制粉系統原煤斗防堵方案研究

摘要：本文結合現行規程對原煤斗設計的規定，并從部分工程現場出現的煤斗堵塞的原因入手，分析煤斗堵塞的原因，推薦在滿足煤斗儲煤量的前提下，選擇合理的煤斗形狀，結構尺寸及下部小斗結構，并闡述了各種防堵措施的適用性，為煤斗防堵提供了合理的設計方案。

制粉系統是燃煤火力發電廠的重要組成部分，其運行通暢與否直接影響鍋爐運行的安全性與經濟性。而原煤斗堵煤導致制粉系統中斷的情況又是火電廠經常遇到的問題。當煤斗出現堵塞不能自動或連續均勻下煤時會引發一系列問題，如給煤機斷煤，燃燒火焰失穩及運行參數波動等。如果處理不好還會導致鍋爐滅火，重者引起煤斗自燃，甚至爆炸，影響正常生產。因此原煤斗堵煤問題已經成為影響部分火電廠穩定運行的主要因素，如何采取有效的措施解決煤斗堵煤已成為火力發電廠重點關注的問題。

對于原煤斗堵煤的問題，各電廠都想盡了很多方法，甚至部分電廠采取的辦法是派專人在煤斗旁邊看守，人工敲打原煤斗疏通。因此，查明原因，找出合適的方法解決原煤斗堵謀問題對于火電廠的穩定運行有著十分重要的意義。

1 煤斗堵塞的原因分析

1.1 根據DL/T 5145-2002 “火力發電廠制粉系統設計計算技術規定”8.1.2，大容量鍋爐的原煤倉圓錐形出口段與水平面交角不應小于60°；對于褐煤及黏性大或易燃的煙煤，壁面與水平面交角不應小于70°，這樣就會使得煤斗漏斗段的高度遠大于直徑，即形成煤斗漏斗段高的型式-上口大，下口小，煤斗越往下，面積越小，若沒有外力作用，僅靠自重力自上而下流動，當摩擦系數不變，煤越往下流動，在上層煤的重力作用下，煤與煤的摩擦力、煤與倉壁的摩擦力、倉壁對煤的擠壓力越大，且煤層高度越高，煤體對煤斗側壁的壓力越大，摩擦力越大，使煤固結強度增加而導致起拱，形成我們常見的壓縮拱。另外煤粉在煤斗中降落時，因截面的收縮而逐漸密實導致結拱。

1.2 煤粉顆粒較小，只要水分稍大，尤其是雨季，煤斗易生銹，煤的粘附力較大，極易粘附于斗壁上，原煤斗易堵煤，形成芯流狀態。此狀態下只是由于水分增加，總體顆粒度變小導致內摩擦力增加過大造成的。

1.3常見的冷一次風直吹式制粉系統為正壓運行系統，通過給煤機落煤管傳到煤斗下部出口的壓強有1000 Pa 以上，產生的阻力N = P ×S = 1000×0.7×0.75= 525N，所以產生氣壓平衡拱的可能性也很大。這樣形成了常說的氣壓平衡拱。

上述3種類型的結拱如圖：

1.3-1 3種煤斗結拱類型

2 原煤斗線型優化

2.1 增大煤斗出口面積

根據上述分析，煤斗出口尺寸對煤斗堵煤有很大的影響，解決堵煤最簡單而有效的一個辦法就是加大煤斗出口面積，而煤斗出口與給煤機進口相連，這一尺寸受給煤機帶寬限制，并無很大優化空間，但是通過與給煤機廠家配合后給煤機進口尺寸可適當增大。

2.2煤斗上口形狀的選擇

傳統鋼煤斗就其外形來看，主要分為普通矩形煤斗和圓筒形煤斗，圓形煤斗由于其單位容積用鋼量少，受力合理明確，可充分發揮鋼材的受拉特性，且落煤性能優于矩形煤斗等優點，被廣泛采用，但隨著火電廠朝大容量、超超臨界機組方向發展，大機組對煤斗的容量也隨之大幅度提高，如仍簡單的采用圓形煤斗，就會產生煤斗本體高度過高，皮帶層標高隨之上升，從而導致電廠煤倉間框架的造價增加。

