循环流化床锅炉给煤系统堵塞解决方案

陈玉国

（东糖集团热电厂，广东 东莞 523243）

近年来，随着电力工业产业结构的调整，我国循环流化床锅炉（CFBB）技术得到了迅速发展，装机容量和数量均已跃居世界第一。而循环流化床锅炉给煤系统易堵塞问题一直困扰着业界，尤其在我国的华东华南地区，每年的雨季来临时，不少装设循环流化床锅炉机组的火电厂均深受其害。原煤的水分增大时其黏性增大，造成锅炉频繁断煤，轻则使得机组运行参数不稳定，增加运行操作难度，严重时直接导致锅炉灭火停炉，从而产生不可估量的损失。因此，该问题日益得到广泛的重视。

1 给煤系统堵塞的原因分析

循环流化床锅炉给煤系统传统组成一般分为原煤仓、给煤机、落煤管三个部分，其中原煤仓从垂直断面上来看，一般有梯型、圆锥型、双曲线型三种；给煤机一般均为全封闭型式，有螺旋式、埋刮板式、耐压称重皮带式三种；落煤管一般均由竖段和斜段两段组成，其横段面有方型和圆形两种。不考虑机械本身的故障，该系统最易发生堵塞的部位有两处：一处是原煤仓喂入给煤机部位堵塞，使得煤仓的煤流不能正常落入给煤机；另一处是给煤机出口至锅炉炉膛落煤管这一段堵塞，使得给煤机的煤流不能正常落入炉膛。两处堵塞的原因不一样，后果却是一样的，下面逐一分析：

1.1 原煤仓→给煤机堵塞

原煤仓内的原煤为何不能顺利流入给煤机，如图一所示，我们先宏观分析煤仓与给煤机接口锥段内煤团的受力情况。该区域煤团受到煤仓上方原煤向下的压力F1，炉内密相区正压由落煤管和给煤机传递上来的反托力F2，煤仓前后壁面的法向反力N，煤仓壁面的磨擦力f，以及该煤团本身的重力G。在这几个力中，有利于该煤团向下流动的是F1和G，阻力是f、F2和N。显然，当上下两个方向的力达到平衡时，原煤的自发流动就停止了，堵塞发生。再如图二所示，我们对该区域煤团内部进行微观分析，由于该区域煤团受到来自上方数十乃至数百吨原煤的巨大压力，同时来自煤仓壁面的法向反力也十分巨大，在这三个向心力的作用下，该区域煤团被挤压得十分密实（如果原煤水分较大，那么原煤中含有的黏土灰分将起到黏合剂的作用，会使该煤团更加紧固），这样，该区域煤团不再是松散的集合体，而是形成了一种类似拱桥的结构，由于拱结构对于均匀压力非常耐压，所以当该区域煤团形成足够强度的拱结构之后，堵塞情况便随即产生。

图2

1.2 给煤机→炉膛堵塞

给煤机出口的煤流不能顺利进入炉膛，主要是在落煤管的竖段与斜段交接处易发生堵塞。该处发生堵塞的原因主要是下面几条：

A、给煤机出口下来的煤流，偏离了落煤管竖段的中心线，使得下落的煤流与竖管壁面多次碰撞损失了动能，在竖管底部交接处逐渐沉积下来造成堵塞；

B、落煤管竖段与斜段交接处结构设计不合理，有易积煤的死角；

C、防堵风、播煤风配风不合理，对自由下落的煤流形成阻力，易造成堵塞；

D、落煤管截面通流面积不足，瞬时煤流量增大时形成拥挤堵塞；

E、原煤水分大，黏性大，落入落煤管竖段底部即刻黏住造成堵塞。

2 给煤系统堵塞的解决方案

2.1 传统解决堵塞的方法

针对“原煤仓→给煤机堵塞“问题，传统的解决方法有：设巨型干煤棚，延长原煤的干燥时间，或强令原煤供应渠道，保障原煤含水率小于一般设计要求的6.5%以下；在煤仓壁面加装不锈钢或其它耐磨光滑的衬板，减小原煤与仓壁的磨擦阻力；将原煤仓下段设计制作成近似双曲线形；煤仓上安装振动器、疏松机、空气炮，试图减少堵塞的发生；易堵塞部位开捅煤口，堵塞时人工用大锤敲、钢钎捅；原煤水分太大时掺入干灰或炉渣以降低含水率。

