鍋爐原煤倉(cāng)清堵措施研究與實(shí)踐

摘 要：原煤倉(cāng)堵塞現(xiàn)象對(duì)電站鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都存在較大危害，針對(duì)660MW超臨界鍋爐原煤倉(cāng)堵塞問題，分析堵塞形成的原因，并用兩種不同方式進(jìn)行清堵治理，最終采用旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)取得了較好效果，保障了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：原煤倉(cāng)；堵煤；旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)

引言

用于存儲(chǔ)原煤、煤泥等顆粒性物料的原煤倉(cāng)在火力發(fā)電廠中應(yīng)用十分普遍，但原煤倉(cāng)堵煤或者下流不暢常使得機(jī)組燃燒不穩(wěn)、出力降低、有時(shí)必須投用燃油助燃、嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)饳C(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。特別是正壓直吹式制粉系統(tǒng)，原煤倉(cāng)堵煤比負(fù)壓制粉系統(tǒng)更為嚴(yán)重，處理也更麻煩[1]。緩解和解決原煤倉(cāng)堵煤故障，對(duì)于提高運(yùn)行機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

我公司2×660MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組分別于2012年3月和6月相繼投產(chǎn)。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配配6臺(tái)ZGM113G型中速磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)設(shè)置1個(gè)鋼制原煤斗。煤斗上部為矩形下部為雙曲線形，材質(zhì)為Q345，內(nèi)襯不銹鋼板。煤斗下方為給煤機(jī)進(jìn)口圓錐形落煤管，落煤管與給煤機(jī)之間安裝一只電動(dòng)閘板門。

鍋爐運(yùn)行中常發(fā)生原煤倉(cāng)堵煤故障，特別是在雨季和氣溫較低的冬季，堵煤現(xiàn)象最為嚴(yán)重，已嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年1月，#1、2機(jī)組共發(fā)生堵煤23次，最嚴(yán)重的一次#2爐下層A、B給煤機(jī)全部斷煤，險(xiǎn)些造成#2爐非停的事故。

2 原煤倉(cāng)堵煤的原因分析

2.1 主要堵煤形式

原煤倉(cāng)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(huì)將原煤倉(cāng)完全堵實(shí)。發(fā)生倉(cāng)壁粘接架煤現(xiàn)象時(shí)，煤倉(cāng)有效容積下降、上煤次數(shù)增加[2]、上煤系統(tǒng)需要頻繁啟動(dòng)，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；蓬煤則是將流通界面完全堵實(shí)，會(huì)出現(xiàn)局部給煤機(jī)斷煤，短時(shí)斷煤造成鍋爐負(fù)荷和運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間斷煤甚至可以造成鍋爐熄火，影響正常生產(chǎn)。

2.2 煤料受力分析

煤料自身重力及上部物料對(duì)其豎直向下的擠壓力是煤料下落的主要?jiǎng)恿?。煤料所受阻力主要有兩方面：外摩擦力和?nèi)摩擦力。外摩擦力是煤料與倉(cāng)壁之間的摩擦力，主要受煤倉(cāng)內(nèi)壁材料特性、煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)特性等因素影響；內(nèi)摩擦力是煤料之間產(chǎn)生的摩擦力，主要受煤質(zhì)成分、顆粒大小、煤料表面含水量等煤料自身因素影響。對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，煤料所受阻力還有正壓密封風(fēng)產(chǎn)生的“浮力”，這使得正壓制粉系統(tǒng)比負(fù)壓制粉系統(tǒng)更容易出現(xiàn)堵煤。

3 治理措施

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

我公司為解決給煤斗堵煤?jiǎn)栴}，安裝了氣錘振打裝置和液壓疏松裝置，每個(gè)原煤斗設(shè)置1套煤斗氣動(dòng)振擊清堵裝置，每套裝置包括4個(gè)氣錘（分2層布置）。每個(gè)原煤斗配1套液壓疏松機(jī)，液壓疏松機(jī)分兩路分別安裝在原煤斗兩側(cè)。在對(duì)煤倉(cāng)清堵裝置改進(jìn)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，裝在煤斗上易蓬料起拱的倉(cāng)段上。原理上氣錘振動(dòng)裝置在振打過程中利用煤料和倉(cāng)壁振動(dòng)頻率的差異，可以減小煤同倉(cāng)壁之間的摩擦系數(shù)，降低摩擦阻力；在振打的同時(shí)，振動(dòng)波的能量傳至煤粉中，可使煤料松動(dòng)，破壞煤料的內(nèi)聚力。但實(shí)際使用的效果并不理想，分析認(rèn)為氣錘振打裝置主要存在下述幾個(gè)問題：

（1）此方法必須在物料滯流或振打點(diǎn)下部有空隙時(shí)才起作用，否則會(huì)越打越實(shí)。

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

（3）振動(dòng)器振動(dòng)大、噪音大，有時(shí)會(huì)把倉(cāng)壁振裂，導(dǎo)致倉(cāng)壁上的襯板脫落。

3.2 旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)

