原煤倉防堵煤新技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性分析

趙 華，蔣 文

(1.上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030；3.杭州華電能源工程有限公司，浙江 杭州 310030)

原煤倉防堵煤新技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性分析

趙 華1，蔣 文2,3

(1.上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030；3.杭州華電能源工程有限公司，浙江 杭州 310030)

火電廠制粉系統(tǒng)中向爐膛輸送介質(zhì)的原煤倉一旦發(fā)生堵塞，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)斐伤浔诒堋C(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。介紹了一種旋轉(zhuǎn)清堵裝置，并將其應(yīng)有于某660MW燃煤機(jī)組，對(duì)該裝置的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了計(jì)算分析。

火電廠；660MW機(jī)組；制粉系統(tǒng)；原煤倉；旋轉(zhuǎn)清堵裝置；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

對(duì)于火電廠而言，制粉系統(tǒng)是制造和輸送燃燒介質(zhì)的重要系統(tǒng)。其運(yùn)行的連續(xù)性以及產(chǎn)生介質(zhì)的質(zhì)量好壞都將直接關(guān)系到爐膛的燃燒工況，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。原煤倉作為火電廠制粉系統(tǒng)中向爐膛輸送介質(zhì)的第一道“關(guān)卡”，其重要性不言而喻。

原煤倉雖然是火力發(fā)電機(jī)組的輔助設(shè)備，但原煤倉做為煤粉進(jìn)入鍋爐的入口，一旦發(fā)生堵煤問題，必將影響燃料正常輸入，并對(duì)整個(gè)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響。

原煤倉一旦發(fā)生嚴(yán)重堵塞，造成給煤機(jī)斷煤，導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定，鍋爐熱負(fù)荷大幅度下降，極易出現(xiàn)燃燒惡化，造成鍋爐熄火機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。另外，當(dāng)斷煤發(fā)生時(shí)，機(jī)組主汽溫、主汽壓大幅度波動(dòng)，水冷壁汽水分界面不穩(wěn)定，出現(xiàn)傳熱惡化，久而久之將造成水冷壁爆管[1]。

從經(jīng)濟(jì)性角度分析，由于原煤倉頻繁堵煤，為了安全起見就不得不多運(yùn)行1～2臺(tái)磨煤機(jī)，由此造成廠用電率的升高。另外，當(dāng)斷煤發(fā)生燃燒惡化時(shí)，為了保證鍋爐不滅火被迫投油助燃，造成大量的燃油消耗。從設(shè)備安全運(yùn)行角度考慮，斷煤不利于磨煤機(jī)的安全運(yùn)行，大大降低設(shè)備使用壽命。

因此，本文在分析了各類原煤倉的堵煤原因后，介紹了原煤倉防堵煤的新技術(shù)—旋轉(zhuǎn)清堵裝置，并將其應(yīng)用于某660MW機(jī)組，并對(duì)旋轉(zhuǎn)清堵裝置的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了計(jì)算分析。

1 原煤倉堵煤原因

原煤倉內(nèi)部煤的流動(dòng)狀態(tài)不僅決定于倉體的半頂角和面積收縮率，還取決于煤質(zhì)的參數(shù)，包含煤質(zhì)中水分含量、顆粒團(tuán)聚性等參數(shù)。因此原煤倉堵煤的原因主要包含結(jié)構(gòu)原因和煤質(zhì)成分兩個(gè)方面[2-4]：

1.1 結(jié)構(gòu)原因

目前，原煤倉下料倉段的常用結(jié)構(gòu)型式有矩形截面斜錐式、圓錐式、矩形截面雙曲線式、圓形截面雙曲線式等，其結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，但都存在不同程度的堵煤問題。

如錐型原煤倉，由于沿煤的流動(dòng)方向流通截面積逐漸變小，擠壓力變大，煤粒與倉壁、煤粒之間的摩擦力也逐漸增大，促使煤沿壁面流動(dòng)的重力分力則不變，故隨著煤的流動(dòng)，錐形原煤倉內(nèi)的等效流動(dòng)動(dòng)力越來越小。特別是在煤粒含水量較大、團(tuán)聚性很強(qiáng)的情況下，煤在倉體內(nèi)的輸送過程中就容易發(fā)生結(jié)拱堵塞問題。

而矩型截面原煤倉則由于斗壁四角附近原煤受“雙面摩擦”和擠壓的作用，易長期粘接在斗壁角落內(nèi)，造成堵煤問題。

此外，原煤倉出口尺寸及襯板結(jié)構(gòu)等對(duì)堵煤問題也有重大影響。

1.2 煤質(zhì)種類及成分

不同的煤種，其團(tuán)聚性不同。比如破碎后油頁巖團(tuán)聚性最強(qiáng)、煙煤的團(tuán)聚性和吸水性較無煙煤強(qiáng)；石油焦本身由于有油，所以團(tuán)聚性最弱。煤團(tuán)聚性的不同直接影響了原煤倉的堵煤狀況。

