火力發(fā)電廠煤倉防堵技術(shù)的研究及運(yùn)用

吳升春

(神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司，泉州 362712)

0 引 言

火力發(fā)電廠原煤倉堵煤是火電行業(yè)在的問題，由于堵煤原煤不能正常輸入鍋爐進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)組的負(fù)荷和安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐慑仩t暫時(shí)斷煤，不得不直接投油助燃。

燃煤電廠中常見的堵塞的位置，根據(jù)原煤倉設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同可總結(jié)為兩個(gè)部分，對于傳統(tǒng)的 原煤倉，即上部分圓柱形，下部分為圓錐形結(jié)構(gòu)形式或者通體純圓錐形結(jié)構(gòu)形式，其常見的堵煤點(diǎn)是原煤斗與落煤管的交接處、落煤管、閘門處，通常在煤閘門上口1.5米左右位置；對于雙曲線形原煤倉，其常見堵煤點(diǎn)是上部柱形倉或錐形倉與下部雙曲線原煤斗的交接處，通常是由于雙曲線原煤斗的初始角度過小，造成原煤在煤倉與煤斗的交接處堆積，造成流通面積減小而行成堵塞。

造成煤倉堵煤的原因主要在于原煤倉的設(shè)計(jì)，煤自身特性因素等，而原煤倉堵煤一般分為靜力拱堵煤和粘結(jié)堵煤，針對堵煤原因及堵塞形式，目前國內(nèi)外常見的防治方式有在煤倉下設(shè)置雙曲線煤斗、敷設(shè)光滑襯板、機(jī)械疏通(加裝輸送機(jī)，振打器)、空氣炮，旋轉(zhuǎn)防堵機(jī)等。多年的應(yīng)用結(jié)果表明，傳統(tǒng)的解決方法具有一定效果，但都存在一定局限性，無法徹底解決煤倉堵煤難題。

1 防治堵煤的常見方式

1.1 雙曲線式煤斗防堵

原煤倉設(shè)計(jì)以矩形椎形和圓錐形為主，這2種形狀煤倉都是沿煤流方向截面積逐漸變小，當(dāng)煤向下流動(dòng)時(shí)擠壓力會逐漸變大，沿倉壁切向及法向的重力分力不變，越靠近出口位置，煤的流動(dòng)性越差，而產(chǎn)生蓬煤、堵煤。鍋爐原煤倉下部設(shè)置雙曲線煤斗，是防止堵煤的措施之一，雙曲線煤斗分等截面和遞減截面收縮率2種。實(shí)際工程中一般選用等截面雙曲線型式其截面收縮率是一定值，斗壁任意處的傾角都不一樣，愈接近出口處，傾角愈大。煤在向下流動(dòng)時(shí)，煤斗截面積雖然減少，但由于斗壁傾角增加，煤沿斗壁切向重力分力增大，沿法向的分力減小，因此煤向出口流動(dòng)中所受的阻力變化不大，在煤斗中呈現(xiàn)均勻的整體流動(dòng)，先入倉的煤先排出，倉壁不易掛煤，因而能夠降低蓬煤、堵煤的發(fā)生。但是，在實(shí)踐中，當(dāng)煤的含水量增加到一定值(尤其摻燒煤泥)，其堵塞的幾率會迅速增加，不能徹底解決原煤倉堵塞的問題[1]。

1.2 機(jī)械疏通防堵

機(jī)械疏通是通過機(jī)械的方式對原煤倉堵煤進(jìn)行治理，主要有：倉壁振動(dòng)器、液壓煤倉疏通機(jī)和旋轉(zhuǎn)式煤斗防堵機(jī)。