我公司采用某公司研發(fā)的旋風(fēng)式清堵技術(shù)，加裝了旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由氣源系統(tǒng)，助流管路，氣動(dòng)控制管路，氣動(dòng)助流噴嘴組及電控系統(tǒng)組成。在雙曲線煤倉(cāng)清堵段的倉(cāng)壁上，軸向方向以螺旋線軌跡徑向均布鋪設(shè)噴嘴噴氣點(diǎn)，噴嘴噴氣口緊貼內(nèi)倉(cāng)壁沿螺旋角切線方向向下噴射高壓氣流，因而在倉(cāng)壁與物料之間形成旋風(fēng)式旋轉(zhuǎn)氣流，此氣流將物料同倉(cāng)壁短暫分離，降低了物料同倉(cāng)壁之間的摩擦系數(shù)，從而減小了摩擦力。在氣流旋轉(zhuǎn)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，氣體在周邊密度加大，壓力升高，形成高壓區(qū)，而旋風(fēng)中心區(qū)氣體密度降低，壓力下降形成低壓區(qū)，此時(shí)周邊的高壓區(qū)氣體會(huì)向中心的低壓區(qū)流動(dòng)，產(chǎn)生翻滾向上的高壓氣流，此氣流在料倉(cāng)徑向方向會(huì)產(chǎn)生剪力，同時(shí)氣體在倉(cāng)內(nèi)發(fā)散后降低了物料的密度，降低了物料的內(nèi)摩擦系數(shù)，減小了內(nèi)聚力。上述工作原理如圖1所示。

4 工程實(shí)踐

利用檢修機(jī)會(huì)加裝旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)：加裝兩臺(tái)2m3的并聯(lián)儲(chǔ)氣罐，供整臺(tái)機(jī)組6個(gè)原煤倉(cāng)共同使用，儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口接有壓力保持閥，用氣時(shí)不會(huì)影響管網(wǎng)壓力。壓縮空氣引用鍋爐雜用壓縮空氣，經(jīng)儲(chǔ)氣罐將壓縮空氣引至旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)的控制管路，在原煤斗上沿雙曲線鋪設(shè)控制管路，從下至上共分5層。

控制系統(tǒng)的核心是PLC，擔(dān)負(fù)著用戶控制程序的運(yùn)算處理；輸出部分主要是執(zhí)行PLC發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，完成指定的清堵任務(wù)。工程實(shí)施時(shí)為方便運(yùn)行人員能夠干預(yù)清堵功能，通過DCS系統(tǒng)邏輯組態(tài)，將DCS系統(tǒng)輸出信號(hào)接入PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DCS與PLC協(xié)調(diào)協(xié)同工作。通過DCS系統(tǒng)畫面組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了該裝置的遠(yuǎn)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(jìn)行本地/遠(yuǎn)程選擇、手動(dòng)/自動(dòng)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(tǒng)融合，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制?？刂葡浜椭锌厥揖梢噪p向?qū)崿F(xiàn)本地/遠(yuǎn)程控制切換。本地控制下設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換：手動(dòng)控制狀態(tài)下可以對(duì)一層至五層中的任意一層實(shí)行單獨(dú)清堵；自動(dòng)控制狀態(tài)下可以根據(jù)物料堵塞程度選擇三個(gè)自動(dòng)清堵模式中的一個(gè)進(jìn)行模式化清堵。

DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制下設(shè)有三個(gè)模式化清堵操作，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。另外，還設(shè)置了自動(dòng)值守模式-即預(yù)防清堵模式：預(yù)防清堵模式每隔8小時(shí)（在線可調(diào)整）自動(dòng)循環(huán)一次進(jìn)行自動(dòng)清堵，同時(shí)一旦出現(xiàn)斷煤信號(hào)便立即自動(dòng)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(yuǎn)程控制方式以及清堵模式，然后通過人機(jī)交互發(fā)出相應(yīng)的清堵指令，PLC接收到清堵指令后，與同時(shí)接收到的檢測(cè)信號(hào)（例如斷煤檢測(cè)、氣源壓力檢測(cè)、傳送帶啟停檢測(cè)等）進(jìn)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(yù)設(shè)的控制參數(shù)：如開啟噴嘴的數(shù)量、噴氣的順序、噴氣的時(shí)間、噴氣的間隔、噴氣的周期等進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后按照選定的清堵模式輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，打開氣源，打開指定的噴嘴閥門，對(duì)原煤倉(cāng)進(jìn)行旋風(fēng)式助流清堵。同時(shí)斷煤檢測(cè)傳感器對(duì)下料口進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，一旦下料通暢，立即發(fā)出清堵成功信號(hào)，PLC結(jié)束清堵。如果清堵條件不滿足，比如運(yùn)煤傳送帶沒有開動(dòng)，或者氣源壓力達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，PLC控制系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)停止清堵，確保清堵系統(tǒng)始終能夠有效可靠地運(yùn)行。

5 效果檢查

旋風(fēng)式氣動(dòng)助流煤倉(cāng)清堵系統(tǒng)改造完成后，我公司至今沒有出現(xiàn)過原煤料倉(cāng)因?yàn)閿嗝憾绊懮a(chǎn)的情況。根據(jù)DCS歷史趨勢(shì)顯示，從煤倉(cāng)發(fā)生斷煤至清堵裝置自動(dòng)運(yùn)行，直至煤倉(cāng)斷煤信號(hào)消除，整個(gè)清堵過程時(shí)間均不超過20秒，且整個(gè)清堵過程無運(yùn)行人員操作，這種清堵效果對(duì)機(jī)組負(fù)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(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)同類型電廠燃煤機(jī)組具有一定的借鑒和推廣作用。

參考文獻(xiàn)

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

[2]吳曉蘭.CFB鍋爐爐前煤倉(cāng)堵煤?jiǎn)栴}分析及對(duì)策[J].能源研究與利用，2008（4）：46-48.

作者簡(jiǎn)介：張寧（1973-），男，助理工程師，研究方向?yàn)榛痣姀S熱工自動(dòng)化運(yùn)行與管理。