大型儲(chǔ)煤筒倉和旋轉(zhuǎn)卸料機(jī)在燃煤電廠的應(yīng)用

武偉，廖雄，劉格

(1.華潤電力(錫林郭勒)有限公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒011000;2.華潤電力(宜昌)有限公司，湖北宜昌443000)

大型儲(chǔ)煤筒倉和旋轉(zhuǎn)卸料機(jī)在燃煤電廠的應(yīng)用

武偉1，廖雄2，劉格2

(1.華潤電力(錫林郭勒)有限公司，內(nèi)蒙古錫林郭勒011000;2.華潤電力(宜昌)有限公司，湖北宜昌443000)

為了節(jié)約能源，某燃煤電廠創(chuàng)造性提出了大型儲(chǔ)煤筒倉加旋轉(zhuǎn)卸料機(jī)的儲(chǔ)配煤方案，有效地解決了煤場占地面積大、揚(yáng)塵污染、管理成本高和存卸煤效率低下等問題，該種“搭配”模式為國內(nèi)電力系統(tǒng)首例。

筒倉;卸料機(jī);保護(hù)系統(tǒng);自動(dòng)控制

燃煤電廠傳統(tǒng)儲(chǔ)配煤方式，一般選用露天煤場、半封閉干煤棚或全封閉式干煤棚，煤場安裝斗輪式堆取料裝置加煤場機(jī)械配合作業(yè)，占地面積大、燃煤損耗大、污染環(huán)境且運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用高。在建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的號(hào)召下，為克服傳統(tǒng)儲(chǔ)煤和卸煤模式的缺點(diǎn)，提高儲(chǔ)煤和卸煤效率，某燃煤電廠提出了特殊結(jié)構(gòu)大型儲(chǔ)煤筒倉和旋轉(zhuǎn)卸料機(jī)(以下簡稱“卸料機(jī)”)配套使用的設(shè)計(jì)方案并成功投運(yùn)，從2015年6月至今，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、高效。

1 筒倉儲(chǔ)煤

1.1 筒倉結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)煤筒倉直徑為33m，高度為47m，設(shè)計(jì)儲(chǔ)煤量為3萬t，采用全鋼筋混凝土工藝［1］。筒倉內(nèi)部無中心支撐立柱，筒倉上部采用錐頂結(jié)構(gòu)形式，每個(gè)筒倉均設(shè)有貫穿筒倉直徑的三條寬度為800mm縱向布置長裂口，用以將筒倉內(nèi)的存煤卸出。為匹配卸料機(jī)，筒倉出料口選用雙裂縫結(jié)構(gòu)。筒倉下部承煤平臺(tái)由若干立柱支撐，平臺(tái)上設(shè)30個(gè)6m高方形群錐斗，上部斗口之間連成錐體狀以防止滯煤，4個(gè)筒倉同一條卸煤線的錐體內(nèi)部為卸料機(jī)行走隧道。物料由卸料機(jī)從群斗中刮出，從承煤平臺(tái)上方的雙裂縫出料口落至筒倉底部三條帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至輸煤系統(tǒng)(如圖1所示)。

圖1 筒倉下部結(jié)構(gòu)示意

1.2 筒倉布置

根據(jù)設(shè)計(jì)，部分汽車煤和全部火車煤存入筒倉，共建造1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)4座3萬t級(jí)筒倉。筒倉布局與輸煤皮帶走向一致，并行的三段皮帶A、B、C布置在“一字排開”的4座筒倉底部，三條皮帶均可卸任一筒倉的儲(chǔ)煤，可精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)配煤摻燒，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

1.3 筒倉保護(hù)

儲(chǔ)煤筒倉配套設(shè)置了惰化保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)測裝置，該裝置可對筒倉內(nèi)CH4、CO等可燃?xì)怏w濃度、溫度等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和超限報(bào)警，報(bào)警觸發(fā)后自制的高純度氮?dú)鈱⒆詣?dòng)充入倉內(nèi)料層中或替換筒倉上部空間中的可燃?xì)怏w，防止自燃、爆炸，確保儲(chǔ)煤筒倉長期安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。筒倉保護(hù)裝置可納入輸煤DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中控制。