1.2.1 倉壁振動(dòng)器

倉壁振動(dòng)器靠高頻振動(dòng)和沖擊力，對原煤倉壁產(chǎn)生周期性高頻振動(dòng)使物料與倉壁脫離接觸、消除物料與倉壁的摩擦，有效地克服物料的內(nèi)摩擦力和聚集力，使原煤不容易出現(xiàn)“搭拱”現(xiàn)象而向下流動(dòng)從倉口排出。倉壁振動(dòng)器對清理由靜力拱引起的煤倉蓬煤、搭拱的效果比較顯著。倉壁振動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、電耗低、安裝方便；缺點(diǎn)是只有在振打點(diǎn)下部有空隙時(shí)才能起作用，否則會越打越實(shí)；另外振動(dòng)錘在煤倉上安裝的位置是不變的，只適用于流動(dòng)緩慢或振動(dòng)點(diǎn)下是懸空的情況; 振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)大、有噪音，有時(shí)會造成倉壁上的襯板松脫，導(dǎo)致振動(dòng)電機(jī)脫落。

1.2.2 液壓輸送機(jī)

液壓煤倉疏通機(jī)是由液壓泵站、油缸、及刮板等組成的一種防治堵煤的設(shè)備，安裝在鍋爐原煤倉倉壁上，刮板緊貼在原煤倉內(nèi)壁上，工作時(shí)有液壓油缸拖動(dòng)刮板上下往復(fù)刮動(dòng)煤倉內(nèi)壁，達(dá)到疏通堵煤的目的。由于液壓煤倉疏通機(jī)是直接將活動(dòng)刮板設(shè)置在鍋爐原煤倉內(nèi)壁上，能直接破壞原煤粘附倉壁的基礎(chǔ)，所以不管是靜力拱堵煤還是粘結(jié)堵煤，局部疏通效果比較明顯，影響區(qū)外區(qū)域無法疏通。但刮板容易剪斷影響疏通效果；煤倉疏通機(jī)不工作時(shí)自身刮板容易在原煤倉內(nèi)造成掛煤，經(jīng)常出現(xiàn)“自己阻煤自己刮”的現(xiàn)象。倉壁振打器、煤斗疏松人孔、人力破堵方法都是利用的物體間的共振現(xiàn)象，但是長時(shí)間使用會破壞倉壁，造成倉壁外部四凸不平，因此不提倡使用，且效果甚微。

1.2.3 旋轉(zhuǎn)防堵機(jī)

旋轉(zhuǎn)防堵機(jī)可分為倉體旋轉(zhuǎn)和防堵刀旋轉(zhuǎn)兩大類，其使用各有優(yōu)缺點(diǎn)。

倉體旋轉(zhuǎn)防堵機(jī) 優(yōu)點(diǎn)主要集中在防堵刀兩端固定，布局合理，結(jié)構(gòu)尺寸不需要太大，更換時(shí)無需進(jìn)入煤倉，只需在檢修孔邊操作即可。缺點(diǎn)主要在由于防堵截面大，需要驅(qū)動(dòng)動(dòng)力較大，支撐旋轉(zhuǎn)倉體結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)增大，增加制造成本。刀旋轉(zhuǎn)防堵機(jī)主要存在檢修安全問題及密封可靠性問題，由于防堵刀是懸臂結(jié)構(gòu)，對剛性及強(qiáng)度要求較高，需要大的剛性幾何尺寸結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)工作需要，平時(shí)增加了堵煤概率，且懸臂結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)刮刀故障，如彎曲變形等問題。

但無論無論倉體旋轉(zhuǎn)和防堵刀旋轉(zhuǎn)僅試用圓筒型落煤管，方形等不規(guī)則的形狀無法使用，另外相對其它防堵技術(shù)而言，尺寸大，改造安裝難度大，價(jià)格較高，并且只能清除下料段一小段的堵料問題，對上部的蓬煤不起作用，清堵范圍小，對整個(gè)料倉清堵效果不佳; 當(dāng)下部堵塞時(shí)，疏堵效果差，長時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)，部件磨損大，維修工作量大。

