電廠鍋爐煤倉棚煤問題分析及有效解決方案

摘 要：電廠鍋爐煤倉棚煤、堵煤是電廠鍋爐運(yùn)行中普遍存在和影響機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的一項(xiàng)主要因素，山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠經(jīng)過長期的摸索和實(shí)踐，在鍋爐煤倉棚煤科技攻關(guān)中取得了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)，較好地解決了鍋爐煤倉棚煤問題?，F(xiàn)對造成煤倉棚煤的主要原因進(jìn)行分析，并介紹山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠煤倉改造經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：棚煤;循環(huán)流化床;襯板;雙曲線

0? ? 引言

山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠現(xiàn)有3臺蒸發(fā)量分別為480 t/h的循環(huán)流化床鍋爐，主要以陽泉平定當(dāng)?shù)孛旱V的煤矸石為主要燃料，配有3臺裝機(jī)容量135 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，采用單元制運(yùn)行方式，其主要為山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司電解鋁生產(chǎn)用自備機(jī)組，年發(fā)電量約24億MW。每臺鍋爐配有2座倒金字塔型鋼制煤倉，煤倉內(nèi)采用厚度為10 mm的超高分子量聚乙烯塑料襯板做內(nèi)襯。多年來煤倉棚煤問題一直困擾著電廠干部和職工，特別是近年來國家環(huán)保管控力度加大，一次鍋爐棚煤就很可能造成環(huán)保排放指標(biāo)超標(biāo)而帶來不良后果。為了消除棚煤帶來的安全和環(huán)保隱患，電廠專門成立了攻關(guān)小組，經(jīng)過近兩年的科技攻關(guān)，徹底解決了鍋爐煤倉棚煤問題。

1? ? 造成煤倉棚煤的主要原因

1.1? ? 煤的成分構(gòu)成對棚煤造成的影響

因山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司自備電廠在建廠之初設(shè)計(jì)煤種即采用低熱值煤（低位發(fā)熱量14.75 MJ，折合3 523 kcal），鍋爐燃煤以煤礦原煤+中煤構(gòu)成的煤矸石混合配煤為主，這種煤存在硬度高、灰分大、煤泥含量高（黏度大）、水分高、含硫量高等特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)煤種各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

鍋爐入爐煤主要是由當(dāng)?shù)氐V井選煤廠通過運(yùn)輸皮帶輸送過來的無煙煤和中煤構(gòu)成，經(jīng)過錘式破碎機(jī)二次粉碎后進(jìn)入鍋爐煤倉。由于這種煤由礦井直接通過皮帶輸送機(jī)輸送過來，煤中煤泥含量高、黏度大，同時(shí)煤中水分較高，這就造成煤進(jìn)入煤倉時(shí)流動(dòng)性較差，從而極易在煤倉倉壁形成掛煤，進(jìn)而發(fā)生堆積和板結(jié)，這是造成煤倉棚煤的主要原因。

1.2? ? 煤倉結(jié)構(gòu)對棚煤造成的影響

1.2.1? ? 煤倉外形結(jié)構(gòu)影響

由于原設(shè)計(jì)煤倉均采用了倒金字塔結(jié)構(gòu)，這種上大下小的倒方錐體結(jié)構(gòu)極易造成煤倉內(nèi)較濕而又灰分大的煤因其流動(dòng)性差而在煤倉的四邊夾角部位堆積，致使落煤流動(dòng)不暢，遇到煤中干燥的煤粉后就會(huì)越積越硬，最后在煤倉4個(gè)邊角形成由下至上的大面積堆積，從而產(chǎn)生棚煤、堵煤現(xiàn)象。

此外，原有煤倉堆積角小，鍋爐燃燒煤種中所含灰分、水分較大，這種黏性較高的煤在落入煤倉后流動(dòng)性差，也是導(dǎo)致棚煤的原因。

原有煤倉出口較小，煤在下落過程中不斷受到擠壓，越接近出口部位，受上部煤位高度影響越大，在煤倉落煤口0.5～2 m處所受到的擠壓最大，這種擠壓力越大，煤的密實(shí)度就越高，越容易出現(xiàn)棚煤現(xiàn)象。

1.2.2? ? 煤倉內(nèi)襯材料影響

原設(shè)計(jì)煤倉采用超高分子量聚乙烯塑料襯板，其具有襯板表面光滑，摩擦系數(shù)小，吸水性小;耐磨性好，抗沖擊性能強(qiáng);強(qiáng)度高，抗老化，不怕酸堿等腐蝕;耐溫性能好，相對物理及化學(xué)特性較好等優(yōu)點(diǎn)。但由于煤矸石硬度高，落煤點(diǎn)對內(nèi)部襯板的沖擊力較大，造成襯板磨損較快，脫落后的襯板掉在煤倉下部窄小的落煤口，容易造成鍋爐運(yùn)行斷煤事故;其次，超高分子量聚乙烯塑料襯板用沉頭螺栓固定在煤倉鐵板上，時(shí)間久了，受落煤沖刷影響，連接螺栓磨損，會(huì)造成襯板與煤倉外部鋼板分離，脫落的襯板極易造成煤倉堵煤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致煤倉下部皮帶被掉落的襯板劃破，從而造成皮帶給煤機(jī)停運(yùn)。

1.2.3? ? 煤倉落煤口插板門結(jié)構(gòu)影響

原有煤倉落煤口設(shè)計(jì)為矩形單向電動(dòng)插板門，單向插板門存在閘板體型較大，容易受外力影響產(chǎn)生變形;開關(guān)時(shí)行程較長，全程開關(guān)耗時(shí)較長，不易迅速關(guān)斷等缺點(diǎn)。為了減少其受力時(shí)變形，許多插板門生產(chǎn)單位在閥體中間增加了橫向加強(qiáng)拉筋，這也造成了煤倉下煤時(shí)受阻不暢而出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，還會(huì)造成煤倉襯板脫落時(shí)脫落的襯板架在加強(qiáng)拉筋上，導(dǎo)致整個(gè)煤倉落煤受阻而形成鍋爐給爐機(jī)斷煤。

