鍋爐煤倉堵煤的原因及改造

關鑫源

0　概述

火力發電廠煤倉的堵煤現象，是影響機組負荷和威脅安全運行的主要原因之一。當多個煤倉的出煤口被堵塞時，將造成多臺給煤機斷煤，會使機組被迫大幅度甩負荷，嚴重影響機組運行。給煤機斷煤后，將使爐膛內的燃燒極不穩定，在這樣的燃燒工況下，將使鍋爐的熱負荷下降。為了確保鍋爐運行、爐膛內不滅火，將被迫投油助燃，造成大量的燃油消耗。若投油不及時，還將造成鍋爐滅火使機組非停。另外，當給煤機斷煤后，引起主蒸汽溫度和壓力的大幅波動，水冷壁汽水分界面不穩定，傳熱狀態受到影響，久而久之造成水冷壁爆管［1-2］。因此，化解煤倉出煤口的堵煤現象，對于保障機組的安全運行，有著重要的意義。

1　設備布置

某型機組的鍋爐，是燃煤超臨界660 MW鍋爐，為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行，采用不帶再循環泵的大氣擴容式啟動系統的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風、固態排渣、全鋼架、全懸吊結構、π型布置。采用中速磨直吹式制粉系統，每臺鍋爐配6臺磨煤機，5運1備，煤粉細度R90為18%。每臺磨煤機配1臺稱重式計量給煤機，在給煤過程中，可準確地進行稱重計算。而且，根據鍋爐燃燒控制系統的要求，能自動調節給煤量，使實際給煤量和鍋爐的負荷相匹配。每臺機組共有6個煤倉，煤倉高為18 m、進口直徑為 9.01 m，出口直徑為 0.9 m，半頂角為24°，截面收縮率為0.11%，煤倉的容量為729 t。原煤倉的設計技術條件為:煤粒粒度≤35 mm，堆積密度為1.0 t/m3，動安息角為 40°，全水分為15%。原煤由雙輸送皮帶被送至犁煤器后，再通過4個入口進入煤倉。煤倉具有儲煤和供煤的作用。

2　煤倉的運行

2.1　煤質及摻燒煤泥

自機組投產后，燃煤的煤灰熔點＜1200℃，硫分＞1.4%。這種燃煤成分，對于鍋爐結焦與煙氣脫硫設備的運行壓力較大。由于缺少灰熔點與全硫指標俱佳的穩定煤源，為了均衡和提高發電效益，只能最大程度地摻燒煤泥，發揮其改善鍋爐結焦、降低硫分含量及降低標煤單價的綜合優勢。為此，逐步啟動并規范了煤泥的收耗存管理。通過摸索，煤泥的月平均利用率為15%～20%，短期最大利用率曾達到35%～40%。

2.2　煤倉堵煤現狀

摻混煤泥后，頻繁發生了煤倉的棚煤現象，使給煤機斷煤、甚至煤倉板結后被堵死，造成了磨煤機運行時的異常振動，增加了設備故障發生率，提高了發電成本。究其原因，是摻燒煤泥后，煤泥的水分為17%～20%，燃煤的濕度和黏度增大，加之煤倉下部為錐形形狀，沿著煤流動方向的流通截面積逐漸變小，擠壓力增大，煤粒與倉壁、煤粒之間的摩擦力也越來越大，但煤沿壁面流動的重力分力不變。故隨著煤的流動，錐形煤斗內的等效流動動力越來越小。當煤粒含水量較大時，煤的團聚性更強，煤在倉體內的流動就愈加困難，結拱堵塞的幾率大大增加。根據現場運行情況，發生堵煤的主要部位，是在最小截面積插板門以上1.5 m的范圍，90%的堵煤現象發生在該部位。通常情況下，在上部形成堵煤，是由于下部堵塞造成的。下部堵煤后，整個倉體內部原煤的流動狀態就發生了變化。原是整體流動的煤流，逐漸變為在中心區域的層流狀態。中心層流形成后，煤在整個倉壁上形成黏結，倉容積嚴重變小，堵塞現象將更加嚴重。在煤倉下料倉段內，更易形成堵煤。所以，為了機組的安全運行，必須采取有效的措施，解決煤倉的堵煤現象。

