電廠(chǎng)鍋爐煤倉(cāng)棚煤?jiǎn)栴}分析及有效解決方案

摘 要：電廠(chǎng)鍋爐煤倉(cāng)棚煤、堵煤是電廠(chǎng)鍋爐運(yùn)行中普遍存在和影響機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的一項(xiàng)主要因素，山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠(chǎng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索和實(shí)踐，在鍋爐煤倉(cāng)棚煤科技攻關(guān)中取得了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)，較好地解決了鍋爐煤倉(cāng)棚煤?jiǎn)栴}。現(xiàn)對(duì)造成煤倉(cāng)棚煤的主要原因進(jìn)行分析，并介紹山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠(chǎng)煤倉(cāng)改造經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：棚煤;循環(huán)流化床;襯板;雙曲線(xiàn)

0? ? 引言

山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠(chǎng)現(xiàn)有3臺(tái)蒸發(fā)量分別為480 t/h的循環(huán)流化床鍋爐，主要以陽(yáng)泉平定當(dāng)?shù)孛旱V的煤矸石為主要燃料，配有3臺(tái)裝機(jī)容量135 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，采用單元制運(yùn)行方式，其主要為山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司電解鋁生產(chǎn)用自備機(jī)組，年發(fā)電量約24億MW。每臺(tái)鍋爐配有2座倒金字塔型鋼制煤倉(cāng)，煤倉(cāng)內(nèi)采用厚度為10 mm的超高分子量聚乙烯塑料襯板做內(nèi)襯。多年來(lái)煤倉(cāng)棚煤?jiǎn)栴}一直困擾著電廠(chǎng)干部和職工，特別是近年來(lái)國(guó)家環(huán)保管控力度加大，一次鍋爐棚煤就很可能造成環(huán)保排放指標(biāo)超標(biāo)而帶來(lái)不良后果。為了消除棚煤帶來(lái)的安全和環(huán)保隱患，電廠(chǎng)專(zhuān)門(mén)成立了攻關(guān)小組，經(jīng)過(guò)近兩年的科技攻關(guān)，徹底解決了鍋爐煤倉(cāng)棚煤?jiǎn)栴}。

1? ? 造成煤倉(cāng)棚煤的主要原因

1.1? ? 煤的成分構(gòu)成對(duì)棚煤造成的影響

因山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠(chǎng)在建廠(chǎng)之初設(shè)計(jì)煤種即采用低熱值煤（低位發(fā)熱量14.75 MJ，折合3 523 kcal），鍋爐燃煤以煤礦原煤+中煤構(gòu)成的煤矸石混合配煤為主，這種煤存在硬度高、灰分大、煤泥含量高（黏度大）、水分高、含硫量高等特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)煤種各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

鍋爐入爐煤主要是由當(dāng)?shù)氐V井選煤廠(chǎng)通過(guò)運(yùn)輸皮帶輸送過(guò)來(lái)的無(wú)煙煤和中煤構(gòu)成，經(jīng)過(guò)錘式破碎機(jī)二次粉碎后進(jìn)入鍋爐煤倉(cāng)。由于這種煤由礦井直接通過(guò)皮帶輸送機(jī)輸送過(guò)來(lái)，煤中煤泥含量高、黏度大，同時(shí)煤中水分較高，這就造成煤進(jìn)入煤倉(cāng)時(shí)流動(dòng)性較差，從而極易在煤倉(cāng)倉(cāng)壁形成掛煤，進(jìn)而發(fā)生堆積和板結(jié)，這是造成煤倉(cāng)棚煤的主要原因。

1.2? ? 煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)對(duì)棚煤造成的影響

1.2.1? ? 煤倉(cāng)外形結(jié)構(gòu)影響

由于原設(shè)計(jì)煤倉(cāng)均采用了倒金字塔結(jié)構(gòu)，這種上大下小的倒方錐體結(jié)構(gòu)極易造成煤倉(cāng)內(nèi)較濕而又灰分大的煤因其流動(dòng)性差而在煤倉(cāng)的四邊夾角部位堆積，致使落煤流動(dòng)不暢，遇到煤中干燥的煤粉后就會(huì)越積越硬，最后在煤倉(cāng)4個(gè)邊角形成由下至上的大面積堆積，從而產(chǎn)生棚煤、堵煤現(xiàn)象。

