旋風式助流清堵技術在原煤倉疏堵方面的應用

張紹興

(華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

某公司2臺670 MW超臨界鍋爐為上海電氣集團股份有限公司上海鍋爐廠設計、生產的參數變壓運行螺旋管圈直流爐。鍋爐為單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、型露天布置、固態排渣、全鋼架懸吊結構。鍋爐燃燒系統按配低速磨冷一次風直吹式制粉系統設計，每臺爐配6臺BBD3854型雙進雙出磨煤機。鍋爐原設計燃用晉中貧煤。原煤倉是鋼結構圓筒倉，由圓柱形倉筒、圓柱形裙筒、倒置的正圓錐臺漏斗和斜橢圓錐臺漏斗組成。原煤倉由壁厚10 mm的Q345B鋼板焊接而成，其下部煤斗(標高16.7～24.7 m)內壁襯有3 mm厚不銹鋼內襯[1]。

1 原煤倉設備現狀

近幾年受到供煤影響，貧煤煤源比較少，價格偏高，采購的所謂貧煤大多為摻混煤，煤質不穩定，原煤顆粒較小，容易造成原煤倉堵塞；另外煤場沒有完全封閉，受天氣的影響比較大，尤其是雨季，煤中水分增大，煤黏性增強，特別容易在原煤倉出、入口落煤管處發生堵煤問題。現有的多種處理方法處理效果均不夠理想。

原煤倉堵煤存在很大危害： 輕者造成機組出力下降，引起發電量下降；重者造成燃料供應中斷，機組被迫投油助燃；再嚴重者，多臺次給煤機同時堵煤，斷煤長時間不能得到解決，將導致機組被迫停機。近兩年來，該公司曾發生過多次因原煤倉堵煤引起的機組限負荷問題。

2 原疏堵方案介紹

在此之前原煤倉先后采用了4種防堵方法：振打電機法，空氣炮法，螺旋疏通機法和人工疏通法。前3種方法可以單獨使用，也可以組合使用，在原煤流動性較好時，可以起到疏通效果。但在煤質流動性差時，前3種方法的疏堵效果有限，被迫采用第4種方法—人工疏通法。但該方法疏通時間長、危險性大、工作環境差。

2.1 振打電機法

公司目前采用的是電動式振打器。其原理是在轉子軸兩端各安裝一組可調偏心塊，利用軸及偏心塊高速旋轉產生的離心力得到激振力，如圖1所示。在振打過程中，由于粘在倉壁上的煤料同倉壁的材質不同，振動頻率存在差異，使煤同倉壁之間產生分離、形成間隙，空氣進入間隙之間形成氣膜，降低摩擦系數。

振打電機法存在一些問題：此方法只有在振打點下部有空隙時才能起作用，否則會越打越實；振動錘在煤倉上安裝的位置是不變的，只適用于流動緩慢或振動點下是懸空的情況；振動電機振動大、有噪音，有時會造成倉壁上的襯板松脫，導致振動電機脫落。

圖1 振打電機方案結構示意

2.2 空氣炮法

空氣炮法系統由小型儲氣罐和噴嘴構成。空氣炮一般于煤斗兩側相向布置，為擴大疏通范圍上下開，如圖2所示。

圖2 空氣炮方案結構示意

小型儲氣罐內部有壓縮空氣，受電磁閥控制。啟動空氣炮時，壓縮空氣瞬間打入原煤倉內。放炮時瞬間產生強大的爆炸沖擊力，此外力強制將物料向下推進。空氣炮法存在的問題有：空氣炮放炮點正處在堵塞位置附近時才能發揮其作用，而目前所有的空氣炮在料倉上的位置都是固定不變的；如果放炮點處在堵塞點上方時，會造成下面的堵塞點壓實；當物料很潮濕，內摩擦系數、黏度較大，放炮后只能打出一個孔洞，堵煤情況依舊存在，清堵效率不高。

2.3 螺旋疏通機法

螺旋疏通機實質是一種刮切式疏通裝置(如圖3所示)，由電機帶動，通過減速機傳動帶動刮刀旋轉。旋切刀、旋轉錐體構成螺旋強制輸料系統，通過改變倉體內物料的流動狀態，使物料的流動狀態由中心流恢復為整體流。

