锅炉煤仓堵煤的原因及改造

关鑫源

0　概述

火力发电厂煤仓的堵煤现象，是影响机组负荷和威胁安全运行的主要原因之一。当多个煤仓的出煤口被堵塞时，将造成多台给煤机断煤，会使机组被迫大幅度甩负荷，严重影响机组运行。给煤机断煤后，将使炉膛内的燃烧极不稳定，在这样的燃烧工况下，将使锅炉的热负荷下降。为了确保锅炉运行、炉膛内不灭火，将被迫投油助燃，造成大量的燃油消耗。若投油不及时，还将造成锅炉灭火使机组非停。另外，当给煤机断煤后，引起主蒸汽温度和压力的大幅波动，水冷壁汽水分界面不稳定，传热状态受到影响，久而久之造成水冷壁爆管［1-2］。因此，化解煤仓出煤口的堵煤现象，对于保障机组的安全运行，有着重要的意义。

1　设备布置

某型机组的锅炉，是燃煤超临界660 MW锅炉，为一次中间再热、超临界压力变压运行，采用不带再循环泵的大气扩容式启动系统的直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π型布置。采用中速磨直吹式制粉系统，每台锅炉配6台磨煤机，5运1备，煤粉细度R90为18%。每台磨煤机配1台称重式计量给煤机，在给煤过程中，可准确地进行称重计算。而且，根据锅炉燃烧控制系统的要求，能自动调节给煤量，使实际给煤量和锅炉的负荷相匹配。每台机组共有6个煤仓，煤仓高为18 m、进口直径为 9.01 m，出口直径为 0.9 m，半顶角为24°，截面收缩率为0.11%，煤仓的容量为729 t。原煤仓的设计技术条件为:煤粒粒度≤35 mm，堆积密度为1.0 t/m3，动安息角为 40°，全水分为15%。原煤由双输送皮带被送至犁煤器后，再通过4个入口进入煤仓。煤仓具有储煤和供煤的作用。

2　煤仓的运行

2.1　煤质及掺烧煤泥

自机组投产后，燃煤的煤灰熔点＜1200℃，硫分＞1.4%。这种燃煤成分，对于锅炉结焦与烟气脱硫设备的运行压力较大。由于缺少灰熔点与全硫指标俱佳的稳定煤源，为了均衡和提高发电效益，只能最大程度地掺烧煤泥，发挥其改善锅炉结焦、降低硫分含量及降低标煤单价的综合优势。为此，逐步启动并规范了煤泥的收耗存管理。通过摸索，煤泥的月平均利用率为15%～20%，短期最大利用率曾达到35%～40%。

2.2　煤仓堵煤现状

掺混煤泥后，频繁发生了煤仓的棚煤现象，使给煤机断煤、甚至煤仓板结后被堵死，造成了磨煤机运行时的异常振动，增加了设备故障发生率，提高了发电成本。究其原因，是掺烧煤泥后，煤泥的水分为17%～20%，燃煤的湿度和黏度增大，加之煤仓下部为锥形形状，沿着煤流动方向的流通截面积逐渐变小，挤压力增大，煤粒与仓壁、煤粒之间的摩擦力也越来越大，但煤沿壁面流动的重力分力不变。故随着煤的流动，锥形煤斗内的等效流动动力越来越小。当煤粒含水量较大时，煤的团聚性更强，煤在仓体内的流动就愈加困难，结拱堵塞的几率大大增加。根据现场运行情况，发生堵煤的主要部位，是在最小截面积插板门以上1.5 m的范围，90%的堵煤现象发生在该部位。通常情况下，在上部形成堵煤，是由于下部堵塞造成的。下部堵煤后，整个仓体内部原煤的流动状态就发生了变化。原是整体流动的煤流，逐渐变为在中心区域的层流状态。中心层流形成后，煤在整个仓壁上形成黏结，仓容积严重变小，堵塞现象将更加严重。在煤仓下料仓段内，更易形成堵煤。所以，为了机组的安全运行，必须采取有效的措施，解决煤仓的堵煤现象。

