煤電廠原煤倉(cāng)防堵煤設(shè)計(jì)研究

王云鶴

（國(guó)能寶清煤電化有限公司）

0 引言

制粉系統(tǒng)在燃煤電廠中一直是極為重要的一環(huán)，制出的煤粉的質(zhì)量直接影響鍋爐的燃燒情況。但是在目前電廠的用煤來(lái)源廣泛、品質(zhì)多變，有些粘度大、水分含量高的煤粉經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致原煤倉(cāng)的物料堵塞。原煤倉(cāng)一旦發(fā)生嚴(yán)重堵塞，會(huì)造成給煤機(jī)斷煤，導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定，極易造成燃燒惡化甚至爐膛熄火等現(xiàn)象。另外，當(dāng)斷煤發(fā)生時(shí)，機(jī)組主汽溫、主汽壓大幅度波動(dòng)，水冷壁汽水分界面不穩(wěn)定，出現(xiàn)傳熱惡化，久而久之將造成水冷壁爆管[1]。本文旨在對(duì)目前常用的防堵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)原煤倉(cāng)進(jìn)行改造。

1 造成原煤倉(cāng)堵煤的常見(jiàn)原因

在燃煤電廠原煤倉(cāng)生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中造成煤倉(cāng)堵塞，進(jìn)而影響到正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的原因多種多樣。具體來(lái)說(shuō)，包含以下幾大類(lèi)別。

1.1 煤質(zhì)成分原因

目前燃煤電廠使用的煤種多樣，各煤種的組成成分也不盡相同。其中，煤種中含的外水分、灰分、顆粒度和黏度直接影響了原煤倉(cāng)的堵煤情況。外水分越大、灰分越大、煤粒越細(xì)時(shí)，煤的團(tuán)聚能力越強(qiáng)，越容易發(fā)生粘結(jié)，原煤倉(cāng)越容易發(fā)生堵塞[2]。黏度越大，煤種的流動(dòng)性越差，在實(shí)際生產(chǎn)中更容易發(fā)生煤的粘結(jié)。與此同時(shí)，當(dāng)前電廠為減少支出常會(huì)購(gòu)買(mǎi)大量劣質(zhì)煤燃燒，甚至進(jìn)行污泥的摻燒，雖然可以提高電廠利潤(rùn)，但是如果處理不當(dāng)，由于原煤的含水量高、灰分大，在運(yùn)行中常會(huì)發(fā)生堵煤的現(xiàn)象，對(duì)安全生產(chǎn)造成威脅。

1.2 天氣影響因素

天氣因素也是煤倉(cāng)堵煤的影響因素之一。如果在夏天下雨過(guò)于頻繁的話，會(huì)使煤種的外水分增加，導(dǎo)致其團(tuán)聚能力增加，容易發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。如果在冬天溫度很低的情況下，原煤會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)低發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，進(jìn)而造成堵塞，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.3 煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

煤質(zhì)成分原因和天氣影響因素屬于客觀因素引起的堵煤?jiǎn)栴}，相對(duì)來(lái)說(shuō)難以處理，但是煤倉(cāng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的堵塞問(wèn)題屬于主觀因素，相對(duì)于前兩者更容易解決。當(dāng)前各大燃煤電廠所使用的原煤倉(cāng)大致表現(xiàn)為錐形、矩形、圓形等幾類(lèi)結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，但都存在不同程度的堵煤?jiǎn)栴}。錐形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是上大下小，在原料煤流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其剛進(jìn)入煤倉(cāng)的時(shí)候空間相對(duì)較大，但隨著流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)地進(jìn)行，后期空間就會(huì)越來(lái)越小，在這個(gè)過(guò)程中，由于原料煤本身就含有一定的水分或團(tuán)聚性，那么在空間較小的情況下，它更容易進(jìn)行凝結(jié)，進(jìn)而造成后期堵塞的問(wèn)題。與此同時(shí)，煤種進(jìn)入煤倉(cāng)時(shí)對(duì)壁面產(chǎn)生壓力并受到壁面的摩擦力作用，煤與煤之間也有摩擦力，靠近煤倉(cāng)內(nèi)壁處壓力最大。煤倉(cāng)內(nèi)的煤在向下流動(dòng)時(shí)，中心處的煤僅受到周?chē)旱哪Σ亮?，流速大，而近壁處的煤還受到壁面的摩擦力因此流速小，二者產(chǎn)生流速差，近壁處的煤很容易停止流動(dòng)，隨著時(shí)間的增加，近壁處的煤堆積的越來(lái)越多最終形成拱從而造成堵煤現(xiàn)象。對(duì)于矩形結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于使用該結(jié)構(gòu)時(shí)煤的流動(dòng)特性不好，原煤之間互相擠壓，容易咬合、板結(jié)，與壁面的多次碰撞更容易造成原煤在壁面的粘結(jié)，從而造成嚴(yán)重的堵煤?jiǎn)栴}。