以上方法中第一条最根本有效，但其不利方面显而易见：投资大、占地大、转运费用大，且遇到较长雨季时难以保证原煤含水率达标。其余方案都只是有一定效果，只是缓解而不能从根本上彻底解决堵塞问题，应用不当甚至起反作用。

2.2 解决堵塞的系统方案

2.2.1 减小仓壁磨擦力f和法向反力N

由1.1节的分析可知，解决“原煤仓→给煤机堵塞”问题的关键，是要尽量减小或消除影响原煤自然流动的阻力f、N、F2和避免煤团起拱。从公式f=μN（μ为仓壁磨擦系数）可以看出，减小磨擦力f的方法之一是仓壁衬以光滑耐磨材料从而减小μ；另一个方法是减小法向反力N，而这可以通过提高煤仓壁的斜度来实现。可以设想，当煤仓壁面与水平面垂直时，法向反力N将趋于零，所以f也将同时趋于零。但是受到煤仓容积不能太小以及给煤机进料口不可能太大的限制，仓壁无法实现四壁垂直，为此，可以将流动阻力最大的前仓壁设为垂直面。

2.2.2 避免煤团起拱搭桥

从力学的角度来看，要避免煤团起拱就是如何有效破坏拱结构。拱结构有这样一些特性：必须有两个支点；跨度越大越易破坏；越压越牢固（在一定受力范围内）。根据这些特性可知，破坏拱结构有三个方法：至少消除一个支点，增大拱跨度和消除拱的内力。从这三点出发，同时考虑减小f、N，可以采取以大煤仓+渐扩管+缓冲斗的分体结构代替传统的一个整煤仓结构。其中，大煤仓与缓冲斗前壁面保持垂直，可以在减小f、N的同时消除拱的一个支点。大煤仓的出口截面较大，增大了拱的跨度。渐扩管的作用是释放煤团所受的挤压力，达到自动疏松的效果。缓冲斗与渐扩管之间断开，以达到充分释放煤团挤压内力的目的，从根本上消除煤团起拱的因素。

2.2.3 消除给煤机内正压及改变给煤机型式

绝大部分循环流化床锅炉的给煤点位于炉膛密相区，该区域处于正压状态。由于落煤管将炉膛与给煤机连通起来，所以炉内的正压高温烟气会传导到给煤机内。这一问题的传统解决方案是将给煤机制作成全封闭且能承受一定压力的型式。

2.2.4 提高落煤管通流截面及煤流动能

解决落煤管堵塞的要点在于要提高煤流的动能和尽量避免煤流动能的衰减。这可以从足够的通流截面、合理的吹堵风布置来考虑。其中，吹堵风的射流型式对防止湿煤黏住落煤管底板有重要作用，宜采用大长径比的渐缩喷嘴来提高气流刚性和流速，另外，实验表明，采用成排小喷嘴比单一的大喷嘴效果要好。最后，吹堵风的温度也是一个造成堵塞的重要因素，热风会将粘附于管壁的湿煤中水分烘干使之硬化，形成坚固的堵塞块，很难清理。所以除了落煤管末端的播煤风可以采用热风以外，其余吹堵风均应采用冷风。

3 结束语

循环流化床锅炉给煤系统易堵塞是一个看起来简单平常，实际上却有着复杂的内在机理的问题。解决这一问题是一项系统工程，必须全面考虑从煤仓到炉膛的每一个环节。自2004年以来，根据前述解决方案，我们相继对多家兄弟单位的 35 t/h、90t/h、130t/h、220t/h、410t/h等多台循环流化床锅炉的给煤系统进行了改造。从改造前后对比来看，效果非常显著，原煤全水分10%以下可以畅通无阻。由此可见，只要科学合理设计，采取措施得当，该问题是完全可以解决的。

[1]岑可法等.循环流化床锅炉理论、设计与运行[M].北京：中国电力出版社，1997.

[2]陈玉国.循环流化床锅炉防烟气反窜防堵型给煤装置[P].

[3]林介团.输煤系统堵塞原因分析及对策[J].广东电力，2008，21（6）：55-57.