2 卸料機(jī)卸煤

2.1 經(jīng)濟(jì)性比較

國內(nèi)近幾年投用的2萬～3萬t級(jí)儲(chǔ)煤筒倉(帶中心支撐立柱)均選用活化給煤機(jī)作為出料設(shè)備，大型儲(chǔ)煤筒倉配置活化給煤機(jī)是國內(nèi)同類設(shè)計(jì)的首選方案［2－4］，儲(chǔ)煤筒倉直徑超過30m配備三條輸煤皮帶，按常規(guī)設(shè)計(jì)每個(gè)筒倉需配置6臺(tái)出力1000t/ h活化給煤機(jī)，4個(gè)儲(chǔ)煤筒倉共需配置24臺(tái)，設(shè)備費(fèi)用為2400萬元。經(jīng)研究對比，該燃煤電廠大型儲(chǔ)煤筒倉采用的創(chuàng)新方案為4個(gè)筒倉共用3臺(tái)出力為1000t/h卸料機(jī)，設(shè)備費(fèi)用共730萬元，相比常規(guī)方案節(jié)省設(shè)備費(fèi)用1670萬元。

2.2 結(jié)構(gòu)及布置方式

該燃煤電廠使用的是一種深切入式卸料機(jī)，整體結(jié)構(gòu)分上、中、下三層，上層布置有葉輪驅(qū)動(dòng)、行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及電纜轉(zhuǎn)接箱、風(fēng)扇冷卻裝置等設(shè)備，卸料機(jī)上層有7m×1.5m×4.5m的空間，檢查、檢修方便。中層布置有旋轉(zhuǎn)葉輪，該葉輪配置有2支對數(shù)曲線型葉輪爪，葉輪爪選用由耐磨鋼板加工制作，使用壽命長，其葉輪直徑5m，葉輪爪可直達(dá)煤斗里側(cè)邊緣，可對整個(gè)煤斗內(nèi)的煤層進(jìn)行強(qiáng)烈擾動(dòng)，有效防止存煤結(jié)拱、粘結(jié)。下部布置7m×1.2m×2.5m的卸料溜槽，溜槽立面垂直、內(nèi)襯不銹鋼板，有效避免堵煤、積煤情況。卸料機(jī)卸料臂安裝在輪轂下方，可避免承料槽上的煤粒擠壓磨損輪轂，從而延長輪轂的使用壽命和提高電機(jī)功率的有效利用。

卸料機(jī)整機(jī)重量12510kg，卸料能力1000t/h，葉輪轉(zhuǎn)速為0.38～3.8r/min(變頻調(diào)速)，行走速度1.02m/min或10.2m/min(變頻調(diào)速)。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.3 調(diào)試運(yùn)行

卸料機(jī)的控制采用變頻器與卸料機(jī)控制單元、調(diào)速單元、保護(hù)單元相結(jié)合構(gòu)成的一套性能完整的變頻調(diào)速系統(tǒng)。卸料機(jī)控制方式有DCS遠(yuǎn)方自動(dòng)控制和就地手動(dòng)控制2種，且可相互切換、互留接口。設(shè)備安裝完畢，檢查各個(gè)測點(diǎn)信號(hào)傳輸正常，開始空載調(diào)試。主要包括:定位系統(tǒng)調(diào)試、保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試、動(dòng)力系統(tǒng)調(diào)試。

卸料機(jī)通過空載調(diào)試、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、控制精度高、各參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。空載調(diào)試結(jié)束之后，為了測試設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行性能，筒倉進(jìn)煤2萬t，開始設(shè)備帶負(fù)載運(yùn)行，測試期間出現(xiàn)的問題及建議改進(jìn)措施如下:

