循環(huán)流化床鍋爐爐前給煤系統(tǒng)清堵措施分析

李 鵬

(江蘇華美熱電有限公司，江蘇 徐州 221141)

0 引言

燃煤成本約占火力發(fā)電成本的70%，降低煤炭采購價格是國內(nèi)火力發(fā)電企業(yè)控制發(fā)電成本的重要手段。面對低價戰(zhàn)略，煤炭供應商往往采用多種手段降低煤質(zhì)，以提高利潤。雖然電廠采用機械采樣加人工采樣的手段，但對入場煤質(zhì)量的控制往往不理想，含水量過大、顆粒度過細、粘土等雜物多等影響煤炭品質(zhì)的因素仍無法避免。為了解決上述因素造成的煤倉頻繁堵煤、蓬煤等問題，輸煤系統(tǒng)普遍加裝中心給料裝置。此舉雖能有效解決上述問題，但爐前給煤系統(tǒng)卻成為新的堵煤區(qū)域。特別是夏冬2季，某電廠2臺350MWCFB(CirculatingFluidizedBed，循環(huán)流化床鍋爐)機組，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)條給煤線同時堵煤的現(xiàn)象，嚴重時每班需處理2—3條給煤線堵煤，或給煤斜管金屬過熱變形甚至燒穿的故障，造成機組無法滿負荷運行。另外，隨著機組容量增大，循環(huán)流化床鍋爐的爐膛長寬比加大，爐前給煤均勻性對床溫的影響變大，給煤量偏差大，容易造成局部床溫降低、流化異常、結(jié)焦，降低了機組高負荷運行能力，并且對爐內(nèi)受熱面的使用壽命造成巨大影響。

國內(nèi)電廠處理爐前堵煤的方法比較單一，一般采用人工定期敲打的方式，利用落煤管的原有捅煤孔進行處理。但此方法危險性大、效果較差，往往無法徹底解決堵煤問題，只能通過停運某條給煤線的方式降負荷運行，當多條給煤線同時出現(xiàn)堵煤時，就會被迫選擇停爐處理。為了解決爐前給煤系統(tǒng)的在線清堵問題，某電廠對處理堵煤的經(jīng)驗進行了總結(jié)，提出了安全、有效的清堵方案，實施后取得很好的效果，可作為同行處理此類問題的參考。

1 常見的堵煤形式

爐前給煤系統(tǒng)由煤倉緩沖錐、曲柄輸送機、中間料位控制倉、稱重給煤機、帶加熱夾層的給煤斜管等設(shè)備構(gòu)件組成(見圖1)。煤料首先進入煤倉，由緩沖錐底部的曲柄輸送機刮送至下部的中間控制倉，再由中間控制倉下部的稱重給煤機輸送至爐前給煤斜管，進入爐膛。

按照落煤管的截面形狀，循環(huán)流化床爐前給煤系統(tǒng)可分為2類：方形落煤系統(tǒng)和圓形落煤系統(tǒng)。這2類系統(tǒng)堵煤的形式基本相同，相對于方形系統(tǒng)，圓形落煤系統(tǒng)堵煤的幾率雖低一些，但當煤炭含水量過大、顆粒過細、粘土等成分達到一定比例時，也會發(fā)生較為頻繁的堵煤故障。根據(jù)經(jīng)驗，按照堵煤的初始部位分類，常見的堵煤形式有2種：給煤噴口處堵煤和給煤拐點處堵煤。

1.1 給煤噴口處堵煤

此處堵煤一般發(fā)生在給煤機煤量突然增加時，其原因主要有2種：一是鄰近的A給煤機斷煤，B給煤機煤量自動迅速加大；二是稱重機構(gòu)過于靠前，給煤機自身入煤口處斷煤，皮帶轉(zhuǎn)速突然增高，將皮帶上的存煤快速卸入噴口。當發(fā)生噴口堵煤時，若運行人員判斷不及時，極容易造成整個爐前落煤系統(tǒng)堵煤，甚至造成皮帶給煤機機體內(nèi)塞滿煤，造成檢修工作量巨大。

圖1 爐前給煤系統(tǒng)示意

1.2 給煤拐點處堵煤

由于煤炭中的水分過大，粘土、細顆粒過多，造成煤炭成團地從落煤立管拋落。巨大的反沖力將煤團拍成煤餅貼附在靶面上，形成粘附煤團，后續(xù)的落煤被其捕捉，煤堆不斷升高下滑，形成較長的堵煤層，并最終將拐點堵塞，造成落煤管局部堵煤。

2 堵煤燃燒的機理分析

爐前給煤系統(tǒng)堵煤的最大危險點在于積煤著火。著火會導致管道金屬超溫、變形、燒損，影響設(shè)備使用壽命，并對鍋爐運行造成威脅，嚴重時可致使機組非計劃停運。因此，處理堵煤須遵循“先防火后清堵”的原則。

