鍋爐原煤倉清堵措施研究與實踐

摘 要：原煤倉堵塞現象對電站鍋爐運行的安全性和經濟性都存在較大危害，針對660MW超臨界鍋爐原煤倉堵塞問題，分析堵塞形成的原因，并用兩種不同方式進行清堵治理，最終采用旋風式氣動助流煤倉清堵系統取得了較好效果，保障了鍋爐運行的安全性和經濟性。

關鍵詞：原煤倉；堵煤；旋風式氣動助流煤倉清堵系統

引言

用于存儲原煤、煤泥等顆粒性物料的原煤倉在火力發電廠中應用十分普遍，但原煤倉堵煤或者下流不暢常使得機組燃燒不穩、出力降低、有時必須投用燃油助燃、嚴重時甚至會引起機組非計劃停運，嚴重影響了鍋爐的安全及經濟運行。特別是正壓直吹式制粉系統，原煤倉堵煤比負壓制粉系統更為嚴重，處理也更麻煩[1]。緩解和解決原煤倉堵煤故障，對于提高運行機組的安全經濟運行具有十分重要的意義。

1 設備現狀

我公司2×660MW超臨界燃煤發電機組分別于2012年3月和6月相繼投產。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，每臺機組配配6臺ZGM113G型中速磨煤機，每臺磨煤機設置1個鋼制原煤斗。煤斗上部為矩形下部為雙曲線形，材質為Q345，內襯不銹鋼板。煤斗下方為給煤機進口圓錐形落煤管，落煤管與給煤機之間安裝一只電動閘板門。

鍋爐運行中常發生原煤倉堵煤故障，特別是在雨季和氣溫較低的冬季，堵煤現象最為嚴重，已嚴重影響鍋爐運行的安全和經濟性。據統計數據顯示，2015年1月，#1、2機組共發生堵煤23次，最嚴重的一次#2爐下層A、B給煤機全部斷煤，險些造成#2爐非停的事故。

2 原煤倉堵煤的原因分析

2.1 主要堵煤形式

原煤倉堵煤主要有架煤和蓬煤兩種形式，架煤是煤顆粒粘附在煤斗的壁面上，使流通截面積變小，但并不會將原煤倉完全堵實。發生倉壁粘接架煤現象時，煤倉有效容積下降、上煤次數增加[2]、上煤系統需要頻繁啟動，從而降低系統運行的經濟性；蓬煤則是將流通界面完全堵實，會出現局部給煤機斷煤，短時斷煤造成鍋爐負荷和運行參數波動，長時間斷煤甚至可以造成鍋爐熄火，影響正常生產。

2.2 煤料受力分析

煤料自身重力及上部物料對其豎直向下的擠壓力是煤料下落的主要動力。煤料所受阻力主要有兩方面：外摩擦力和內摩擦力。外摩擦力是煤料與倉壁之間的摩擦力，主要受煤倉內壁材料特性、煤倉結構特性等因素影響；內摩擦力是煤料之間產生的摩擦力，主要受煤質成分、顆粒大小、煤料表面含水量等煤料自身因素影響。對于直吹式制粉系統，煤料所受阻力還有正壓密封風產生的“浮力”，這使得正壓制粉系統比負壓制粉系統更容易出現堵煤。

3 治理措施

常見的原煤倉破堵措施有空氣炮法、煤斗疏松人孔、人力破堵、疏松機法以及倉壁振打器等。空氣炮法利用壓縮空氣高速氣流穿破堵煤點，從而達到破堵的目的。但對于水分含量大、粘度大的煤破堵效果不好，而且在破堵后會形成“鼠洞”狀，再次破堵時由于有這些“鼠洞”存在，很難達到破堵的目的；煤斗疏松人孔和人力破堵法耗費大量的人力和時間，而且長時間使用易造成煤倉外壁凹凸不平，帶來原煤倉變形、裂縫、振動等安全隱患。

我公司為解決給煤斗堵煤問題，安裝了氣錘振打裝置和液壓疏松裝置，每個原煤斗設置1套煤斗氣動振擊清堵裝置，每套裝置包括4個氣錘（分2層布置）。每個原煤斗配1套液壓疏松機，液壓疏松機分兩路分別安裝在原煤斗兩側。在對煤倉清堵裝置改進后取消了液壓疏松裝置，仍然保留氣錘振打裝置。

3.1 氣錘振打裝置

目前我公司使用的氣錘振打裝置為兩位式氣動執行機構，裝在煤斗上易蓬料起拱的倉段上。原理上氣錘振動裝置在振打過程中利用煤料和倉壁振動頻率的差異，可以減小煤同倉壁之間的摩擦系數，降低摩擦阻力；在振打的同時，振動波的能量傳至煤粉中，可使煤料松動，破壞煤料的內聚力。但實際使用的效果并不理想，分析認為氣錘振打裝置主要存在下述幾個問題：

