常壓粉煤灰儲倉下料問題解決方法的探索

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(安徽科達潔能股份有限公司，馬鞍山 安徽 243041)

流化床氣化爐作為燃氣領域主要的氣化技術，已經得到廣泛的推廣和應用，由于其特有的流場及燃燒狀態(tài)，使得帶出物多、帶出物固定碳含量較高[1，2]。不論是從環(huán)保角度，還是節(jié)能角度考慮，合理地利用此部分粉煤灰，已經成為流化床氣化技術不可回避的問題。

粉煤灰具有固定碳含量高、揮發(fā)分低、含水量低、堆密度小、粒徑小的特點。目前，粉煤灰的常用處理方式為送入電廠鍋爐燃燒，造粒后再進行利用。上述粉煤灰的利用，無法繞開一個環(huán)節(jié)，即粉煤灰的儲存和供料。由粉煤灰的特性決定，其存儲于儲倉中，經常出現間歇性無法下料、下料不均等問題，對后續(xù)用粉設備的穩(wěn)定運行帶來較大影響，故而合理的粉煤灰儲倉設計已經成為粉煤灰利用系統(tǒng)運行穩(wěn)定的先決條件。

料倉作為粉料的儲存設備，被廣泛地運用于水泥、石灰、碳素行業(yè)[3，4]，料倉間歇性無法下料、不均勻下料直接導致后續(xù)系統(tǒng)無法運行，其中，灰倉錐部及下灰口的設計則是解決上述問題的關鍵。本文將以一個300m3常壓粉煤灰儲倉為例，進行分析、研究，比較了兩種灰倉下料口的設計，以便為粉煤灰類似物料的設計提供相關依據。

1 物料特性

粉料在儲倉中的存儲、下料情況與物料本身的特性有較大關系，下文中所說常壓粉煤灰儲倉存儲的介質特性為粉煤灰堆密度約300～400kg/m3，真密度約1 500kg/m3，可見粉煤灰自然堆積狀態(tài)下，比較松散，依靠重力下落并不容易，同時其含水量僅為2%，干燥的粉煤灰儲存過程中不易因潮濕而板結。另外，飛灰堆積角小于30°，可見其流動性較好。

2 常壓粉煤灰儲倉原設計情況及運行問題

常壓粉煤灰儲倉其錐部側壁設置1個DN250卸灰口(B1)，卸灰口下設置1臺低壓連續(xù)輸送泵，將粉煤灰送入鍋爐進行二次利用，現由于B1下灰口無法連續(xù)、均勻的下灰，導致粉煤灰間斷的被輸送至鍋爐，且波動較大，從而嚴重影響了鍋爐的穩(wěn)定運行。常壓粉煤灰儲倉B1改造前后結構見圖1。

圖1 常壓粉煤灰儲倉B1改造前后結構

由于常壓粉煤灰儲倉并未安裝稱重裝置，并且不斷有物料送入儲倉，故而其下料量無法進行精確計量，研究中只能利用氣固兩相流的固氣比與輸送壓力的線性關系進行定性分析[5，6]，即通過低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力波動情況定性來判斷灰倉是否下料、下料是否穩(wěn)定。

首先，測定并記錄B1下灰口下的連續(xù)輸送泵沒有輸送粉煤灰時低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力，記錄時間2h，其輸送壓力隨時間變化的情況見圖2。可見輸送壓力比較穩(wěn)定，維持在18.5～20kPa(g)的范圍內波動，波動幅度僅為1.5kPa，分析認為，這種小幅的壓力波動主要來自于鍋爐運行壓力的波動和輸送風機自身的波動，可以認為若低壓連續(xù)輸送泵輸送壓力降低至20kPa或更低時，則沒有粉煤灰通過低壓連續(xù)輸送泵進行輸送。

圖2 改造前低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力曲線

其次，在未進行灰倉優(yōu)化改造的前提下，將低壓連續(xù)輸送泵進行帶料運行，并記錄了2h內低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力變化情況，優(yōu)化前壓力曲線見圖2?？梢悦黠@看出壓力曲線存在多個波峰波谷，其中10～15min、45～60min、85～100min三個時間段的輸送壓力約為19kPa，可見在這三個時間段內，并無粉煤灰通過低壓連續(xù)輸送泵進行輸送，常壓粉煤灰儲倉在此時間段出現不下料的情況，而在20～40 min、65～80min、105～120min三個時間段內，雖然輸送壓力均高于30kPa，處于帶料運行狀態(tài)，但輸送壓力存在明顯的波動，最大波動達到10kPa (30～40kPa)，顯然粉煤灰的輸送量也存在波動，即常壓粉煤灰儲倉下料速度存在較大波動。