以往火力發電廠主廠房布置常采用爐前內煤倉布置形式，即汽機房，除氧間，煤倉間四列式布置，這種布置形式，通常是煤斗在煤倉間呈一字排開，煤倉間采用兩條皮帶連續上煤或定點上煤，圓形煤斗和矩形煤斗均滿足上煤要求。隨著火電廠朝大容量、超超臨界機組方向發展，主廠房布置形式也發生了變化，國內越來越多的電廠采用了緊湊型布置，煤倉間由爐前內煤倉轉變為側煤倉，即煤倉間位于兩臺鍋爐之間，這種方案煤斗呈兩列布置，通常煤倉間布置3條皮帶，兩臺爐的煤斗共用中間一條輸煤皮帶機，若煤斗上部仍采用圓形就很難滿足此要求，因此煤斗上口一般做成矩形。

2.3煤斗線型優化

在煤斗容積滿足設計煤小時數的前提下，適當降低皮帶層標高，可降低煤倉間容積，從而降低工程造價。

相對來說，雙曲線型小煤斗有著更好的受力情況，也有利于防止堵煤，但是雙曲線在制作工藝上較為復雜，特別是空間利用率上較錐形煤斗差，使皮帶層標高升高，我院近期部分大容量機組均采用了錐形小煤斗，已經投入運行的華潤電力（賀州）有限公司一期2×1000MW機組，華能岳陽電廠三期2×600MW等，煤斗下部均采用的是錐形小煤斗，運行情況良好，現場并未反映堵煤。因此，只要煤斗與水平角度滿足規程要求，并輔以其他防堵措施（本文后述部分將介紹），下部煤斗無須采用空間利用率不高的雙曲線小煤斗。因此，建議煤斗選取近似雙曲線形狀的圓錐型小煤斗。

常規的煤斗都有一個對稱中心，從受力角度分析，煤斗的對稱中心也是煤斗對原煤作用力的匯聚中心，有著這樣一個合力對于煤粉的流動來說，對于煤粉的流動來說是非常不利的。

如果能設計一種煤斗，沒有這樣的匯聚中心，將會對防止煤斗堵煤產生一定積極的影響。

為防止堵煤，煤斗壁面與水平面交角要求較大，按照圓錐形小煤斗高度已經很高，若圓錐形小煤斗段采用不對稱中心結構，小煤斗段高度將會更高，勢必會增加煤斗總體高度，從而提高皮帶層標高，而如前分析，小煤斗段高度過高對煤斗防堵是不利的，若方圓節段采用不對稱結構，也會較大幅度的提高煤斗的高度，因此建議采用上部矩形中心線與中部方圓節及小煤斗中心線不重合。

3 防止煤斗堵煤其他措施

3.1 人工敲打原煤斗疏通

人工敲打原煤斗疏通勞動強度非常大，而且經常事倍功半，時而有影響機組帶負荷的情況發生，也與現在精簡人員，提高效率的集控運行方式不符。另外，人工敲打對堵煤時間較長時，則無濟于事，必須進入原煤斗內部進行徹底清理。

3.2 安裝倉壁振打器

根據原煤斗結構和現場情況，最易起拱和堵塞部位是安裝倉壁振打器重點部位。當發生堵煤時，倉壁振打器動作，便產生了對原煤斗壁的周期性高頻振動，由于倉壁振打器的周期性振動，一方面使原煤與倉壁脫離接觸、消除原煤與倉壁的摩擦，另一方面使原煤受交變速度和加速度的影響，處于不穩定狀態，從而有效地克服原煤的內摩擦力和聚集力，使煤斗落煤通暢。

3.3采用煤斗內襯

煤斗的內襯材料必須保證煤斗的完整性，同時應能經受煤的經常沖擊和摩擦，因此要求內襯材料抗沖擊、耐磨擦、耐腐蝕、表面光滑等，還要考慮經濟合理，目前，煤斗的內襯材料有如下幾種。

