然后冷卻而逐漸收縮,但此時端環(huán)已連接到轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的端伸而變得相當堅硬,故出現(xiàn)一個拉伸應(yīng)力,存在于端環(huán)體和新形成的接點之中。初始應(yīng)力的大小取決于焊接溫度的高低，低的初始應(yīng)力相對于低的焊接溫度，往往制造過程中溫度控制不嚴格，造成初始應(yīng)力加大。另外，也由于焊接熔化所需要的熱量在轉(zhuǎn)子圓周上分布不均勻，所產(chǎn)生的機械應(yīng)力終導(dǎo)致籠條與端環(huán)焊接開裂。制造廠承認此種用途電動機應(yīng)重新設(shè)計。
h. 電動機連接采用直接機械連接,啟停時對電動機震動沖擊大。據(jù)了解，某電廠采用限矩型液力偶合器連接，運行中未發(fā)現(xiàn)電動機損壞問題。據(jù)介紹美國細碎機公司電機同細碎機連接，全部采用蛇型彈簧錐型連接方式，以克服啟停時對電機的震動和沖擊。
i. 飛錘式細碎機電動機頻繁啟動。機械軸功率810 kW，配套電動機選900 kW，過載系數(shù)為1.1倍,偏小,日本某公司配套電動機過載系數(shù)為1.5倍以上。河北熱電原準備將900 kW電動機更換為1 000 kW電動機，但考慮減震平臺的承受力未經(jīng)計算,未更換。
據(jù)資料介紹，鼠籠式大型異步電動機在重載、頻繁啟動情況下經(jīng)常出現(xiàn)開焊斷條問題，尤其在火力發(fā)電廠，磨煤機、細碎機、風(fēng)機配套的電動機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的開焊、斷條問題占電動機事故的60%。這種電動機的鼠籠式轉(zhuǎn)子設(shè)計,仍是目前重載啟動電動機設(shè)計中的主要問題。
5結(jié)束語
受當前國內(nèi)缺電情況的影響，新開工電廠較多。國內(nèi)幾個大型高壓電動機生產(chǎn)廠家，新電動機定貨交貨期在6月以上，河北熱電有限責(zé)任公司無備用同型號電動機，2臺細碎機的損壞，對運行造成一定影響。當時考慮到山西陽泉煤顆粒較細，經(jīng)一級破碎后進CFB鍋爐燃燒，但因煤到貨顆粒不穩(wěn)定，易造成CFB鍋爐悶爐，引起停爐。
對上述2臺損壞的細碎機電動機已經(jīng)返廠處理，廠家答應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子銅條由矩型改為T型，即下寬上窄銅條，用支撐楔子固定，以防止轉(zhuǎn)子銅條安裝松動脫落飛出造成故障。為解決鼠籠式轉(zhuǎn)子銅條開焊斷裂問題，重新購置1臺轉(zhuǎn)子鑄鋁式細碎機電動機作為備用。
關(guān)于電動機損壞原因的初步意見為電動機制造廠電動機轉(zhuǎn)子設(shè)計不合理。電動機制造廠已經(jīng)答應(yīng)改進，但對細碎機電動機損壞的其它原因，細碎機同電動機的連接方式，細碎機同電動機的配套容量選擇，選用啟動特性好的電動機等問題，還有待于進一步觀察分析，總結(jié)經(jīng)驗。