1.3 氣力防堵

1.3.1 空氣炮防堵

又名空氣破拱器，主要由儲氣罐、電磁脈沖閥及控制系統(tǒng)等組成。以壓縮空氣為工作介質(zhì)，原煤倉內(nèi)發(fā)生堵塞時(shí)，瞬間釋放出高速空氣，直接沖擊倉內(nèi)堵塞部位，以爆破的方式破壞蓬住的煤拱?？諝馀诘膬?yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單；對煤倉損傷??；控制信號可以接到主控室，一旦發(fā)生堵煤，可隨時(shí)用空氣炮疏通。但空氣炮必須在結(jié)拱的位置才能發(fā)揮作用，實(shí)際生產(chǎn)布置的空氣炮時(shí)將其布置到易堵點(diǎn)，一般釆取分層布置。其缺點(diǎn)就是空氣炮放炮點(diǎn)處在堵塞位置附件時(shí)才能發(fā)揮其作用，鍋爐原煤倉結(jié)拱、堵塞位置是不確定的，而空氣炮在料倉上的位置時(shí)固定不變的；如果放炮點(diǎn)處在堵塞點(diǎn)上方時(shí)，會造成下方的堵塞點(diǎn)壓實(shí)；并且當(dāng)物料很潮濕，內(nèi)摩擦系數(shù)、黏度大，放炮后會形成“鼠洞”狀，再次放炮時(shí) 由于有這些“鼠洞”存在，動(dòng)力順著“鼠洞”流失，很難達(dá)到破堵的目的，堵煤情況依舊存在，清堵效率不高[2]。

1.3.2 脈沖防堵

針對高水份、粘結(jié)性強(qiáng)的煤，國外正使用一種脈沖防堵技術(shù)。脈沖防堵技術(shù)利用壓縮空氣形成強(qiáng)力輻射脈沖，沿倉壁輻射直徑可達(dá)近2米，大范圍脈沖使物料恢復(fù)流動(dòng)，并防止物料粘壁，實(shí)現(xiàn)非常好的防堵效果。

(1)工作原理比較

空氣炮：將儲罐內(nèi)所有壓縮空氣一次性單方向作用于某一特定區(qū)域，部分物料在其作用下恢復(fù)流動(dòng)。但是，由于空氣炮作用范圍有限，仍舊有部分物料保持固化狀態(tài)或者粘結(jié)在內(nèi)壁上不流動(dòng)。

脈沖防堵系統(tǒng)：壓縮空氣通過安裝在倉壁上的脈沖模塊形成強(qiáng)力輻射脈沖，沿倉壁輻射直徑可達(dá)近2米，大范圍脈沖使所有物料恢復(fù)流動(dòng)，并防止物料粘壁，實(shí)現(xiàn)非常好的防止粘壁效果。通過控制，定期使用脈沖防堵系統(tǒng)產(chǎn)生的氣刀(平面360度)破壞倉壁與板結(jié)煤的粘結(jié)，同時(shí)氣刀也能起到潤滑作用，增加了煤的流動(dòng)性，消除煤與煤倉粘結(jié)板結(jié)導(dǎo)致堵煤。

空氣炮活化效果有限，且不適用于濕度大、粘度大、高油脂、易粘壁等流動(dòng)性差的物料?？諝馀谛Ч軞夤蕖㈤y門、吹管、溫度等各個(gè)因素的影響；脈沖防堵適用于所有物料及容器，包括難流動(dòng)物料，100%出料，先入先出，而且能夠?qū)崿F(xiàn)非常好的粘壁效果。效果圖對比如圖1所示。

圖1

(2)現(xiàn)場安裝比較

空氣炮體積大、重量高，安裝復(fù)雜，需要把空氣炮噴管焊接(或用混凝土固接)在倉壁上，安裝時(shí)需要焊接固定確保牢靠，且對于壁薄料倉及空間受限現(xiàn)場，空氣炮無法安裝。脈沖防堵系統(tǒng)則直接在倉壁上開孔安裝(鋼板及混凝土等)，不需要任何其他支架固定等復(fù)雜安裝工藝及配套。安裝空間要求極低，可以直接安裝到熱態(tài)設(shè)備或容器，不受環(huán)境溫度影響，幾乎適用于所有的現(xiàn)場及無法安裝空氣炮現(xiàn)場?，F(xiàn)場安裝圖如圖2所示。