（1）此方法必須在物料滯流或振打點下部有空隙時才起作用，否則會越打越實。

（2）振動錘在煤倉上安裝的位置是固定的，而煤倉的堵塞位置是變化的，電廠目前還不具備檢測出確切堵塞位置的手段，使得振動錘無法與堵塞點相匹配。

（3）振動器振動大、噪音大，有時會把倉壁振裂，導致倉壁上的襯板脫落。

3.2 旋風式氣動助流煤倉清堵系統

我公司采用某公司研發的旋風式清堵技術，加裝了旋風式氣動助流煤倉清堵系統。該系統主要由氣源系統，助流管路，氣動控制管路，氣動助流噴嘴組及電控系統組成。在雙曲線煤倉清堵段的倉壁上，軸向方向以螺旋線軌跡徑向均布鋪設噴嘴噴氣點，噴嘴噴氣口緊貼內倉壁沿螺旋角切線方向向下噴射高壓氣流，因而在倉壁與物料之間形成旋風式旋轉氣流，此氣流將物料同倉壁短暫分離，降低了物料同倉壁之間的摩擦系數，從而減小了摩擦力。在氣流旋轉的同時會產生離心力，氣體在周邊密度加大，壓力升高，形成高壓區，而旋風中心區氣體密度降低，壓力下降形成低壓區，此時周邊的高壓區氣體會向中心的低壓區流動，產生翻滾向上的高壓氣流，此氣流在料倉徑向方向會產生剪力，同時氣體在倉內發散后降低了物料的密度，降低了物料的內摩擦系數，減小了內聚力。上述工作原理如圖1所示。

4 工程實踐

利用檢修機會加裝旋風式氣動助流煤倉清堵系統：加裝兩臺2m3的并聯儲氣罐，供整臺機組6個原煤倉共同使用，儲氣罐的進氣口接有壓力保持閥，用氣時不會影響管網壓力。壓縮空氣引用鍋爐雜用壓縮空氣，經儲氣罐將壓縮空氣引至旋風式氣動助流煤倉清堵系統的控制管路，在原煤斗上沿雙曲線鋪設控制管路，從下至上共分5層。

控制系統的核心是PLC，擔負著用戶控制程序的運算處理；輸出部分主要是執行PLC發出的驅動信號，完成指定的清堵任務。工程實施時為方便運行人員能夠干預清堵功能，通過DCS系統邏輯組態，將DCS系統輸出信號接入PLC系統，實現DCS與PLC協調協同工作。通過DCS系統畫面組態，實現了該裝置的遠方控制功能。就地加裝電氣控制箱，本地控制采用觸摸屏輸入，可以通過觸摸屏進行本地/遠程選擇、手動/自動選擇、單控/模式化控制選擇。屏上還能顯示出反映各層噴嘴清堵情況的畫面，并要求與中控室的DCS系統融合，以實現遠程控制。控制箱和中控室均可以雙向實現本地/遠程控制切換。本地控制下設有手動/自動控制轉換：手動控制狀態下可以對一層至五層中的任意一層實行單獨清堵；自動控制狀態下可以根據物料堵塞程度選擇三個自動清堵模式中的一個進行模式化清堵。

DCS系統遠程控制下設有三個模式化清堵操作，可根據需要進行選擇。另外，還設置了自動值守模式-即預防清堵模式：預防清堵模式每隔8小時（在線可調整）自動循環一次進行自動清堵，同時一旦出現斷煤信號便立即自動完成清堵。具體邏輯圖如圖2所示。

操作人員首先選擇好本地/遠程控制方式以及清堵模式，然后通過人機交互發出相應的清堵指令，PLC接收到清堵指令后，與同時接收到的檢測信號（例如斷煤檢測、氣源壓力檢測、傳送帶啟停檢測等）進行綜合判斷，判斷是否符合清堵要求。如果滿足條件，就按照預設的控制參數：如開啟噴嘴的數量、噴氣的順序、噴氣的時間、噴氣的間隔、噴氣的周期等進行邏輯運算，然后按照選定的清堵模式輸出驅動信號，打開氣源，打開指定的噴嘴閥門，對原煤倉進行旋風式助流清堵。同時斷煤檢測傳感器對下料口進行動態監測，一旦下料通暢，立即發出清堵成功信號，PLC結束清堵。如果清堵條件不滿足，比如運煤傳送帶沒有開動，或者氣源壓力達不到規定的標準值時，PLC控制系統都會自動停止清堵，確保清堵系統始終能夠有效可靠地運行。

5 效果檢查

旋風式氣動助流煤倉清堵系統改造完成后，我公司至今沒有出現過原煤料倉因為斷煤而影響生產的情況。根據DCS歷史趨勢顯示，從煤倉發生斷煤至清堵裝置自動運行，直至煤倉斷煤信號消除，整個清堵過程時間均不超過20秒，且整個清堵過程無運行人員操作，這種清堵效果對機組負荷和鍋爐燃燒幾乎沒有影響。該改造工程后，大大提高了我公司供煤系統的穩定性，對同類型電廠燃煤機組具有一定的借鑒和推廣作用。

參考文獻

[1]劉建國，馮培良，陳輝，等.正壓制粉系統煤倉下煤不暢的治理[J].中國電力，2010，43（5）：51-54.

[2]吳曉蘭.CFB鍋爐爐前煤倉堵煤問題分析及對策[J].能源研究與利用，2008（4）：46-48.

作者簡介：張寧（1973-），男，助理工程師，研究方向為火電廠熱工自動化運行與管理。