3　加装空气炮

3.1　空气炮的工作原理

空气炮的工作介质为压缩空气，主要部件包括储气罐、电磁速关阀及控制系统等。当电磁速关阀快速打开时，气体便自动进入炮体。堵煤后，按下起动按钮，给换向阀一个脉冲电信号或气信号，储气罐内的压缩空气在压差的作用下，形成高速喷出的强烈气流，高动能的空气直接冲击仓内的堵塞部位，使煤粒重新在重力作用下流动起来。空气炮内气体被释放后，将自动进行充气，随时可完成第二个工作循环［3-5］。释放空气炮的操作程序，应为先放下层炮，后放上层炮，更易使原煤顺利排出。

3.2　空气炮的安装与控制

经过调研发现，90%以上的原煤仓堵塞都发生在下部原煤仓出口以上1～2 m的范围内［6］。所以，在煤仓的锥斗部位，安装8只空气炮。在直段部位，安装4只空气炮。空气炮的安装部位，如图1所示。安装时，仓内喷射接管应向下布置，排气管与水平线夹角不得小于10°。安装气动控制系统时，炮体与气动控制阀之间的距离，不得超过15 m。需过滤和干燥压缩空气，且最大工作压力不得超过0.8 MPa，最小工作压力不得低于0.4 MPa。电磁快速排气阀的交流额定电压为220 V、消耗功率为15 W。空气炮的操作，由自动控制仪进行控制。煤仓空气炮的电气控制图，如图2所示。也可对空气炮进行手动操作，在换向阀上，设有手动把手及电气控制按钮。

图1　煤仓壁上的空气炮位置

图2　原煤仓空气炮控制原理图

3.3　空气炮的防堵效果

在运行中，发现空气炮需位于结拱位置，才能发挥防堵作用。若空气炮处于结拱位置的上方，反而使煤越振越密实。由于煤仓结拱和堵塞位置的不确定性，且不同燃煤品种具有不同的黏性，堵煤的位置更是在不断地变化。因此，破堵的效果并不理想，当煤的水分含量过大时，破堵的效果更差。

4　加装清堵机

为解决加装空气炮后仍存在的堵煤现象，决定对煤仓进行整体优化设计。分析了煤仓结构后，较佳的解决方案，是在煤仓内加装旋转清堵机。

4.1　旋转清堵机的工作原理

旋转清堵机由圆柱形过渡筒、上部固定筒、旋转筒体、下固定筒、清堵刮刀、减速机、传动大齿轮、插棍阀以及驱动电机组成。减速机的功率为5.5 kW，减速比为 396.9，旋转体的转速为 0.7 r/min，仓体的壁厚为12 mm，清堵高度为2 050 mm，清堵面积为7.95 m2。仓体采用机械迷宫和接触式的密封形式，可有效防止漏粉现象。

清堵机旋转仓段处于整个煤仓的易堵段，是煤仓堵煤的关键部位。在旋转仓段内，安装了42CrMo材质的不锈钢清堵刮刀组件。清堵刮刀的两端被固定在上下固定仓段上。当旋转仓转动时，布置在旋转仓内壁固定不动的清堵刮刀，在煤与旋转仓壁之间形成一个全面积的分离区，使煤在仓壁上无法形成结拱，堵塞现象就不会出现，实现了清堵的目的。

4.2　加装旋转清堵机及改造方案

煤仓的堵煤现象，主要发生在4个区域内。这些区域分别位于煤仓上部、煤仓下部、以及给煤机入口闸板处和煤闸板下部的直管段。根据煤仓结构，采取了扩大原煤仓出口尺寸、安装旋转清堵机、将插板门更换为不锈钢插棍阀、将给煤机入口煤闸板下移等措施。

原煤仓改造前的结构，如图3所示。在给煤机入口平面标高向上4 606 mm(仓筒内径1 512 mm)处划线，割去给煤机入口平面标高150 mm至划线标高4 606 mm之间煤仓下部的易堵段仓体、插板阀与630直管，将割口打磨光滑。起吊旋转清堵机至已割去的煤仓易堵段位置，让煤仓仓体的下口，插入清堵装置斗体，插入深度为25 mm。对位准确后，焊接圆柱形过渡筒上口与煤仓的连接处，过渡筒下口与旋转清堵机上部采用高强度法兰连接。旋转清堵机的下口与给煤机的进口焊接在一起。煤仓加装了旋转清堵机后的结构，如图4所示。