此外，原有煤倉(cāng)堆積角小，鍋爐燃燒煤種中所含灰分、水分較大，這種黏性較高的煤在落入煤倉(cāng)后流動(dòng)性差，也是導(dǎo)致棚煤的原因。

原有煤倉(cāng)出口較小，煤在下落過(guò)程中不斷受到擠壓，越接近出口部位，受上部煤位高度影響越大，在煤倉(cāng)落煤口0.5～2 m處所受到的擠壓最大，這種擠壓力越大，煤的密實(shí)度就越高，越容易出現(xiàn)棚煤現(xiàn)象。

1.2.2? ? 煤倉(cāng)內(nèi)襯材料影響

原設(shè)計(jì)煤倉(cāng)采用超高分子量聚乙烯塑料襯板，其具有襯板表面光滑，摩擦系數(shù)小，吸水性小;耐磨性好，抗沖擊性能強(qiáng);強(qiáng)度高，抗老化，不怕酸堿等腐蝕;耐溫性能好，相對(duì)物理及化學(xué)特性較好等優(yōu)點(diǎn)。但由于煤矸石硬度高，落煤點(diǎn)對(duì)內(nèi)部襯板的沖擊力較大，造成襯板磨損較快，脫落后的襯板掉在煤倉(cāng)下部窄小的落煤口，容易造成鍋爐運(yùn)行斷煤事故;其次，超高分子量聚乙烯塑料襯板用沉頭螺栓固定在煤倉(cāng)鐵板上，時(shí)間久了，受落煤沖刷影響，連接螺栓磨損，會(huì)造成襯板與煤倉(cāng)外部鋼板分離，脫落的襯板極易造成煤倉(cāng)堵煤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致煤倉(cāng)下部皮帶被掉落的襯板劃破，從而造成皮帶給煤機(jī)停運(yùn)。

1.2.3? ? 煤倉(cāng)落煤口插板門(mén)結(jié)構(gòu)影響

原有煤倉(cāng)落煤口設(shè)計(jì)為矩形單向電動(dòng)插板門(mén)，單向插板門(mén)存在閘板體型較大，容易受外力影響產(chǎn)生變形;開(kāi)關(guān)時(shí)行程較長(zhǎng)，全程開(kāi)關(guān)耗時(shí)較長(zhǎng)，不易迅速關(guān)斷等缺點(diǎn)。為了減少其受力時(shí)變形，許多插板門(mén)生產(chǎn)單位在閥體中間增加了橫向加強(qiáng)拉筋，這也造成了煤倉(cāng)下煤時(shí)受阻不暢而出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，還會(huì)造成煤倉(cāng)襯板脫落時(shí)脫落的襯板架在加強(qiáng)拉筋上，導(dǎo)致整個(gè)煤倉(cāng)落煤受阻而形成鍋爐給爐機(jī)斷煤。

受煤質(zhì)和煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)不合理的影響，每年電廠(chǎng)至少要對(duì)每個(gè)煤倉(cāng)進(jìn)行兩次清理，才能保證鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行。但因煤倉(cāng)內(nèi)部封閉空間屬于瓦斯積聚部位，而清理煤倉(cāng)又屬于有限空間作業(yè)，其安全風(fēng)險(xiǎn)極高，一直是電力生產(chǎn)企業(yè)中嚴(yán)格管控的一項(xiàng)施工作業(yè)。為減少運(yùn)行中煤倉(cāng)棚煤及堵煤現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低清理煤倉(cāng)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)煤倉(cāng)進(jìn)行改造勢(shì)在必行。

2? ? 煤倉(cāng)改造實(shí)施方案

依據(jù)對(duì)造成鍋爐煤倉(cāng)棚煤各種因素的分析，攻關(guān)小組認(rèn)為，由于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)形成的煤質(zhì)特性已基本使鍋爐燃燒用煤品質(zhì)固定、不易調(diào)整，因此將煤倉(cāng)改造納入改造實(shí)施才是更為合理和有效的方法。