3　加裝空氣炮

3.1　空氣炮的工作原理

空氣炮的工作介質為壓縮空氣，主要部件包括儲氣罐、電磁速關閥及控制系統等。當電磁速關閥快速打開時，氣體便自動進入炮體。堵煤后，按下起動按鈕，給換向閥一個脈沖電信號或氣信號，儲氣罐內的壓縮空氣在壓差的作用下，形成高速噴出的強烈氣流，高動能的空氣直接沖擊倉內的堵塞部位，使煤粒重新在重力作用下流動起來。空氣炮內氣體被釋放后，將自動進行充氣，隨時可完成第二個工作循環［3-5］。釋放空氣炮的操作程序，應為先放下層炮，后放上層炮，更易使原煤順利排出。

3.2　空氣炮的安裝與控制

經過調研發現，90%以上的原煤倉堵塞都發生在下部原煤倉出口以上1～2 m的范圍內［6］。所以，在煤倉的錐斗部位，安裝8只空氣炮。在直段部位，安裝4只空氣炮。空氣炮的安裝部位，如圖1所示。安裝時，倉內噴射接管應向下布置，排氣管與水平線夾角不得小于10°。安裝氣動控制系統時，炮體與氣動控制閥之間的距離，不得超過15 m。需過濾和干燥壓縮空氣，且最大工作壓力不得超過0.8 MPa，最小工作壓力不得低于0.4 MPa。電磁快速排氣閥的交流額定電壓為220 V、消耗功率為15 W。空氣炮的操作，由自動控制儀進行控制。煤倉空氣炮的電氣控制圖，如圖2所示。也可對空氣炮進行手動操作，在換向閥上，設有手動把手及電氣控制按鈕。

圖1　煤倉壁上的空氣炮位置

圖2　原煤倉空氣炮控制原理圖

3.3　空氣炮的防堵效果

在運行中，發現空氣炮需位于結拱位置，才能發揮防堵作用。若空氣炮處于結拱位置的上方，反而使煤越振越密實。由于煤倉結拱和堵塞位置的不確定性，且不同燃煤品種具有不同的黏性，堵煤的位置更是在不斷地變化。因此，破堵的效果并不理想，當煤的水分含量過大時，破堵的效果更差。

4　加裝清堵機

為解決加裝空氣炮后仍存在的堵煤現象，決定對煤倉進行整體優化設計。分析了煤倉結構后，較佳的解決方案，是在煤倉內加裝旋轉清堵機。

4.1　旋轉清堵機的工作原理

旋轉清堵機由圓柱形過渡筒、上部固定筒、旋轉筒體、下固定筒、清堵刮刀、減速機、傳動大齒輪、插棍閥以及驅動電機組成。減速機的功率為5.5 kW，減速比為 396.9，旋轉體的轉速為 0.7 r/min，倉體的壁厚為12 mm，清堵高度為2 050 mm，清堵面積為7.95 m2。倉體采用機械迷宮和接觸式的密封形式，可有效防止漏粉現象。

清堵機旋轉倉段處于整個煤倉的易堵段，是煤倉堵煤的關鍵部位。在旋轉倉段內，安裝了42CrMo材質的不銹鋼清堵刮刀組件。清堵刮刀的兩端被固定在上下固定倉段上。當旋轉倉轉動時，布置在旋轉倉內壁固定不動的清堵刮刀，在煤與旋轉倉壁之間形成一個全面積的分離區，使煤在倉壁上無法形成結拱，堵塞現象就不會出現，實現了清堵的目的。

4.2　加裝旋轉清堵機及改造方案

煤倉的堵煤現象，主要發生在4個區域內。這些區域分別位于煤倉上部、煤倉下部、以及給煤機入口閘板處和煤閘板下部的直管段。根據煤倉結構，采取了擴大原煤倉出口尺寸、安裝旋轉清堵機、將插板門更換為不銹鋼插棍閥、將給煤機入口煤閘板下移等措施。

原煤倉改造前的結構，如圖3所示。在給煤機入口平面標高向上4 606 mm(倉筒內徑1 512 mm)處劃線，割去給煤機入口平面標高150 mm至劃線標高4 606 mm之間煤倉下部的易堵段倉體、插板閥與630直管，將割口打磨光滑。起吊旋轉清堵機至已割去的煤倉易堵段位置，讓煤倉倉體的下口，插入清堵裝置斗體，插入深度為25 mm。對位準確后，焊接圓柱形過渡筒上口與煤倉的連接處，過渡筒下口與旋轉清堵機上部采用高強度法蘭連接。旋轉清堵機的下口與給煤機的進口焊接在一起。煤倉加裝了旋轉清堵機后的結構，如圖4所示。