煤水分也是影響原煤倉堵煤的一個(gè)重要因素。水分增加會(huì)增加煤的團(tuán)聚性，減小煤的平均粒徑。煤的平均粒徑越小，細(xì)粉多，比表面積大，表面自由焓高，顆粒間的作用力大，內(nèi)力強(qiáng)，其宏觀表現(xiàn)即為煤的粘結(jié)性強(qiáng)，比如洗中煤。當(dāng)煤的含水量(外在水分)達(dá)到8%時(shí)，有些設(shè)計(jì)不合理的原煤倉(如矩形原煤倉、中心流原煤倉)就開始出現(xiàn)堵煤；且隨著煤的含水量增加堵煤愈發(fā)嚴(yán)重。

在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于國內(nèi)燃煤電廠的燃料復(fù)雜多變，燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)較大[5]，導(dǎo)致原煤斗經(jīng)常出現(xiàn)堵煤問題。

2 常用防堵方法

針對(duì)原煤倉存在的堵煤問題，目前常用的防堵方法主要有以下幾種：

2.1 配置捅煤工人

人力清堵通常包括通過捅煤孔捅煤、大錘敲擊堵煤部位、在易堵煤處倉外設(shè)置撞鐘式重錘等來破拱。其缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且對(duì)設(shè)備及周圍環(huán)境破壞較大；此外人員長期處于高空作業(yè)狀態(tài)，存在高空墜落的安全隱患問題[6]。

2.2 倉壁振打器

倉壁振打器的破堵原理與人工擊打相同，通過倉壁的震動(dòng)使粘接在倉壁上的煤逐漸脫離，以達(dá)到破堵目的。

其缺點(diǎn)是：由于倉壁振打器必須在結(jié)拱的位置才能發(fā)揮其作用，而原煤倉的結(jié)拱、堵塞位置是不確定的，隨煤質(zhì)等原因影響其位置不斷變化，因此倉壁振打器的防堵效果不佳。此外，振動(dòng)器易造成倉壁損壞[7]。

2.3 空氣炮

空氣炮的工作原理是利用高速噴出的強(qiáng)烈氣流直接沖擊倉內(nèi)堵塞部位，使煤粒重新在重力作用下流動(dòng)起來。其缺點(diǎn)是：空氣炮只能解決煤倉上部跨度大或粘結(jié)力小的掛煤、蓬料問題，無法解決煤與倉壁黏結(jié)力大的堵塞問題；對(duì)于濕度大的燃煤或煤泥，安裝空氣炮解決堵煤的效果不太明顯；此外，其安裝空間受到起拱位置的嚴(yán)重限制[8]。

2.4 疏松機(jī)

疏松機(jī)是利用液壓泵站產(chǎn)生的機(jī)械能通過倉壁外側(cè)的液壓油缸，驅(qū)動(dòng)犁煤器在往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用其犁煤葉片刮擦堵塞區(qū)的原煤，破壞其密實(shí)擠壓結(jié)構(gòu)，恢復(fù)煤的流動(dòng)。

其缺點(diǎn)是：由于液壓缸的擋板和大量犁煤葉片的影響，導(dǎo)致倉壁摩擦阻力增加，增加了蓬煤的概率；由于疏松機(jī)只能直線運(yùn)動(dòng)，因此原煤倉下部最易堵煤的位置無法進(jìn)行清堵。此外液壓系統(tǒng)易出問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行[9]。

2.5 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

通過內(nèi)襯特殊材料減小內(nèi)壁摩擦系數(shù), 是目前作為防堵的措施之一。但內(nèi)襯結(jié)構(gòu)易脫落，造成倉壁不光滑，摩擦力增大，造成堵塞。而PU襯板厚度一般30mm左右，加內(nèi)襯后將造成出煤口尺寸減小，造成堵塞[10]。

3 旋轉(zhuǎn)清堵裝置

針對(duì)以上防堵方法存在的問題，國內(nèi)外的專家學(xué)者做出了大量的改進(jìn)工作，其中旋轉(zhuǎn)清堵裝置則是一種最行之有效的方法。旋轉(zhuǎn)清堵裝置，結(jié)合倉旋轉(zhuǎn)清堵料倉和特有插板門配合使用，能夠適用于所有煤倉結(jié)構(gòu)及煤質(zhì)，是目前最有效徹底解決堵煤的方案。

旋轉(zhuǎn)清堵裝置包含以下四大部分：過渡倉、活化清堵料倉、插板門、落煤管清堵裝置。其核心是利用落煤管清堵裝置刮刀設(shè)計(jì)的靈活性，其上部穿過插板門，與倉旋轉(zhuǎn)的清堵刀完全銜接，下部伸入至給煤機(jī)入口處，整個(gè)系統(tǒng)通過一次分離二次疏松三次攪拌四次喂料徹底的解決了從倉旋轉(zhuǎn)到給煤機(jī)入口整個(gè)倉段的堵煤問題[11]。