圖2

(3)運(yùn)行及維護(hù)比較

空氣炮：物料正常流動(dòng)時(shí)，不可啟動(dòng)空氣炮，避免將物料夯實(shí)，造成物料堵塞?？諝馀诒仨氃诮Y(jié)拱的位置才能發(fā)揮其作用，因筒倉的結(jié)拱、堵塞位置不確定，位置不斷地變化，當(dāng)空氣炮處于結(jié)拱位置上面時(shí)會使物料越振越密實(shí)。將大量的壓縮空氣一次性快速注入筒倉內(nèi)。因此，在操作前，應(yīng)確保給料機(jī)及料倉閘門已啟動(dòng)或打開?？諝馀诒仨氶g隔足夠的時(shí)間將儲罐充滿。放完第一炮時(shí)，新的堆積馬上形成，而且，如果第一炮不能把空氣炮推開足夠距離，那么堆積將越變越厚?？諝馀谂c倉體內(nèi)壁連接位置的擋板增加壁面的摩擦系數(shù)，增加堵料。

脈沖防堵的脈沖輻射直徑高達(dá)2米，可以隨時(shí)啟動(dòng)或根據(jù)設(shè)定序列自動(dòng)啟動(dòng)，不影響物料流動(dòng)，避免堵料，由于單次脈沖耗氣量極小，因此不需要考慮泄壓問題及其他安全因素。高強(qiáng)度脈沖沿倉壁輻射運(yùn)動(dòng)，活化輻射直徑大，脈沖間隔時(shí)間大大縮短，可以通過增加脈沖頻率，實(shí)現(xiàn)更好的活化效果，防止粘壁。由于單點(diǎn)的輻射活化范圍及脈沖活化效率大大高于空氣炮。因此，降低了使用數(shù)量，降低了成本。且無需儲氣罐，不屬于壓力容器，安全系數(shù)高，不存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過以上比較，脈沖防堵系統(tǒng)無論是在運(yùn)行成本、運(yùn)行要求、安全及以及達(dá)到的效果上都要優(yōu)于空氣炮。其運(yùn)行參數(shù)對比見表1。

表1 運(yùn)行參數(shù)對比表

設(shè)備維護(hù)方面，空氣炮由一系列復(fù)雜的機(jī)制及工作步驟相互配合完成任一環(huán)節(jié)的故障或者設(shè)計(jì)問題都可能導(dǎo)致空氣炮達(dá)不到期望效果。而一系列復(fù)雜的機(jī)制也增加了故障率及后期維護(hù)成本。且需要考慮內(nèi)部排污，確保定期排污，否則影響設(shè)備運(yùn)行。安裝及維護(hù)難度大，尤其是針對某些安裝高度高，空間受限的區(qū)。

(4)脈沖防堵裝置主要優(yōu)點(diǎn)如下：

①清堵及適用范圍廣，不受空間位置、煤倉型式、倉內(nèi)物料的影響。脈沖模塊從下至上可以安裝在煤倉的任何位置，可以連續(xù)工作，可有效防止粘壁保證物料的流動(dòng)性使物料一直處于活化狀態(tài)，同時(shí)又可清除拱狀堵煤。

②設(shè)備穩(wěn)定可靠，維護(hù)工作量極少。該裝置幾乎沒有任何內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件，故障率及維護(hù)成本大大降低。且不存在內(nèi)部排污問題，無需專門維護(hù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)密封，防止物料及粉塵等進(jìn)入。且維護(hù)檢修無需專業(yè)工具，安全簡單易操作。