1.4 電廠運(yùn)行原因

由于目前環(huán)保要求的提高，現(xiàn)在電廠運(yùn)行需要嚴(yán)格控制粉塵的排放，電廠中的給粉系統(tǒng)會(huì)配置噴水裝置，噴水在抑制粉塵的同時(shí)會(huì)使原煤的外水分含量增加，出現(xiàn)堵煤?jiǎn)栴}的概率大大提高。在輸煤系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)如果煤斗中的煤位太低的話，上層壓力不夠，不能克服煤下落的阻力，也會(huì)導(dǎo)致堵煤。此外，原煤斗運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使煤斗內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，內(nèi)壁摩擦系數(shù)增加，也可能導(dǎo)致堵煤[3]。

2 常見(jiàn)原煤倉(cāng)防堵煤技術(shù)

2.1 雙流線設(shè)計(jì)層

原煤倉(cāng)的結(jié)構(gòu)可能會(huì)造成堵煤?jiǎn)栴}，不論是錐形結(jié)構(gòu)還是矩形結(jié)構(gòu)，當(dāng)原煤在其中流動(dòng)的過(guò)程中都會(huì)與壁面碰撞和摩擦從而造成殘留堵塞問(wèn)題。目前針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)原煤倉(cāng)的結(jié)構(gòu)改造成雙流線型可以極大程度上避免堵煤的問(wèn)題。首先，雙曲線煤斗斗壁任意處的傾角都不一樣，隨著原煤的流動(dòng)，雖然煤斗截面積減少，但傾角越來(lái)越大，煤沿斗壁切向重力分力增大，對(duì)壁面的擠壓力減小，因此煤向出口流動(dòng)中所受的阻力變化不大，流動(dòng)過(guò)程均勻進(jìn)行，減少原煤在流動(dòng)過(guò)程中的損失。除此之外，借助雙曲線的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步擴(kuò)大了原煤倉(cāng)內(nèi)部的空間，這一方式的優(yōu)點(diǎn)主要就是體現(xiàn)在對(duì)原煤倉(cāng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理。但是，在實(shí)踐中，當(dāng)煤的含水量增加到一定值，其堵塞的概率會(huì)迅速增加，不能徹底解決原煤倉(cāng)堵塞的問(wèn)題。原煤倉(cāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 原煤倉(cāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.2 空氣炮設(shè)備

空氣炮是目前大多數(shù)電廠使用較多的防堵煤設(shè)備，其主要部件包括儲(chǔ)氣罐、電磁速關(guān)閥及控制系統(tǒng)等。空氣炮的工作原理是在儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存一定壓力的壓縮空氣，在需要使用時(shí)開(kāi)啟電磁速關(guān)閥，壓縮空氣瞬間釋放膨脹做功的能量沖擊原煤倉(cāng)中堵塞的部位，使原煤重新恢復(fù)流動(dòng)。但是空氣炮裝置也有局限性，其對(duì)安裝位置的要求較為嚴(yán)格，需要安裝在易搭橋的位置，但是在實(shí)際運(yùn)行中任何地方都有可能搭橋，但是沒(méi)安裝空氣炮的地方無(wú)法破拱，同時(shí)空氣炮設(shè)備只能針對(duì)原煤倉(cāng)內(nèi)部已經(jīng)凝結(jié)的原料煤產(chǎn)生作用，而對(duì)于那些凝結(jié)在原煤倉(cāng)內(nèi)壁上的部分無(wú)法進(jìn)行有效疏散。