受煤質(zhì)和煤倉結(jié)構(gòu)不合理的影響，每年電廠至少要對每個(gè)煤倉進(jìn)行兩次清理，才能保證鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行。但因煤倉內(nèi)部封閉空間屬于瓦斯積聚部位，而清理煤倉又屬于有限空間作業(yè)，其安全風(fēng)險(xiǎn)極高，一直是電力生產(chǎn)企業(yè)中嚴(yán)格管控的一項(xiàng)施工作業(yè)。為減少運(yùn)行中煤倉棚煤及堵煤現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低清理煤倉過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，對煤倉進(jìn)行改造勢在必行。

2? ? 煤倉改造實(shí)施方案

依據(jù)對造成鍋爐煤倉棚煤各種因素的分析，攻關(guān)小組認(rèn)為，由于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)形成的煤質(zhì)特性已基本使鍋爐燃燒用煤品質(zhì)固定、不易調(diào)整，因此將煤倉改造納入改造實(shí)施才是更為合理和有效的方法。

2.1? ? 改造煤倉結(jié)構(gòu)

針對原有倒金字塔方錐形煤倉四個(gè)夾角容易由下向上積煤的結(jié)構(gòu)特征，煤倉由原來的倒金字塔方錐形改為雙曲線橢圓形，改造部分采用方變圓倉+雙曲線+長圓形出口過渡倉的組合形式。保留原有煤倉頂部方錐形鋼結(jié)構(gòu)與廠房混凝土建筑結(jié)合部位不變，此次煤倉改造在煤倉上部進(jìn)煤口皮帶落煤點(diǎn)即煤倉標(biāo)高點(diǎn)29.42 m處開始切割，將原有煤倉的普通鋼結(jié)構(gòu)材料改為用厚度為12 mm的201E不銹鋼板代替，同時(shí)倉壁與水平夾角由原來的最小68.1°增加到75°，增加了坡度，從而減少了黏煤堆積的可能性，在原有同樣的高度下增大了下部落煤口直徑，同時(shí)增大了煤倉出口的通流面積，也降低了下部落煤口處的擠壓強(qiáng)度。改造后的煤倉各處均為圓弧角，避免了方錐煤倉夾角積煤現(xiàn)象;因雙曲線結(jié)構(gòu)煤倉對出口的煤有減壓作用，從而降低了煤與倉壁的摩擦力，增加了煤的流動(dòng)性。

2.2? ? 取消煤倉襯板

由于改造部位使用了201E不銹鋼材料作為煤倉壁板，201E不銹鋼具有密度高，耐酸、耐堿性能好，材質(zhì)中無氣泡、無針孔等優(yōu)點(diǎn)，所以改造后的煤倉內(nèi)部取消了超高分子量聚乙烯塑料襯板，完全避免了襯板磨毛、變形、脫落造成的煤倉堵煤和鍋爐斷煤的安全隱患。

2.3? ? 改造煤倉附屬設(shè)備

在煤倉落煤口選用了12Cr13不銹鋼雙向液壓插板門，取代了原有矩形單向電動(dòng)插板門。雙向液壓插板門具有開關(guān)靈敏、動(dòng)作時(shí)間短、密封性良好、開關(guān)平穩(wěn)等特點(diǎn)，同時(shí)由于采用了雙向開關(guān)形式，中間減少了加強(qiáng)筋，避免了原有矩形單向電動(dòng)插板門由于行程較長、中間增加加強(qiáng)筋從而在結(jié)構(gòu)上存在缺陷造成的堵煤現(xiàn)象。

此外，在新改造的煤倉中安裝了加強(qiáng)型疏松器，當(dāng)煤在煤倉中的流動(dòng)性變差時(shí)，人工啟動(dòng)疏松器，疏松器沿著煤倉內(nèi)壁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切斷煤與煤倉的粘結(jié)，破壞掉棚煤支撐點(diǎn)，減少了煤在煤倉中板結(jié)的概率;并將原有煤倉空氣炮由16個(gè)減少至4個(gè)，這樣不但減少了由于原有煤倉空氣炮較多在使用中帶來的壓縮氣體浪費(fèi)，還減少了由于空氣炮擊打造成的煤在煤倉中密實(shí)度增加從而板結(jié)的可能性，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。

改造前后煤倉外觀對比圖片如圖1所示。

3? ? 結(jié)語

經(jīng)過對兆豐鋁電公司自備電廠鍋爐煤倉的改造，鍋爐安全運(yùn)行周期明顯得到延長，經(jīng)過改造的煤倉運(yùn)行一年多以來再未出現(xiàn)鍋爐停爐清理煤倉的現(xiàn)象，煤倉也再未出現(xiàn)棚煤、斷煤現(xiàn)象，降低了運(yùn)行中清理煤倉棚煤可能造成的有限空間作業(yè)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減少了清理煤倉的費(fèi)用和鍋爐降負(fù)荷帶來的經(jīng)濟(jì)損失。2019年，循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行周期達(dá)到了202天，創(chuàng)造了自2006建廠投產(chǎn)以來單爐運(yùn)行的最好紀(jì)錄，由此凸顯了改造帶來的經(jīng)濟(jì)效果。

收稿日期：2020-04-14

作者簡介：張學(xué)海（1971—），男，河北井陘人，熱動(dòng)工程師，研究方向：電廠鍋爐、環(huán)保。