③耗氣量非常少，單個(gè)脈沖模塊平均耗氣量20 L/min，可以直接使用電廠已有的壓縮空氣，不需要再使用單獨(dú)的空壓機(jī)及儲氣罐。

④脈沖模塊噴嘴安裝到煤倉內(nèi)，基本與內(nèi)壁平齊，不像空氣跑、旋轉(zhuǎn)刮刀、輸送機(jī)等進(jìn)入到倉內(nèi)的部件較大反而影響物料流動(dòng)增加其阻力。

1.3.3 脈沖防堵裝置主要缺點(diǎn)如下：

(1)要求管道內(nèi)無堅(jiān)硬雜質(zhì)，如焊渣、鐵屑等，否則容易導(dǎo)致電磁閥、脈沖模塊噴嘴卡死泄漏，影響效果。此缺點(diǎn)可以通過安裝過濾器解決。

(2)脈沖防堵裝置設(shè)計(jì)屬于事前控制，要高頻次的投運(yùn)，防止煤粘壁，如脈沖頻次設(shè)置不合適，一旦煤倉內(nèi)已經(jīng)形成較厚的板結(jié)，再投脈沖防堵裝置其效果將受影響。此缺點(diǎn)需要根據(jù)煤質(zhì)及煤倉形式進(jìn)行設(shè)計(jì)高頻模塊及現(xiàn)場調(diào)整脈沖頻率解決。

2 防堵技術(shù)方案的選擇及運(yùn)用

2.1 方案的選擇

火力發(fā)電廠若長期燃燒高水份經(jīng)過干燥后的褐煤(干燥前水份65%左右，干燥后水分50%左右，干燥后的煤溫度約60度左右)，頻繁堵煤，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)過國內(nèi)外煤倉防堵運(yùn)用的調(diào)研，選擇了煤倉防堵機(jī)+空氣炮+倉壁振打組合的方案來防止煤倉堵煤的問題。上述方案通過反復(fù)的試驗(yàn)及實(shí)踐，有效解決供煤系統(tǒng)中咽喉部位的堵塞問題，進(jìn)而保證整個(gè)物料倉物料呈整體流動(dòng)狀態(tài)，大大降低了煤倉堵煤的次數(shù)及概率，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。但上述方案也存在一定的局限性，既需要定期停磨(約4天)對煤倉防堵機(jī)上部進(jìn)行人工清理板結(jié)在煤倉上的煤，如果不按期停磨清理則旋轉(zhuǎn)煤倉上部容易會發(fā)生蓬煤或堵煤，防堵機(jī)防堵作用便隨之減弱直至完全消失，雖然安裝了空氣炮及倉壁振打器但是仍然無法解決。筆者通過長期深入現(xiàn)場的觀察，發(fā)現(xiàn)造成上部堵煤的主要原因是由于隨著煤倉運(yùn)行時(shí)間增長，煤倉防堵機(jī)上方煤粘結(jié)板結(jié)，粘結(jié)板結(jié)造成原煤流動(dòng)阻力增加流動(dòng)性變差，最終導(dǎo)致煤倉防堵機(jī)上方堵煤，雖然上方安裝了空氣炮與倉壁振打器，但是受到其局限性影響，無法解決上述問題。

為了徹底解決上述問題，通過對煤倉容易板結(jié)煤位置分析，在21原煤倉旋轉(zhuǎn)刮刀上方容易板結(jié)堵塞的位置安裝了一套脈沖防堵裝置，如圖 3 所示，該裝置主要由進(jìn)氣控制閥、 脈沖模塊、進(jìn)氣管路等組成，其中核心為脈沖模塊。21原煤倉AS脈沖清堵裝置共13個(gè)AS脈沖模塊，分成兩組共三層安裝在旋轉(zhuǎn)刮刀上方，分別由A、B兩個(gè)控制柜控制運(yùn)行，按照圖3中的序號逐一運(yùn)行。其中第一層共4個(gè)AS脈沖模塊安裝在距21煤倉轉(zhuǎn)倉刮刀上部610 mm的位置由A控制柜控制運(yùn)行，脈沖寬度設(shè)置為0.25 s，脈沖間隔設(shè)置10 s，循環(huán)間隔設(shè)置為1分；另外9個(gè)分兩層安裝在距21煤倉轉(zhuǎn)倉刮刀上部1 200 mm與1 800 mm的位置由B控制柜控制，脈沖寬度設(shè)置為0.25 s，脈沖間隔設(shè)置20 s，循環(huán)間隔設(shè)置為1分。