2.3 脈沖清堵裝置

脈沖清堵裝置是清堵效果較好的清堵技術(shù)，其工作原理是在原煤倉(cāng)壁上安裝脈沖模塊，其中儲(chǔ)存壓縮空氣，通過(guò)脈沖系統(tǒng)設(shè)定脈沖間隔，每間隔所設(shè)定的時(shí)間，脈沖模塊會(huì)將壓縮空氣釋放形成強(qiáng)力的輻射脈沖，可以大范圍的使粘結(jié)的原煤恢復(fù)流動(dòng)，具有非常好的清堵效果。但是該設(shè)備也具有一定的局限性，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)需要保證管道內(nèi)沒(méi)有堅(jiān)硬的雜物，否則會(huì)造成脈沖模塊的損壞，并且該裝置需要根據(jù)每個(gè)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)置脈沖頻率，如果頻率設(shè)置不合理會(huì)影響其清堵效果。

2.4 液壓疏松機(jī)

液壓疏松機(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(cāng)倉(cāng)壁上，刮板緊貼在原煤倉(cāng)內(nèi)壁上，疏松機(jī)工作時(shí)首先由煤倉(cāng)壁面上的熱工原件檢測(cè)結(jié)倉(cāng)情況，一旦發(fā)生結(jié)倉(cāng)情況，疏松機(jī)收到信號(hào)由液壓油缸拖動(dòng)刮板上下往復(fù)刮動(dòng)煤倉(cāng)內(nèi)壁，破壞煤與壁面之間的粘結(jié)，使壁面上的堆積區(qū)與滯留區(qū)塌陷，重新形成煤流，達(dá)到疏通堵煤的目的[4]。其最大的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為日常運(yùn)行過(guò)程中平穩(wěn)性能較強(qiáng)，產(chǎn)生這一效果的原因主要還是其液壓傳動(dòng)的機(jī)制較為穩(wěn)定。但與此同時(shí)，使其刮板非常容易造成堵塞，同時(shí)運(yùn)行電耗大，且液壓油缸容易漏油。

2.5 倉(cāng)壁振動(dòng)機(jī)

倉(cāng)壁振動(dòng)機(jī)運(yùn)行的原理是振動(dòng)電機(jī)在原料倉(cāng)內(nèi)部進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生作用在原料倉(cāng)內(nèi)部原料煤和四壁的高頻率振動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中可以幫助有關(guān)的殘留煤質(zhì)進(jìn)行疏散，同時(shí)還可以進(jìn)一步打散目前傳送過(guò)程中存在凝結(jié)問(wèn)題的煤塊，從而保證原料煤可以順暢地在原煤倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行排入排出。其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為工作原理簡(jiǎn)單，適用面廣。但是缺點(diǎn)表現(xiàn)為耗電量大，同時(shí)在振動(dòng)的過(guò)程中，如果振動(dòng)的頻率無(wú)法有效把握，還有可能進(jìn)一步影響到正常的原料煤排出過(guò)程。此外，對(duì)安裝位置要求較高，若安裝位置不合適可能會(huì)導(dǎo)致堵煤更夯實(shí)并且若電機(jī)振動(dòng)幅度過(guò)大甚至可能會(huì)使得原煤倉(cāng)內(nèi)壁破損。

2.6 旋轉(zhuǎn)式清堵機(jī)

旋轉(zhuǎn)式清堵機(jī)是當(dāng)前清除原料煤倉(cāng)堵塞問(wèn)題的先進(jìn)性技術(shù)之一。其工作原理是清堵機(jī)與原料倉(cāng)形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)、清堵刀在原料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行快速重復(fù)的高速旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)整個(gè)原煤倉(cāng)，破壞原煤和內(nèi)壁之間的粘結(jié)力，使粘結(jié)的原煤從內(nèi)壁脫落，同時(shí)將起到疏松原煤的作用，使原煤流動(dòng)更通暢。旋轉(zhuǎn)式清堵機(jī)目前根據(jù)其旋轉(zhuǎn)方式不同，又可以進(jìn)一步細(xì)分為倉(cāng)轉(zhuǎn)式、刀轉(zhuǎn)式等多種不同的類(lèi)型，不論哪種類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)式清堵機(jī)在清理堵塞效率方面都具有較強(qiáng)的功效，并且防堵刀兩端固定，布局合理，結(jié)構(gòu)尺寸不需要太大，更換時(shí)無(wú)需進(jìn)入煤倉(cāng)，清堵面積大。但是它所存在的問(wèn)題表現(xiàn)在能耗高，刮刀長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)容易磨損和故障。