爐前落煤采用一次熱風作為播煤風，其溫度在270℃左右，壓力高于落煤噴口處壓力。正常工況下，爐內(nèi)熱煙氣無法反竄至落煤管，但是當落煤管局部積煤造成給煤通道狹窄、熱量的輸入大于輸出時，隨著一次熱風對煤層不斷加熱，煤層溫度不斷升高，化學反應速度加快，最終造成著火。

粉末狀的煤屬于固體燃料，它的燃燒為異相化學反應。根據(jù)研究，褐煤的著火溫度為200—350℃，高揮發(fā)分煙煤的著火溫度為200—400℃，低揮發(fā)分煙煤的著火溫度為300—500℃，無煙煤的著火溫度最高，為600—700℃。因二次熱風溫度超過除無煙煤和低揮發(fā)分煙煤以外的其他煤種的最低點燃溫度，因此落煤管內(nèi)積煤被點燃的可能性較大，特別是落煤斜管被全部堵塞時，積煤局部形成絕熱環(huán)境，時間較長后極易著火。

3 防止堵煤燃燒的因素分析

燃料空氣混合物的熱著火溫度與其成分有關(guān)，研究表明：當混合物中的燃料比例過少或者過多時，燃料的反應速度很低，熱著火困難，著火溫度很高，如圖2所示。圖2中α為空氣系數(shù)，是空氣與燃料之比。

圖2 著火溫度與混合物成分的關(guān)系

圖2中的曲線是在一定的散熱條件、壓力下對某種燃料畫出的。散熱沿著箭頭方向增加時，曲線上移，著火溫度提高。當可燃混合物中的燃料濃度過小(α>>1)或者過大(α<<1)時，不易產(chǎn)生著火。

基于上述熱著火的反應機理分析，防止落煤斜管積煤熱著火的途徑為：充分降低或增加可燃物的濃度；降低反應溫度。降低可燃物濃度的手段是清理局部積煤，疏通播煤風進入爐膛的路徑，將可燃物攜帶至爐內(nèi)，從而降低爐前給煤系統(tǒng)煙風介質(zhì)的可燃物濃度。增加可燃物濃度的手段是封閉，關(guān)閉給煤機出口插板門，關(guān)閉播煤風風門，使爐前給煤系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，提高煙風介質(zhì)中的可燃物濃度，提高熱著火的溫度。使用壓縮空氣、軸流風機吹風等對積煤進行降溫處理，可以降低反應溫度。

4 爐前給煤系統(tǒng)清堵方案

堵煤形式不同，清堵的要點也不同。給煤噴口處堵煤的清堵要點是：封閉、停風、放煤、疏通。給煤拐點處堵煤的清堵要點是：停風、疏通。下面以方形落煤系統(tǒng)為例，詳述清堵步驟。

4.1 給煤噴口處堵煤的清堵方案

給煤噴口處堵煤往往從給煤噴口到給煤機出口段都有積煤，且噴口處有大量的煤堆積，并且在爐膛內(nèi)高溫煙氣的加熱及點燃作用下，處于熔融狀態(tài)，粘附在噴口壁面，較難清理。具體清理步驟如下。

(1)封閉。為了避免清煤時間過長引起積煤燃燒，首先對落煤管內(nèi)積煤進行封閉，降低煙氣中的可燃物比例。具體做法是關(guān)閉給煤機出口插板門，在插板門上部采用爐渣進行封閉，并開啟密封風，風門盡量開大。

(2)關(guān)閉播煤風。由于給煤噴口處已被堵塞，播煤風進入爐膛的通路被切斷，無法攜帶可燃物進入爐膛。相反，溫度較高的播煤風卻對積煤產(chǎn)生加熱作用，當積煤的溫度達到熱著火溫度時會導致局部起火。另外，一小部分播煤風沿著積煤空隙下行，到達給煤噴口附近，為已被點燃的積煤提供氧氣，會導致積煤向上繼續(xù)燃燒。隨著燃燒的深入，煤層產(chǎn)生空隙并逐步坍塌，上部積煤在播煤風的作用下塌落，為瀕臨燃盡的煤層提供燃料。因此堵煤發(fā)生時，首先要實施封閉，停止播煤風并檢查各風門的實際開度，減少漏風。落煤管積煤著火演示如圖3所示。

圖3 落煤管著火演示

(3)放煤。一般采取2段式放煤，分別在落煤斜管上部第2，3播煤風上部管段側(cè)面開孔，加裝耐熱快關(guān)門。當發(fā)生堵煤時，先放空落煤立管中的煤，再打開第2層播煤風上部放煤孔，利用專用工具快速疏通內(nèi)部積煤，并將放煤孔以上的積煤全部放出。放煤時注意觀察放煤口的煙氣反竄情況，并對放煤口下部區(qū)域進行定點測溫，注意溫度變化。若溫度升高較快，或者是煙氣反竄量較大，則關(guān)閉放煤孔，待溫度降低后繼續(xù)放煤。上層積煤放空后，打開下部放煤孔進行放煤。放煤人員要穿防火服，并準備好冷卻設(shè)備。一般采用吹掃降溫法，氣源引自廠用壓縮空氣系統(tǒng)。根據(jù)超溫點情況(落煤斜管壁溫300℃以上)，搭設(shè)多根降溫用壓縮空氣吹掃管。特別是放煤后期，由于煙氣通路貫通，會導致下部積煤引燃，造成落煤斜管管壁溫度陡然升高，并變紅甚至變形，此時需要將冷卻用壓縮空氣管固定到燃燒位置進行定點降溫。