該裝置具有遠(yuǎn)程和就地啟?？刂乒δ?，正常運(yùn)行采用給煤機(jī)的信號，給煤機(jī)啟動(dòng)跟隨啟動(dòng)運(yùn)行，給煤機(jī)停止跟隨停止，停止后也可遠(yuǎn)程或者就地啟停運(yùn)行。

圖3

2.2 運(yùn)用效果比較及存在的問題、建議

2.2.1 運(yùn)行中比較

運(yùn)行中比較，見表2。

表2

說明：某公司燃煤通過蒸汽回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)干燥后的煤，干燥后的煤溫度約60度左右，進(jìn)入煤倉后倉壁溫度初期約55度左右，21煤倉倉壁溫度始終保持在55度左右，說明脈沖防堵裝置起作用，21煤倉內(nèi)煤在流動(dòng)沒有板結(jié)一直處于活化狀態(tài)，其它煤倉倉壁溫度逐漸降低說明倉內(nèi)逐漸板結(jié)增厚。22煤倉與23煤倉由于未安裝脈沖防堵裝置最多運(yùn)行4天需要停運(yùn)制粉系統(tǒng)，拉空煤倉人工清理板結(jié)在煤倉上的煤，否則將發(fā)生上部蓬煤的問題，21煤倉安裝了脈沖裝置后能長周期運(yùn)行，未發(fā)生過一次堵煤。

2.2.2 停磨倉內(nèi)部情況比較

2.2.3 運(yùn)用中存在的問題

21煤倉運(yùn)用中存在脈沖電磁閥漏氣、脈沖模塊不動(dòng)作等問題。21煤倉停用后對存在問題的電磁閥及脈沖模塊進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電磁閥漏氣、脈沖模塊不動(dòng)作的原因是壓縮空氣管路中遺留的焊渣等異物將電磁閥及煤倉模塊卡住導(dǎo)致漏氣、不動(dòng)作問題發(fā)生。將異物清除后電磁閥漏、脈沖模塊運(yùn)行正常。為了防止異物進(jìn)入系統(tǒng)導(dǎo)致電磁閥漏氣、脈沖模塊不動(dòng)作等問題發(fā)生，建議如下：務(wù)必確保系統(tǒng)潔凈，防止雜物將電磁及脈沖模塊卡住漏氣，影響使用效果；母管至模塊的連接管嚴(yán)禁從母管底部接入，需從母管上部接入，防止雜物進(jìn)入模塊；儲氣罐進(jìn)口處建議安裝過濾器；電磁閥膜片為易損件，建議到期進(jìn)行更換，確保脈沖模塊工作正常。

3 結(jié)束語

(1)筆者根據(jù)長期燃用褐煤火力發(fā)電廠的防堵實(shí)踐運(yùn)用總結(jié)，脈沖防堵系統(tǒng)能替代空氣跑、旋轉(zhuǎn)刮刀等防堵技術(shù)全面解決煤倉堵煤問題，確保制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行。

(2)對于新建機(jī)組可以采用雙曲線煤斗加AS脈沖防堵技術(shù)的方案解決煤倉堵煤的問題；對于已經(jīng)投產(chǎn)的機(jī)組可以在現(xiàn)有防堵技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對其現(xiàn)在堵煤特點(diǎn)增加AS脈沖防堵裝置既能徹底解決煤倉堵煤的問題，同時(shí)又能降低改造成本。