(1)卸料機(jī)在實(shí)際卸煤過程中，由于某種異常情況突然停止，而葉輪還未旋出煤層，可能造成下次啟動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)過載。如出現(xiàn)上述情況，會(huì)導(dǎo)致下次啟動(dòng)卸料機(jī)時(shí)，葉輪瞬間阻力增大，此時(shí)如遇煤層內(nèi)有較大煤塊或者筒倉脫落的襯板，旋轉(zhuǎn)電機(jī)就會(huì)過載造成設(shè)備啟動(dòng)失敗。分析發(fā)現(xiàn)，卸料機(jī)變頻器采用常規(guī)V/F控制，變頻器在低頻率工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)不能輸出額定轉(zhuǎn)矩，而變頻器是按照預(yù)先設(shè)置的補(bǔ)償程度工作，不能隨負(fù)載的變化而改變，這種控制沒有足夠的啟動(dòng)力矩，如出現(xiàn)突發(fā)情況，將導(dǎo)致設(shè)備啟動(dòng)不了，嚴(yán)重影響燃料供給。

建議改變變頻器控制方式，提高設(shè)備啟動(dòng)力矩。將變頻器由V/F控制更改為矢量控制，使變頻器根據(jù)頻率和負(fù)載情況實(shí)時(shí)改變輸出頻率和電壓，對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制。矢量控制對于給定值改變和負(fù)載改變有很短的上升時(shí)間，有較好的控制性能，在零速時(shí)可輸出全部停車轉(zhuǎn)矩，滿足重載啟動(dòng)、控制要求，徹底解決了卸料機(jī)重載無法啟動(dòng)、運(yùn)行中卡澀、啟動(dòng)開關(guān)跳閘等問題。

(2)在某個(gè)筒倉設(shè)定區(qū)間往返卸煤時(shí)，可能出現(xiàn)卸料機(jī)兩側(cè)煤層壓實(shí)程度不一樣或者其他異常情況，導(dǎo)致卸料機(jī)行走卸煤過程中兩側(cè)受力不平衡(如圖2所示)，造成卸料機(jī)實(shí)時(shí)位置跳變。卸料機(jī)運(yùn)行中位置定位精度極高，主要是通過距離解碼器和接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)，解碼器顯示實(shí)時(shí)位置，接近開關(guān)根據(jù)定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)筒倉定位和實(shí)時(shí)位置糾正。通過跟蹤現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，定位點(diǎn)附近可能出現(xiàn)以下異常現(xiàn)象造成實(shí)時(shí)位置跳變:卸料機(jī)由于兩側(cè)受力不均導(dǎo)致的晃動(dòng)，引起接近開關(guān)定位信號(hào)誤發(fā);卸料機(jī)工作在最大負(fù)荷時(shí)，對應(yīng)輸煤皮帶會(huì)有瞬時(shí)跑偏現(xiàn)象，從而導(dǎo)致皮帶糾偏滾輪動(dòng)作揚(yáng)起，如遇定位接近開關(guān)走過，就會(huì)造成定位信號(hào)誤發(fā)。

圖2 卸料機(jī)兩側(cè)受力不均

建議從控制邏輯和現(xiàn)場設(shè)備改進(jìn)兩方面采取措施來徹底解決卸料機(jī)位置跳變的問題。首先在PLC邏輯采集定位信號(hào)之前加延時(shí)，可以有效防止卸料機(jī)晃動(dòng)造成的定位信號(hào)頻繁觸發(fā)。其次，適當(dāng)更改定位接近開關(guān)懸掛支架，以能避開皮帶糾偏裝置動(dòng)作“揚(yáng)起點(diǎn)”為宜。最后增大定位點(diǎn)接近開關(guān)感應(yīng)金屬板面積，防止卸料機(jī)晃動(dòng)造成定位信號(hào)頻繁丟失和頻繁觸發(fā)。上述改進(jìn)措施實(shí)施之后，卸料機(jī)運(yùn)行至今，實(shí)時(shí)位置控制準(zhǔn)確度極高，跳變問題已徹底解決。

(3)基于設(shè)備本身只有兩只卸料臂的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，卸料機(jī)實(shí)際運(yùn)行中卸煤量不能保持連續(xù)均勻供給(如圖3所示)。當(dāng)卸料臂運(yùn)行到空載狀態(tài)時(shí)，輸煤皮帶上沒有燃煤下落，導(dǎo)致輸煤皮帶瞬時(shí)流量最大為1200t，最小流量為0t。輸煤皮帶上落煤量時(shí)大時(shí)小，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，極易造成燃煤從皮帶“溢出”，同時(shí)還會(huì)引起輸煤皮帶瞬時(shí)跑偏，嚴(yán)重影響上煤質(zhì)量和燃料供給。

