350MW超臨界CFB鍋爐給煤裝置堵煤原因分析及處理

武建斌 梁文利

山西京能呂臨發(fā)電有限公司 山西 呂梁 033200

1 鍋爐概況

山西臨縣低熱值煤2×350MW超臨界發(fā)電機(jī)組新建工程配套鍋爐為東方鍋爐股份有限公司自主研發(fā)的DG1186/25.31-Ⅱ1型超臨界CFB鍋爐。鍋爐采用單布風(fēng)板、單爐膛、后墻進(jìn)風(fēng)、M型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、循環(huán)流化床燃燒方式，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。電廠設(shè)計(jì)煤種為洗中煤、矸石及煤泥摻燒，鍋爐共有10個(gè)給煤裝置，布置在敷設(shè)有耐火材料的爐膛下部還原區(qū)，10個(gè)給煤裝置在前墻水冷壁下部收縮段沿寬度方向均勻一字排開，對(duì)應(yīng)布置了10臺(tái)稱重式皮帶給煤機(jī)，分別由4個(gè)煤倉供應(yīng)原煤。每臺(tái)爐后墻水冷壁下部安裝5臺(tái)滾筒冷渣機(jī)，將爐膛落下的底渣由800～850℃冷卻到＜150℃，冷卻后的底渣排入鏈斗輸送機(jī)，經(jīng)斗式提升機(jī)提升后進(jìn)入貯渣倉。#1機(jī)組在整套啟動(dòng)運(yùn)行過程中，鍋爐落煤裝置開始出現(xiàn)頻繁堵煤現(xiàn)象，直接導(dǎo)致機(jī)組帶負(fù)荷能力下降而被迫停機(jī)。

2 給煤裝置堵煤原因分析

2.1 煤質(zhì)的影響

2.1.1 煤的水分大，黏結(jié)性強(qiáng)。經(jīng)對(duì)堵煤后的給煤機(jī)內(nèi)煤質(zhì)的檢查及對(duì)筒倉內(nèi)存煤檢查發(fā)現(xiàn)，入爐煤的水分含量較大，在下落過程中，給煤裝置落煤管黏壁現(xiàn)象較為明顯，層層粘連堆積后落煤管最終被徹底堵塞。

本項(xiàng)目鍋爐設(shè)計(jì)煤種為洗中煤、矸石及煤泥摻燒，來廠中煤全水分在10%左右，由于煤礦來煤水分高，煤含水分與黏著性有很大的關(guān)系。一般來說水分在8%以下時(shí)基本上屬于干煤，而當(dāng)水分超過10%以上時(shí)，黏著性成倍增長(zhǎng)。實(shí)踐證明燃煤水分在8%～15%之間時(shí)，黏著性最大，使煤的流動(dòng)性惡化，堵煤發(fā)生頻次最高。給煤裝置上部堵塞的情況見下圖1。

圖1 給煤裝置上部堵塞

2.1.2 煤的結(jié)焦性強(qiáng)。本項(xiàng)目的煤大部分為焦煤洗選后的洗中煤，結(jié)焦性強(qiáng)。給煤機(jī)的煤進(jìn)入給煤裝置的彎頭沖擊點(diǎn)堵煤后，有時(shí)發(fā)生積煤點(diǎn)附近鋼板燒紅穿孔的現(xiàn)象，穿孔后會(huì)有黃色的煙霧冒出，隨后煙霧冷凝成液體滴落到鍋爐12.6m平臺(tái)上，滴落的液體略顯黃色透明狀，極為黏稠，判斷該液體為煤析出的焦油。

鍋爐停后檢查發(fā)現(xiàn)給煤裝置落煤管上部堵煤的同時(shí)，給煤口下部也有堵煤結(jié)焦，結(jié)焦的性質(zhì)判斷煤隔絕空氣加強(qiáng)熱狀態(tài)下燒結(jié)成的焦炭。情況見下圖2。

圖2 給煤裝置下部出口結(jié)焦

2.2 播煤風(fēng)量或播煤風(fēng)強(qiáng)度不足

2.2.1 給煤裝置上播煤風(fēng)設(shè)計(jì)管徑及安裝角度及位置不合理。山西臨縣低熱值煤2×350MW超臨界發(fā)電機(jī)組新建工程所安裝兩臺(tái)CFB鍋爐給煤裝置播煤風(fēng)管道原設(shè)計(jì)如下圖3所示，每個(gè)給煤裝置共設(shè)計(jì)上下兩路播煤風(fēng)，上部播煤風(fēng)支管路為φ76×4，主要作用為干燥落煤管內(nèi)燃煤的同時(shí)，可以對(duì)落煤管從直段落到斜段彎頭處積煤進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)力輸送，防止落煤管彎頭處管壁黏煤后堵塞。