圖3　原煤倉改造前的結構

圖4　煤倉改造后的結構

在機組調停期間，對13號、14號、15號、23號、24號、25號給煤機的煤倉，均安裝了旋轉清堵機。自清堵機投運后，基本上解決了煤倉因摻燒煤泥而造成的堵煤現象。旋轉清堵機的電氣控制圖，如圖5所示。

4.3　旋轉清堵機的運行方式

依據運行狀況，在不同的季節，應選擇不同的運行方式。特別是機組負荷變化和夏季運行時，采用不同的運行方式，可降低廠用電的能耗。

圖5　旋轉清堵機電路控制圖

(1)在5～10月的夏秋季節里，煤泥的濕度較小，適用節能的運行模式。當給煤機斷煤后，清堵裝置和空氣炮均會自行啟動。清堵裝置運行180 s后，自動停止。因清堵裝置與給煤機的啟動與運行，均已連鎖。此功能，由系統控制中的DCS邏輯自動實現。

(2)在冬季，清堵裝置的啟動，也受給煤機斷煤信號的控制。同時，還增加了人工定時的操作。即設定清堵裝置每小時啟動1次，每次運行20 min。清堵機的定時運行，避免了較長時段內煤泥形成板結后，使清堵裝置難以清理等現象。

4.4　改造后的效果分析

在煤倉改造前，因摻燒煤泥的水分較大，情況最嚴重時，2臺機組每日的斷煤次數，達106次。煤倉的清理周期，不超過7天。斷煤后，因磨煤機內存煤減少，煤層厚度降低，雖然及時降低了加載壓力及抬升磨輥，但仍導致磨煤機的劇烈振動。堵煤嚴重時，空氣炮投入失效，只能停運制粉系統，采用人工清理和疏通。

改造后，以24號煤倉為例，加裝了旋轉清堵裝置，累計運行8天，共發生煤倉堵煤、斷煤23次，旋轉清堵裝置發揮了有效的作用，運行時的正確率達到100%，斷煤后，利用旋轉清堵裝置，及時疏通下煤22次，有效疏通率達到95.7%。

當煤泥的摻燒比為30%時，斷煤次數約2～3次/周。將煤泥摻燒比提高至40%后，當日就發生5次斷煤現象，次日也發生了5次斷煤現象。斷煤次數明顯增多，但旋轉清堵機均能正常啟動。在不需要投入空氣炮的情況下，能夠在短時間內恢復下煤。將煤泥摻燒比提高至50%后，當日斷煤3次，旋轉清堵機的啟動正常，但沒有正常下煤，就地投入空氣炮后，下煤恢復正常。次日斷煤增加為8次，但每次均能正常疏通。

可見，在現有煤倉與煤泥水分的條件下，摻燒煤泥的比例不宜超過30%。當摻燒比為40%～50%，煤倉的堵煤次數將成倍增加。只有在旋轉清堵裝置和空氣炮的作用下，還需配以定期清空煤倉，才能確保短期內的清堵下煤。

5　結語

通過分析，加裝空氣炮和旋轉清堵機后，運行時應注意幾方面的操作原則，才能有效避免煤倉的堵煤現象，確保機組的穩定運行。

(1)采用旋轉清堵機和空氣炮相結合的運行方式時，應按照先投運旋轉清堵機，然后再投空氣炮的原則。

(2)在不同季節，因煤質水分的變化，制訂不同季節內旋轉清堵機的運行方式。

(3)需根據機組的運行情況，確定合理的摻燒比例。

參考文獻:

［1］駱大華，王翔.300 MW鍋爐原煤倉堵煤原因分析及改造［J］.貴州電力技術，2011(10):45-47.

［2］賈源.鍋爐原煤倉堵煤原因分析及應對措施［J］.華電技術，2010，32(S1):9-11.

［3］朱斌，于宏英.火電廠原煤倉堵煤治理［J］.河南電力.2010(2):62-64.

［4］宗成徽，錢繼東.煤倉粘煤堵煤改進［J］.華東電力.1994(12):43.

［5］王曉琴，曹春娟，王昆鵬.空氣炮在焦爐煤倉的應用［J］.中北大學學報，2011，32(6):693-696.

［6］楊洋.電廠鍋爐原煤倉堵塞原因分析及治堵措施［J］.電力安全技術，2012，14(4):13-15 .