旋轉(zhuǎn)清堵裝置具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

清堵面積大，可徹底清除活化清堵料倉內(nèi)燃煤的架橋、結(jié)拱、漏斗流等現(xiàn)象，保證物料整體流下料。

活化清堵料倉安裝后對(duì)原系統(tǒng)幾乎無任何影響，不會(huì)增加流動(dòng)阻力而加劇堵料的發(fā)生。

設(shè)備采用回轉(zhuǎn)支承傳動(dòng)，加工精度高，設(shè)備運(yùn)行噪音小。

中部設(shè)置人孔門，方面檢修及安裝，人孔門內(nèi)側(cè)與倉壁貼合，不會(huì)出現(xiàn)掛煤問題。

4 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 機(jī)組概況

某660MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組配套的超超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，鍋爐采用半露天封閉、П型布置，采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6臺(tái)磨煤機(jī)，每臺(tái)爐配6臺(tái)給煤機(jī)，圓錐型原煤倉，機(jī)組于2009年投產(chǎn)運(yùn)行。

4.2 經(jīng)濟(jì)性分析

原煤倉于2014年進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清堵裝置改造后，至今運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)堵煤問題。改造完成后，可節(jié)約原煤倉堵煤帶來的人工清理費(fèi)用、降負(fù)荷損失、機(jī)組非停損失、非停負(fù)荷損失。按1年時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，各項(xiàng)費(fèi)用節(jié)約情況如下。

4.2.1 人工清理費(fèi)用

按每班2人，每天3班，80元/(人·班)，每年機(jī)組運(yùn)行270天計(jì)算。則人工清理費(fèi)用為12.96萬元。

4.2.2 降負(fù)荷損失

按負(fù)荷降低1%，按每年機(jī)組運(yùn)行270天計(jì)算，則年減少發(fā)電量4320萬kW·h。發(fā)電利潤0.05元/kW·h，則降負(fù)荷損失為216萬元。

4.2.3 機(jī)組非停損失

按機(jī)組非停3次，每次非停造成損失20萬元，則機(jī)組非停損失為20萬元。

4.2.4 非停負(fù)荷損失

按機(jī)組非停5天，則年減少發(fā)電量7 200萬kW·h。發(fā)電利潤0.05元/kW·h，則非停負(fù)荷損失為360萬元。

在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清堵裝置改造后，可減少以上四項(xiàng)損失共計(jì)648.96萬元/年。

該600MW機(jī)組原煤倉共加裝6臺(tái)套旋轉(zhuǎn)清堵裝置改造，6臺(tái)套共計(jì)180萬元人民幣，當(dāng)年即回收投資成本，此外還為電廠節(jié)約費(fèi)用648.96-180=468.96萬元人民幣。

5 結(jié)論

文章從原煤倉堵煤的危害出發(fā)，分析了原煤倉的堵煤原因，并闡述介紹了原煤倉防堵新技術(shù)-旋轉(zhuǎn)清堵裝置的工作原理、性能特點(diǎn)，并將其應(yīng)用于某660MW機(jī)組，計(jì)算分析了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。得出以下結(jié)論：原煤倉上加裝旋轉(zhuǎn)清堵裝置可以解決原煤倉堵煤問題，保證原煤倉正常穩(wěn)定運(yùn)行，為制粉系統(tǒng)提供穩(wěn)定的給煤速率，維持制粉系統(tǒng)的運(yùn)行連續(xù)性，保障爐膛連續(xù)穩(wěn)定燃煤，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

旋轉(zhuǎn)清堵裝置投入運(yùn)行后，可節(jié)約人工清理費(fèi)、降負(fù)荷損失、機(jī)組非停損失、非停負(fù)荷損失共計(jì)648.96萬元。當(dāng)年即回收投資成本，此外年節(jié)約費(fèi)用468.96萬元。

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The economic analysis on the technology of blockage resistance of the raw coal bucket

The blockage of the raw coal bucket in pulverized coal-fired plants would influence the safety operation of the unit and in extreme cases, lead to the explosion of the water-cooled walls and unscheduled plant shutdowns. A rotary cleaning device, which has been applied in a 660MW unit, was introduced in this paper to tackle with this problem. Its economic benefits were also analyzed.

coal-fired plants; 660MW unit; pulverization system; raw coal bucket; rotary cleaning device; economic benefits

TM621.2

B

1674-8069(2017)03-058-03

2016-12-10；

2017-01-17

趙 華(1969-)，男，江蘇省蘇州人，工程師，主要從事火電廠鍋爐技術(shù)管理工作。E-mail:jfy_2009@163.com