2.7 建設(shè)干煤棚等設(shè)施

除了上文所提到的多種設(shè)備，為了能夠有效避免原煤倉(cāng)內(nèi)堵煤?jiǎn)栴}，還可以通過(guò)部分人工作用來(lái)有效避免該問(wèn)題的發(fā)生。原煤的外水分和黏性較高是造成原料煤堵塞的重要原因，因此可以建設(shè)干煤棚等設(shè)施對(duì)原料煤進(jìn)行前期的合理堆放和干燥處理，通過(guò)風(fēng)干減少一定的水分。除此之外，還可以通過(guò)進(jìn)一步減少除塵設(shè)備水蒸氣噴灑量等方面來(lái)達(dá)到水分控制的效果。

3 原煤倉(cāng)改造設(shè)計(jì)方案

3.1 問(wèn)題描述

某電廠原煤倉(cāng)為上寬下窄方形煤倉(cāng)并配有下部雙旋轉(zhuǎn)刮刀清堵裝置，如圖2 所示。但是在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，由于原煤倉(cāng)采用方形偏心式設(shè)計(jì)，導(dǎo)致上部斜面處存在蓬煤、粘煤情況。由于原有防堵裝置無(wú)法清除原煤倉(cāng)8m 以上距離，造成原煤堵塞情況越來(lái)越嚴(yán)重，影響電廠的正常運(yùn)行。

圖2 原煤倉(cāng)現(xiàn)清堵裝置圖

3.2 改造方案

為徹底解決原煤倉(cāng)8m 以上部分粘煤、蓬煤的問(wèn)題，在原煤倉(cāng)8m 以上位置加裝脈沖清堵裝置，讓其在設(shè)定頻率下運(yùn)行，沖擊煤倉(cāng)高處粘結(jié)煤，形成一層緊貼倉(cāng)壁的空氣鏟，破壞濕煤掛壁。首先沿煤倉(cāng)鋪設(shè)環(huán)形壓縮空氣管路，第一層8m，第二層9m，第三層10m，第四層11m。管路采用全氬焊接，確保焊接質(zhì)量合格，無(wú)漏氣情況，沿環(huán)形壓縮空氣管道支撐架鋪設(shè)電纜橋架，距離≥30mm，橋架間連接使用專用連片蓋板使用鉆尾釘固定。在此之后需要安裝脈沖噴嘴，在倉(cāng)壁開(kāi)孔，尺寸為φ56，將底座滿焊至倉(cāng)壁，噴嘴旋入倉(cāng)內(nèi)，尺寸為3mm。連接電磁脈沖閥及管路，需要確保連接管長(zhǎng)度不超過(guò)1000mm，中間無(wú)接頭、死彎情況，通氣后無(wú)漏氣情況。最后安裝控制柜并接線，控制柜要求安裝穩(wěn)固、無(wú)晃動(dòng)，按圖紙要求接線，號(hào)頭清晰。在脈沖清堵裝置安裝結(jié)束后進(jìn)行調(diào)試，最終調(diào)試脈沖寬度為400ms，脈沖間隔為3s，周期時(shí)間為214.2s，循環(huán)間隔為1h。設(shè)備調(diào)試成功后對(duì)運(yùn)行、檢修人員進(jìn)行交底、培訓(xùn)并將改造后的原煤倉(cāng)投入使用。

3.3 改造效果

在原煤倉(cāng)8m 以上安裝了脈沖清堵裝置，投入后完成了168h 試運(yùn)，有效解決了堵煤?jiǎn)栴}，運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

在燃煤電廠正常運(yùn)作的過(guò)程中，原料煤堵塞是務(wù)必要解決的問(wèn)題。電廠方面需要做到人工預(yù)防和機(jī)械設(shè)備相互結(jié)合，采用最適合的清堵裝置并且予以高度重視，進(jìn)行科學(xué)管控，才能有效徹底地解決該問(wèn)題，以免其影響到燃煤電廠正常的生產(chǎn)供應(yīng)環(huán)節(jié)。