綜上所述，通過低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力曲線可看出，常壓粉煤灰儲倉存在間歇性不下料(此情況與現場巡檢人員反饋的下料管中時常沒有物料的情況吻合)和下料不均勻的問題。上述的情況，反映到鍋爐運行上，導致鍋爐煙氣溫度波動偏大，鍋爐尾氣中飛灰含碳量升高，對裝置的安全性、節(jié)能性危害極大。

3 常壓粉倉原問題分析及改造方案

常壓粉煤灰儲倉B1下料口存在間歇性不下料和下料不均的情況，究其原因有二：其一，側部泄灰口與垂直方向夾角約為45°，使得粉煤灰的重力在垂直于管口壁面方向上形成一個較大的分力，增加了粉煤灰在卸料口處的摩擦力，不利于粉煤灰的流動，增加了飛灰架橋的概率，常壓粉倉錐部側面泄灰口口徑較小，成為粉煤灰架橋的另一個不可缺少的條件[7]；其二，常壓粉煤灰儲倉下灰口未設置任何防止架橋的設施，一旦出現架橋，又沒有有效的破橋途徑，會導致下灰口停止下料[7]。

結合上述問題的原因及現場條件，現給出如下改造方案(見圖1)。首先，將側部的卸灰管(側管)改為側錐，錐角(與垂直方向夾角)小于30°，此設計可以明顯減小重力在壁面垂直方向上的分力，降低粉煤灰與壁面的摩擦力，并且增大了倉壁處下灰口的口徑，使粉煤灰更容易向下流動，增加粉煤灰流動的連續(xù)性，并最終降低粉煤灰架橋的概率。然后，在側錐上增設空氣炮，并設計定時噴吹控制程序，在粉煤灰架橋時能夠通過空氣噴吹的方式進行破拱，從而進一步降低灰倉架橋的風險。

改造完成后，檢測和記錄了低壓連續(xù)輸送泵2h內帶料輸送的輸送壓力變化情況，優(yōu)化后壓力曲線見圖2。壓力曲線顯示改造后低壓連續(xù)輸送泵能夠在36～40kPa(g)壓力下比較穩(wěn)定的運行，波動幅度僅為4kPa，可見改造已經徹底解決了粉煤灰儲倉間歇性不下料的問題，但壓力波動值略高于空載時的壓力波動(1.5kPa)，明顯低于改造前的壓力波動(10kPa)，可以初步判斷，改造后常壓粉煤灰儲倉下料不均勻性得到明顯改善。

4 結語

由于常壓粉煤灰儲倉結構設計不合理，增加了粉煤灰與下灰口的摩擦，阻礙了粉煤灰的流動，增加了粉煤灰架橋的概率，同時儲倉未能設置合理的破壞粉料架橋的設施，導致常壓粉煤灰儲倉存在間歇性不下料、下料不均的問題。研究中通過將側管改為側錐的方式，優(yōu)化了粉煤灰在下料口處的受力情況，減小了壁面摩擦，從而降低了粉煤灰架橋的概率，增加了下料的均勻性，并通過增加空氣炮的方式，及時破拱，避免常壓粉煤灰儲倉架橋不下料的情況，簡而言之，改造工作不僅僅在結構上減少了粉煤灰架橋的概率，同時在架橋時也能夠及時破拱，保證常壓粉煤灰儲倉的連續(xù)下料。但值得注意的是，改造后下料的均勻性雖得到了改善，但對下料均勻性要求比較高的系統(tǒng)，還需要通過其他設計方可達到。同時，研究中充分利用項目現場的條件，創(chuàng)造性地利用低壓連續(xù)輸送泵輸送壓力與輸送固氣比的線性關系，通過輸送壓力定性反映粉煤灰下灰量的波動情況，定性反映了常壓粉倉改造前后方案優(yōu)劣，此研究方法也是本項研究的創(chuàng)新所在。但由于低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力變化受鍋爐的運行壓力波動、風機壓力波動影響，此法無法定量反映采用側錐與卸灰管結構在下料穩(wěn)定性上的優(yōu)勢。