圖3 原給煤裝置播煤風(fēng)管道示意圖

當(dāng)燃煤在直段落到斜段下料點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生拐彎，經(jīng)常在彎頭處積煤，特別是燃煤潮濕時(shí)，積煤情況更加明顯，而上層播煤風(fēng)一方面由于管徑太小導(dǎo)致吹掃風(fēng)量不足，風(fēng)進(jìn)入管道后擴(kuò)容后動(dòng)力降低，另一方面管路安裝角度及位置存在問題，管路的進(jìn)風(fēng)方向與給煤管道的流通方向不平行且不在最底部，造成吹掃效果不佳，兩個(gè)原因?qū)е陆o煤裝置落煤管彎頭處頻繁堵煤或下煤不暢。

2.2.2 給煤裝置下部播煤風(fēng)設(shè)計(jì)布置不合理。給煤裝置下部播煤風(fēng)主要作用是通過環(huán)形風(fēng)道擴(kuò)散分配后克服床料的湍流將落煤管內(nèi)的燃煤拋撒到布風(fēng)板風(fēng)帽正上方來參與鍋爐燃燒。通過對(duì)鍋爐廠設(shè)計(jì)圖紙和落煤管堵煤后現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)每個(gè)落煤口基本都存在積焦現(xiàn)象，說明下部播煤風(fēng)經(jīng)過在環(huán)形風(fēng)道擴(kuò)散后未能全部將燃煤均勻拋撒到布風(fēng)板風(fēng)帽上方，有一部分大顆粒燃煤由于播煤風(fēng)強(qiáng)度不足而落至給煤口下部，該部位積煤也無流化風(fēng)擾動(dòng)，這樣在爐膛高溫烘烤下析出焦油繼而燒成焦炭板結(jié)，將落煤口堵塞。

通過進(jìn)一步對(duì)鍋爐廠設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析研究，由于整根落煤管長(zhǎng)達(dá)8米，在燃煤水分較大時(shí)，上部播煤風(fēng)輸送至落煤管中部時(shí)強(qiáng)度已經(jīng)變?nèi)?，燃煤容易在管道中部發(fā)生黏壁堆積進(jìn)而堵塞落煤管。

3 給煤裝置堵煤防治措施

通過上述對(duì)CFB鍋爐給煤裝置頻繁堵煤原因進(jìn)行分析，特制定以下幾方面針對(duì)性措施。

3.1 盡可能降低入爐煤水分

除了在簽訂燃煤采購(gòu)合同時(shí)就對(duì)原煤水分要有嚴(yán)格限制，采購(gòu)的原煤進(jìn)廠后放置時(shí)間盡量長(zhǎng)，水分盡可能析出，從源頭上降低入爐煤的水分，減少CFB鍋爐給煤裝置堵塞的概率。

3.2 對(duì)給煤裝置播煤風(fēng)進(jìn)行改進(jìn)

3.2.1 上層播煤風(fēng)的改進(jìn)并加裝應(yīng)急吹堵管道。將上層播煤風(fēng)管支管上的DN65的截止閥取消，將φ76×4的支路改為φ108×4的管路，調(diào)整管路的進(jìn)風(fēng)方向與給煤管道的流通方向保持一致且將管路安裝到落煤管的最底部。（見圖4、圖5上部分）。

圖4 改造后的給煤裝置播煤風(fēng)管道示意圖

同時(shí)在上述播煤風(fēng)管旁邊增加一路DN25的壓縮空氣短接管，以實(shí)現(xiàn)吹堵功能（見圖5）。

圖5 改造中的給煤裝置上層播煤風(fēng)管道及吹堵管道

3.2.2 中部播煤風(fēng)的加裝。從下播煤風(fēng)管道上用φ108×4的管路引出，再?gòu)钠渖弦鰞陕凡ッ猴L(fēng)（φ76×4）接到給煤裝置中部落煤管上用于煤流吹掃和干燥，改進(jìn)后的示意圖如圖4中部所示。

上述對(duì)給煤裝置播煤風(fēng)改進(jìn)的整體思路：一是上層播煤風(fēng)改進(jìn)之后增大了落煤管風(fēng)量和流速，用具有一定流速的播煤風(fēng)來疏松和攜帶入爐煤，減少?gòu)濐^處發(fā)生堵煤的可能；二是落煤管上兩處新增加的播煤風(fēng)可以加熱落煤管（保持管壁一定溫度）以及加熱隨落煤管進(jìn)入爐膛內(nèi)燃煤，同時(shí)可以對(duì)落煤管內(nèi)燃煤起到吹掃作用，極大地緩解了落煤管堵煤。