图3　原煤仓改造前的结构

图4　煤仓改造后的结构

在机组调停期间，对13号、14号、15号、23号、24号、25号给煤机的煤仓，均安装了旋转清堵机。自清堵机投运后，基本上解决了煤仓因掺烧煤泥而造成的堵煤现象。旋转清堵机的电气控制图，如图5所示。

4.3　旋转清堵机的运行方式

依据运行状况，在不同的季节，应选择不同的运行方式。特别是机组负荷变化和夏季运行时，采用不同的运行方式，可降低厂用电的能耗。

图5　旋转清堵机电路控制图

(1)在5～10月的夏秋季节里，煤泥的湿度较小，适用节能的运行模式。当给煤机断煤后，清堵装置和空气炮均会自行启动。清堵装置运行180 s后，自动停止。因清堵装置与给煤机的启动与运行，均已连锁。此功能，由系统控制中的DCS逻辑自动实现。

(2)在冬季，清堵装置的启动，也受给煤机断煤信号的控制。同时，还增加了人工定时的操作。即设定清堵装置每小时启动1次，每次运行20 min。清堵机的定时运行，避免了较长时段内煤泥形成板结后，使清堵装置难以清理等现象。

4.4　改造后的效果分析

在煤仓改造前，因掺烧煤泥的水分较大，情况最严重时，2台机组每日的断煤次数，达106次。煤仓的清理周期，不超过7天。断煤后，因磨煤机内存煤减少，煤层厚度降低，虽然及时降低了加载压力及抬升磨辊，但仍导致磨煤机的剧烈振动。堵煤严重时，空气炮投入失效，只能停运制粉系统，采用人工清理和疏通。

改造后，以24号煤仓为例，加装了旋转清堵装置，累计运行8天，共发生煤仓堵煤、断煤23次，旋转清堵装置发挥了有效的作用，运行时的正确率达到100%，断煤后，利用旋转清堵装置，及时疏通下煤22次，有效疏通率达到95.7%。

当煤泥的掺烧比为30%时，断煤次数约2～3次/周。将煤泥掺烧比提高至40%后，当日就发生5次断煤现象，次日也发生了5次断煤现象。断煤次数明显增多，但旋转清堵机均能正常启动。在不需要投入空气炮的情况下，能够在短时间内恢复下煤。将煤泥掺烧比提高至50%后，当日断煤3次，旋转清堵机的启动正常，但没有正常下煤，就地投入空气炮后，下煤恢复正常。次日断煤增加为8次，但每次均能正常疏通。

可见，在现有煤仓与煤泥水分的条件下，掺烧煤泥的比例不宜超过30%。当掺烧比为40%～50%，煤仓的堵煤次数将成倍增加。只有在旋转清堵装置和空气炮的作用下，还需配以定期清空煤仓，才能确保短期内的清堵下煤。

5　结语

通过分析，加装空气炮和旋转清堵机后，运行时应注意几方面的操作原则，才能有效避免煤仓的堵煤现象，确保机组的稳定运行。

(1)采用旋转清堵机和空气炮相结合的运行方式时，应按照先投运旋转清堵机，然后再投空气炮的原则。

(2)在不同季节，因煤质水分的变化，制订不同季节内旋转清堵机的运行方式。

(3)需根据机组的运行情况，确定合理的掺烧比例。

参考文献:

［1］骆大华，王翔.300 MW锅炉原煤仓堵煤原因分析及改造［J］.贵州电力技术，2011(10):45-47.

［2］贾源.锅炉原煤仓堵煤原因分析及应对措施［J］.华电技术，2010，32(S1):9-11.

［3］朱斌，于宏英.火电厂原煤仓堵煤治理［J］.河南电力.2010(2):62-64.

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［5］王晓琴，曹春娟，王昆鹏.空气炮在焦炉煤仓的应用［J］.中北大学学报，2011，32(6):693-696.

［6］杨洋.电厂锅炉原煤仓堵塞原因分析及治堵措施［J］.电力安全技术，2012，14(4):13-15 .