圖3 螺旋疏通機結構示意

螺旋疏通機法存在的問題有：該方法只能清除下料段一小段的堵料問題，對上部的蓬煤不起作用，清堵范圍太小，對整個料倉清堵效果不佳；當下部堵塞時，疏堵效果差；長時間轉動，部件磨損大，維修工作量大。

2.4 人工疏通法

堵煤嚴重時，以上機械方法均無法達到效果，被迫采用人力疏通法。該方法主要通過桶煤棒在通煤孔破拱，用手錘敲擊堵煤部位。

人工疏通法存在的問題有：若堵煤位置較高，需要搭設腳手架，人員高空作業，存在安全隱患；疏通效果有限，費時耗力；當敲打無法解決堵煤時，需對原煤倉筒壁進行割孔處理，對倉壁破壞力大，且原煤外露成堆會污染環境。

3 旋風式助流清堵技術

通過多方調研，該公司采用一種新型旋風式氣動助流清堵裝置，并于2016年4月在堵煤發生率比較高的3C1原煤倉上進行安裝及試驗。該裝置可根據生產實際情況修改清掃頻次、清掃時間和清掃位置，疏堵效果良好。

3.1 旋風式氣動助流清堵結構及原理

如圖4所示，該系統主要由儲氣罐、進氣閥門、控制閥、噴嘴等組成，為了便于運行人員控制，該系統具有遠程和就地切換功能，運行人員使用過程中可通過分布式控制系統(DCS)畫面分別控制或集中控制各層噴口。

圖4 旋風式氣動助流清堵結構

在原煤倉清堵段的倉壁上軸向方向，沿螺旋線軌跡徑向均勻鋪設噴嘴噴氣點，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，在倉壁與物料之間形成旋風式旋轉氣流。此氣流將物料與倉壁短暫分離，降低了物料同倉壁之間的摩擦系數，加大了下滑力，消除了黏壁棚煤。在氣流旋轉的同時會產生指向中心的推力，氣體在料倉內周邊密度加大，壓力升高，形成高壓區；旋風中心區氣體密度降低，形成低壓區(旋風的特點)。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。同時氣體在倉內膨脹后降低了物料的密度和物料的內摩擦系數，減小了內聚力，消除了拱狀堵煤[2]。

3.2 技術特點

使用情況證明，該技術具有以下特點。

(1)清堵范圍廣。本系統多層氣刀從下至上對煤倉堵塞處進行分段連續旋切，在清除粘壁蓬煤的同時又可清除拱狀堵煤。

(2)系統維護量低。本系統清堵方法先進，沒有運動部件，沒有易損部件。

(3)對系統影響小。噴嘴噴氣時間、時間間隔、循環周期可調，噴嘴噴氣能量及沖力在噴射過程中基本保持不變，并能保持在最高值。由于儲氣罐容積比最大的空氣炮容積大幾十倍，因而可在短時間內實現多次噴射，使倉內物料產生脈動振蕩，并可防止氣洞的產生。

(4)安裝方便。在安裝施工時無須清倉；在不確定堵塞位置情況下，在任意段清堵都不會引起堵塞加重。

(5)電氣控制功能強大。可同DCS系統融合并網，實現手動/自動、本地/遠程快速轉換，運行人員在集控室內可以對該系統進行控制。另外該系統還有多種疏堵模式選擇，有輕度疏堵、中度疏堵和重度疏堵模式選擇[3]。

3.3 旋風式助流清堵技術與其他技術的對比

采用旋風式氣動助流清堵技術的原煤倉堵煤次數顯著降低，極大地提高了制粉系統的穩定性，同時也為機組的穩定、經濟運行提高了保障。為了檢驗不同原煤倉疏通裝置的效果，自2017年1月1日—2017年12月31日統計安裝有不同疏堵裝置的原煤倉發生堵煤的次數，通過對比4種清堵方案的運行情況可以看出，旋風式氣力助流技術的原煤倉堵塞次數最少(見表1)。

表1 4種清堵方案運行情況對比

注：運行天數365天

4 結束語

該公司對2臺670 MW機組原煤倉進行了旋風式氣力助流疏堵技術改造，經過實踐改造效果良好。改造完成后可有效解決原煤倉堵煤導致的機組降出力問題。該公司的原煤倉氣力助流疏堵技術，給國內相似機組的原煤倉疏通技術改造提供了借鑒。