3.2.3 下部播煤風(fēng)環(huán)形風(fēng)室的改進(jìn)并加裝應(yīng)急吹堵管道。在整個(gè)落煤管改進(jìn)的過程中，起著一個(gè)關(guān)鍵的改進(jìn)作用的是將下部播煤風(fēng)環(huán)形風(fēng)室上半部分進(jìn)行了封堵，如圖6所示，改造后具有一定流速的熱一次播煤風(fēng)全部通過下部通道非常狹小的空間，進(jìn)一步提高了風(fēng)速，順著煤流底部流通方向進(jìn)行吹掃，從而可以將落煤管內(nèi)顆粒較大的燃煤也能均勻拋撒到布風(fēng)板風(fēng)帽上方，使落煤口不再積焦，確保落煤管源頭處下煤通暢。

圖6 改造后的下部播煤風(fēng)環(huán)形風(fēng)室

與此同時(shí)將下層播煤風(fēng)（φ472×6）風(fēng)室對(duì)應(yīng)的環(huán)形出風(fēng)口的底部，接一路吹掃風(fēng)（DN25，壓縮空氣間斷吹）（見 圖7）。

圖7 給煤裝置底部增加應(yīng)急清堵管道

3.3 機(jī)組正常運(yùn)行和停運(yùn)后采取的措施

3.3.1 機(jī)組正常運(yùn)行措施。正常運(yùn)行過程中，嚴(yán)格監(jiān)視各個(gè)給煤裝置的密封風(fēng)壓及溫度變化。發(fā)現(xiàn)密封風(fēng)壓有大幅度波動(dòng)時(shí)，立即進(jìn)行調(diào)整，降低該給煤機(jī)出力，通過大播煤風(fēng)量的吹掃來緩解給煤裝置的堵塞，同時(shí)接通應(yīng)急清堵壓縮空氣管道吹掃，必要時(shí)可以調(diào)高爐膛負(fù)壓后打開落煤管檢查孔對(duì)內(nèi)部進(jìn)行檢查[3]。

3.3.2 鍋爐停爐時(shí)的措施。每次停爐時(shí)，給煤機(jī)停轉(zhuǎn)后及時(shí)通過下層吹掃管道接通壓縮空氣吹掃，以防止停爐時(shí)給煤口的煤結(jié)焦。停爐后應(yīng)做到“逢停必檢”，檢查給煤裝置落煤管和給煤口是否有積煤，確保落煤管的管壁光滑。

4 改造后效益

2019年9月電廠相繼對(duì)兩臺(tái)爐給煤裝置落煤管進(jìn)行了改造，每臺(tái)爐費(fèi)用材料和人工費(fèi)合計(jì)1.5萬元，兩臺(tái)機(jī)組都在2019年都順利完成了168小時(shí)大負(fù)荷試運(yùn)行，同時(shí)經(jīng)過1年多的運(yùn)行，摻配燒過不同的煤種，給煤裝置運(yùn)行狀況良好，沒發(fā)生堵煤現(xiàn)象，取得的經(jīng)濟(jì)效益主要有以下幾方面：

CFB鍋爐可以燃用不同煤種的燃煤，特別是來煤比較潮濕、水分大（15%以上）、黏性大時(shí)也不發(fā)生堵煤現(xiàn)象。

每年可節(jié)省捅煤人工費(fèi)：每班兩名臨時(shí)工，三班制共計(jì)6名，平均每年約30萬元。

每年減少影響電量損失：按照發(fā)生堵煤平均每天影響上網(wǎng)電量約20萬kWh，一年可造成少發(fā)電量近6000萬kWh，另外由于落煤管堵煤造成燃燒不穩(wěn)投油穩(wěn)燃未計(jì)算在內(nèi)。

5 結(jié)束語

近年來隨著投運(yùn)循環(huán)流化床機(jī)組的增多，由于種種原因燃煤水分難以有效控制，給煤裝置堵塞問題也開始頻繁出現(xiàn)，已經(jīng)得到了各電廠的高度重視。山西臨縣低熱值煤2×350MW超臨界發(fā)電機(jī)組新建工程兩臺(tái)爐實(shí)施給煤裝置改造后徹底解決了機(jī)組整套啟動(dòng)以來從給煤裝置播煤風(fēng)設(shè)計(jì)布置不合理引起的堵塞現(xiàn)象，規(guī)避了維護(hù)人員捅煤帶來的不安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了捅煤人工費(fèi)，提高了機(jī)組帶負(fù)荷能力，為公司大量摻燒水分高以及其他黏性重的燃煤創(chuàng)造了條件，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益，本文可為同類型CFB鍋爐給裝置堵煤治理提供參考。