管內(nèi)積煤燃燒時，應控制管壁溫度不升高，以利于清理內(nèi)部積煤。當2個放煤孔上部的積煤全部清空后，進行下一步疏通作業(yè)。

(4)疏通。疏通的要點是清理干凈堵塞在給煤口最外沿的煤焦。這部分煤焦形成時間較長，主要是因為下煤量較大時，風帽底部局部流化不均，部分煤顆粒被加熱到一定溫度(一般為350—450℃)時，產(chǎn)生大量氣液固3相混合的膠質(zhì)體，與煤粒、灰?；ハ囵そY(jié)后，粘附在給煤口下部的澆注料臺上。隨著溫度升高，煤灰顆粒達到熔融及軟化狀態(tài)，經(jīng)過一系列過程，最終形成較為堅硬的煤焦塊。這樣的煤焦塊隨著入爐煤的沖擊以及密相區(qū)床料的橫向沖刷，不斷的斷裂、剝離。若燃用含煤泥量較大的入爐煤時，大塊煤泥容易粘附在焦塊上，導致給煤口堵煤。因此，需要徹底清理給煤口處掛壁上的煤焦，才能防止給煤口上部的煤炭滑落形成新的堵煤點，避免清堵工作反復、設(shè)備燒損。

4.2 給煤拐點處堵煤的清堵方案

給煤拐點處堵煤不同于給煤噴口處堵煤，兩者的主要區(qū)別在于積煤的位置及形成過程不同。給煤拐點處堵煤是因為入爐煤從直管段穿出后，直接粘附在斜段的靶面位置，并隨著煤的不斷沖擊，積煤面向下延伸。當粘附煤的數(shù)量多于滑落煤的數(shù)量時，靶面的煤層不斷加厚，并將立管與斜管結(jié)合部堵死，無法正常下煤。這種形式的堵煤沒有對給煤噴口產(chǎn)生影響，若處理及時也不會形成較大的燃燒面，因此處理難度相對于噴口處堵煤要低一些。

發(fā)生拐點處堵煤時要及時停運給煤機。一般可以從密封風壓力的變化預判是否堵煤，密封風的正常工作壓力在3.0kPa左右，若壓力不正常升高到5.0kPa，并有持續(xù)上升的趨勢，可判斷為給煤拐點處堵煤。此時應及時停運給煤機，并增大密封風流量，通知檢修人員處理。具體處理步驟如下。

(1)關(guān)閉播煤風。與給煤噴口處堵煤處理方案停運播煤風的目的相同，利用密封風對煤層進行冷卻。密封風取自一次冷風，溫度接近環(huán)境溫度，并且可將積煤形成的可燃物帶入爐膛，從而抑制積煤燃燒。

(2)疏通。給煤拐點堵煤面一般位于第2層、第3層播煤風之間，呈坡狀，上部厚下部薄，如圖4所示。疏通順序遵循從下到上的原則，逐段敲擊疏通。疏通過程中，當煤炭較濕敲擊效果不明顯時，可適當開播煤風干燥，并觀察內(nèi)部燃燒情況。當溫度超過300℃時，應及時關(guān)閉播煤風，并繼續(xù)敲擊疏通。注意密封風壓力變化，當密封口壓力恢復正常時，可打開播煤風，正常投運給煤機，少量給入，并對拐點部位定期敲打，直到恢復正常煤量后可判斷為疏通工作完成。

圖4 落煤管積煤厚度指示線

5 爐前給煤系統(tǒng)清堵效果

通過在落煤斜管上新增若干快開門，并加裝壓縮空氣防竄火裝置;現(xiàn)場準備不銹鋼捅煤管、壓縮空氣管、防火服等工具及防護用品，發(fā)生堵煤后，按照上述方案進行處理，處理時間大大降低，由原來的3個班次處理一條堵煤線減少為每4h即可處理一條堵煤線。為了在發(fā)生堵煤事件時及時預警，在給煤機密封風支管上加裝了壓力測量裝置，運行人員可根據(jù)壓力的突然變化情況以及落煤管溫度變化，進行預判斷，為檢修人員處理堵煤贏得了寶貴的時間。

6 結(jié)論

總結(jié)了對循環(huán)流化床爐前給煤系統(tǒng)堵煤的常見形式，分析了落煤管積煤著火的影響因素，按照“先防火后清堵”的原則，根據(jù)堵煤形式的不同，提出了相應的清堵方案，可實現(xiàn)在線、安全、快速的解決爐前堵煤問題，為循環(huán)流化床鍋爐的穩(wěn)定燃燒、高負荷率提供了保障。

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