3.3.1輝綠巖鑄石板 具有摩擦系數小、耐磨、使用壽命長、價格低廉等優點，但其性脆、抗沖擊性能差，維修較困難。

3.3.2鑄鐵塊 造價低，耐磨性好，但性脆易砸壞，故較少使用。

3.3.3不銹鋼鋼板 抗沖擊、光滑及耐磨等性能好。目前國內已經運行的電廠大多采用不銹鋼內襯板。

3.3.4 UHMW-PE型超高分子聚乙烯塑料板

1）磨損率較低；2）煤塊與UHMW-PE之間摩擦系數低，這樣煤斗內的煤形成均勻流態，從而不易堵煤；3）具有一定的耐沖擊的強度，但此種內襯煤斗施工難度高，價格偏高，本身具有可燃性。

3.4空氣炮清堵

空氣炮利用空氣動力原理，介質為壓縮空氣，由一差壓裝置和可實現自動控制的電磁閥、瞬間將空氣的壓力能轉變成空氣射流動力能，產生強大的沖擊力。當原煤斗發生堵塞時，快速打開空氣炮儲氣嘴的噴射口，空氣炮儲氣罐內壓縮氣體受壓力差的作用，形成高速噴出的強烈氣流。

這種突然釋放的超音速氣流所產生的沖擊力作用在煤斗內的物料上，克服了物料的摩擦，使粘結、壓實、拱的物料產生破裂和位移，從而恢復了倉中堵塞煤粒的重力流動。一般整套的空氣炮組件是由儲氣罐、氣缸、電磁閥以及相關的管路閥門等組成。

一般最易起拱，堵塞的部位往往是在垂直倉壁與錐形料斗的結合部以及下部給煤機入口的方圓節處，所以布置空氣炮的重點也應在此區域。應根據實際情況，在最易發生堵塞的部位按角度、分層次布置空氣炮若干臺，以組成一個操作系統來工作。

3.5 煤斗疏松機清堵方法

疏松機采用液壓驅動，由液壓泵站，刮板，電控系統，斷煤信號等組成，疏松器刮板緊貼煤斗內壁，依靠上部液壓缸及其連接管路帶動疏松器的疏松刮板，沿煤斗內壁上下往返運動，切除、破壞堵煤的洞拱基礎，使之崩潰，達到疏松目的。在原煤斗外部設置油箱，與原煤斗內安裝的液壓缸通過管路連接，液壓動力系統動力大、換向平穩，使堵煤的洞拱基礎的切除、破壞更加徹底。

如上所述，人工敲打原煤斗疏通勞動強度非常大，而且經常事倍功半，也與現在精簡人員，提高效率的集控運行方式不符。

在原煤斗外壁上裝設振打器，只要裝設位置合適，會達到一定的疏通效果。其結構簡單，易于安裝和維修，缺點就是疏通無效時振動反而加重堵塞，另外對設備的損害也較大。

采用空氣炮需要配置壓力容器、提供壓縮空氣，布置、系統都很復雜，即使對單個原煤斗也要采用多套裝置，同時還存在外力不均勻，局部作用的缺點。

煤斗加內襯是通過降低外摩擦力來處理蓬煤，但如果內襯受到沖刷磨損，表面粗糙度增加，摩擦系數增大，就會對解決堵煤起不到很大的作用，僅僅通過增加煤斗內襯而不加裝其他措施是遠遠不夠的。

煤斗疏松機是通過進行內部擾動，“協助”原煤克服外摩擦力，同時起到誘導活化原煤的作用，削弱內摩擦力，不發生蓬煤。采用疏松裝置改動工作量較小，且能夠自動工作。

4 結論

（1）煤斗內儲存的煤粒度一般較小，因此煤斗易堵，燃用水分小的煤是防堵的有效措施之一，有條件時加大干煤棚的面積。

（2）煤斗進出口尺寸盡量不要相差太大，以便形成整體流。煤斗線型應盡量采用等截面變化率的雙曲線或近似雙曲線的圓錐型煤斗。

（3）降低煤斗高度，減少煤斗的垂直摩擦力。

（4）原煤斗堵煤一般采用疏松裝置較為適宜，可以有效地解決蓬煤。

作者簡介：

徐志英（1982.11-），女，湖北武漢，碩士，工程師，主要從事火力發電廠熱機專業設計。