建議在卸料機(jī)煤流輸送方向一側(cè)增加“平煤擋板”，將落在輸煤皮帶上燃煤高度高于擋板的燃煤滯后輸送，恰好補(bǔ)償輸煤皮帶在卸料臂運(yùn)行到空載位置的一段距離，實(shí)現(xiàn)燃煤在皮帶上均勻輸送。

圖3 卸料臂運(yùn)行狀態(tài)

3 筒倉儲(chǔ)煤和卸料機(jī)卸煤配合應(yīng)用

該燃煤電廠筒倉上煤線于2015年6月中旬開始大量進(jìn)煤，至2015年年底已累計(jì)進(jìn)煤約60萬t，占公司全年燃煤量的48%。2016年1月份、2月份、3月份筒倉上煤線共上煤19萬t，占比已高達(dá)73%。從這9個(gè)月的運(yùn)行情況來看，儲(chǔ)煤筒倉配套卸料機(jī)的儲(chǔ)配煤系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，與常規(guī)煤場加煤場機(jī)械的儲(chǔ)配煤方式相比，具有如下優(yōu)勢:

(1)防堵功能強(qiáng)。電廠煤源中有川煤和淮煤，這兩種煤種水分、灰分較高，粘性較大，上煤時(shí)在輸煤系統(tǒng)落煤管中易出現(xiàn)粘煤、堵塞情況，但在儲(chǔ)煤筒倉中從未出現(xiàn)過粘堵現(xiàn)象。

(2)摻配煤精度高。在不同的筒倉中存入不同的煤種，通過2臺(tái)卸料機(jī)從2個(gè)筒倉同時(shí)給料，筒倉出料經(jīng)輸煤系統(tǒng)各環(huán)節(jié)反復(fù)混合后才進(jìn)入鍋爐原煤倉，整個(gè)摻配流程簡單高效，確保了摻配的高精度。

(3)經(jīng)濟(jì)性高。筒倉的投用，大大降低了干煤棚的使用頻率，煤場運(yùn)行成本大幅降低;無煤場存煤的風(fēng)損、雨損，降低了廠內(nèi)管理煤耗。

4 結(jié)語

超大型無中心支撐立柱儲(chǔ)煤筒倉和卸料機(jī)在火力發(fā)電廠的成功應(yīng)用，表明無中心立柱筒倉和卸料機(jī)不僅結(jié)構(gòu)新穎、基建及運(yùn)營成本較低、運(yùn)行效率高。兩者配合使用，解決了長期困擾電廠燃料系統(tǒng)的筒倉結(jié)拱、堵煤和大煤流系統(tǒng)摻配煤精度不高的問題。這一新型儲(chǔ)配煤系統(tǒng)在某燃煤電廠的成功運(yùn)用，為其在電力、化工、煤碳等行業(yè)的推廣使用打下了良好的基礎(chǔ)。

［1］曹玉忠，李晨光.大型儲(chǔ)煤筒倉的結(jié)構(gòu)分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2001 (2):34－35.

［2］黃俊杰，汪昌松.一種旋轉(zhuǎn)給料機(jī)［P］.CN.2013.

［3］嚴(yán)心浩.大型水煤漿鍋爐工業(yè)污染特點(diǎn)及其控制［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2007，23(4):56－57.

［4］段彥明，孫久啟.提高火電廠設(shè)計(jì)和校核煤質(zhì)重要性的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(1):53－55.

Applications of large coal storage silos and rotary unloader in coal－fired power plant

In order to save energy，a coal－fired power plant is creatively proposed the large coal storage silos with rotary unloader storing coal blending scheme.It effectively solved the coal yard area，dust pollution，high management cost and low coal storage unloading efficiency，this kind of the large coal storage silos with rotary unloader mode is the first case of power system in China.

silo;unloader;protection system;automatic control

TM621

B

1674－8069(2016)05－044－03

2016-04-21;

2016-05-10

武偉(1971-)，男，遼寧鐵嶺人，主要從事火電廠建設(shè)管理工作。E－mail:wuwei99@crpower.com.cn