2.1? ? 改造煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)原有倒金字塔方錐形煤倉(cāng)四個(gè)夾角容易由下向上積煤的結(jié)構(gòu)特征，煤倉(cāng)由原來(lái)的倒金字塔方錐形改為雙曲線(xiàn)橢圓形，改造部分采用方變圓倉(cāng)+雙曲線(xiàn)+長(zhǎng)圓形出口過(guò)渡倉(cāng)的組合形式。保留原有煤倉(cāng)頂部方錐形鋼結(jié)構(gòu)與廠(chǎng)房混凝土建筑結(jié)合部位不變，此次煤倉(cāng)改造在煤倉(cāng)上部進(jìn)煤口皮帶落煤點(diǎn)即煤倉(cāng)標(biāo)高點(diǎn)29.42 m處開(kāi)始切割，將原有煤倉(cāng)的普通鋼結(jié)構(gòu)材料改為用厚度為12 mm的201E不銹鋼板代替，同時(shí)倉(cāng)壁與水平夾角由原來(lái)的最小68.1°增加到75°，增加了坡度，從而減少了黏煤堆積的可能性，在原有同樣的高度下增大了下部落煤口直徑，同時(shí)增大了煤倉(cāng)出口的通流面積，也降低了下部落煤口處的擠壓強(qiáng)度。改造后的煤倉(cāng)各處均為圓弧角，避免了方錐煤倉(cāng)夾角積煤現(xiàn)象;因雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)煤倉(cāng)對(duì)出口的煤有減壓作用，從而降低了煤與倉(cāng)壁的摩擦力，增加了煤的流動(dòng)性。

2.2? ? 取消煤倉(cāng)襯板

由于改造部位使用了201E不銹鋼材料作為煤倉(cāng)壁板，201E不銹鋼具有密度高，耐酸、耐堿性能好，材質(zhì)中無(wú)氣泡、無(wú)針孔等優(yōu)點(diǎn)，所以改造后的煤倉(cāng)內(nèi)部取消了超高分子量聚乙烯塑料襯板，完全避免了襯板磨毛、變形、脫落造成的煤倉(cāng)堵煤和鍋爐斷煤的安全隱患。

2.3? ? 改造煤倉(cāng)附屬設(shè)備

在煤倉(cāng)落煤口選用了12Cr13不銹鋼雙向液壓插板門(mén)，取代了原有矩形單向電動(dòng)插板門(mén)。雙向液壓插板門(mén)具有開(kāi)關(guān)靈敏、動(dòng)作時(shí)間短、密封性良好、開(kāi)關(guān)平穩(wěn)等特點(diǎn)，同時(shí)由于采用了雙向開(kāi)關(guān)形式，中間減少了加強(qiáng)筋，避免了原有矩形單向電動(dòng)插板門(mén)由于行程較長(zhǎng)、中間增加加強(qiáng)筋從而在結(jié)構(gòu)上存在缺陷造成的堵煤現(xiàn)象。

此外，在新改造的煤倉(cāng)中安裝了加強(qiáng)型疏松器，當(dāng)煤在煤倉(cāng)中的流動(dòng)性變差時(shí)，人工啟動(dòng)疏松器，疏松器沿著煤倉(cāng)內(nèi)壁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切斷煤與煤倉(cāng)的粘結(jié)，破壞掉棚煤支撐點(diǎn)，減少了煤在煤倉(cāng)中板結(jié)的概率;并將原有煤倉(cāng)空氣炮由16個(gè)減少至4個(gè)，這樣不但減少了由于原有煤倉(cāng)空氣炮較多在使用中帶來(lái)的壓縮氣體浪費(fèi)，還減少了由于空氣炮擊打造成的煤在煤倉(cāng)中密實(shí)度增加從而板結(jié)的可能性，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

改造前后煤倉(cāng)外觀對(duì)比圖片如圖1所示。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)兆豐鋁電公司自備電廠(chǎng)鍋爐煤倉(cāng)的改造，鍋爐安全運(yùn)行周期明顯得到延長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)改造的煤倉(cāng)運(yùn)行一年多以來(lái)再未出現(xiàn)鍋爐停爐清理煤倉(cāng)的現(xiàn)象，煤倉(cāng)也再未出現(xiàn)棚煤、斷煤現(xiàn)象，降低了運(yùn)行中清理煤倉(cāng)棚煤可能造成的有限空間作業(yè)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減少了清理煤倉(cāng)的費(fèi)用和鍋爐降負(fù)荷帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。2019年，循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行周期達(dá)到了202天，創(chuàng)造了自2006建廠(chǎng)投產(chǎn)以來(lái)單爐運(yùn)行的最好紀(jì)錄，由此凸顯了改造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效果。

收稿日期：2020-04-14

作者簡(jiǎn)介：張學(xué)海（1971—），男，河北井陘人，熱動(dòng)工程師，研究方向：電廠(chǎng)鍋爐、環(huán)保。