循环流化床锅炉炉前给煤系统清堵措施分析

李 鹏

(江苏华美热电有限公司，江苏 徐州 221141)

0 引言

燃煤成本约占火力发电成本的70%，降低煤炭采购价格是国内火力发电企业控制发电成本的重要手段。面对低价战略，煤炭供应商往往采用多种手段降低煤质，以提高利润。虽然电厂采用机械采样加人工采样的手段，但对入场煤质量的控制往往不理想，含水量过大、颗粒度过细、粘土等杂物多等影响煤炭品质的因素仍无法避免。为了解决上述因素造成的煤仓频繁堵煤、蓬煤等问题，输煤系统普遍加装中心给料装置。此举虽能有效解决上述问题，但炉前给煤系统却成为新的堵煤区域。特别是夏冬2季，某电厂2台350MWCFB(CirculatingFluidizedBed，循环流化床锅炉)机组，经常出现数条给煤线同时堵煤的现象，严重时每班需处理2—3条给煤线堵煤，或给煤斜管金属过热变形甚至烧穿的故障，造成机组无法满负荷运行。另外，随着机组容量增大，循环流化床锅炉的炉膛长宽比加大，炉前给煤均匀性对床温的影响变大，给煤量偏差大，容易造成局部床温降低、流化异常、结焦，降低了机组高负荷运行能力，并且对炉内受热面的使用寿命造成巨大影响。

国内电厂处理炉前堵煤的方法比较单一，一般采用人工定期敲打的方式，利用落煤管的原有捅煤孔进行处理。但此方法危险性大、效果较差，往往无法彻底解决堵煤问题，只能通过停运某条给煤线的方式降负荷运行，当多条给煤线同时出现堵煤时，就会被迫选择停炉处理。为了解决炉前给煤系统的在线清堵问题，某电厂对处理堵煤的经验进行了总结，提出了安全、有效的清堵方案，实施后取得很好的效果，可作为同行处理此类问题的参考。

1 常见的堵煤形式

炉前给煤系统由煤仓缓冲锥、曲柄输送机、中间料位控制仓、称重给煤机、带加热夹层的给煤斜管等设备构件组成(见图1)。煤料首先进入煤仓，由缓冲锥底部的曲柄输送机刮送至下部的中间控制仓，再由中间控制仓下部的称重给煤机输送至炉前给煤斜管，进入炉膛。

按照落煤管的截面形状，循环流化床炉前给煤系统可分为2类：方形落煤系统和圆形落煤系统。这2类系统堵煤的形式基本相同，相对于方形系统，圆形落煤系统堵煤的几率虽低一些，但当煤炭含水量过大、颗粒过细、粘土等成分达到一定比例时，也会发生较为频繁的堵煤故障。根据经验，按照堵煤的初始部位分类，常见的堵煤形式有2种：给煤喷口处堵煤和给煤拐点处堵煤。

1.1 给煤喷口处堵煤

此处堵煤一般发生在给煤机煤量突然增加时，其原因主要有2种：一是邻近的A给煤机断煤，B给煤机煤量自动迅速加大；二是称重机构过于靠前，给煤机自身入煤口处断煤，皮带转速突然增高，将皮带上的存煤快速卸入喷口。当发生喷口堵煤时，若运行人员判断不及时，极容易造成整个炉前落煤系统堵煤，甚至造成皮带给煤机机体内塞满煤，造成检修工作量巨大。

图1 炉前给煤系统示意

1.2 给煤拐点处堵煤

由于煤炭中的水分过大，粘土、细颗粒过多，造成煤炭成团地从落煤立管抛落。巨大的反冲力将煤团拍成煤饼贴附在靶面上，形成粘附煤团，后续的落煤被其捕捉，煤堆不断升高下滑，形成较长的堵煤层，并最终将拐点堵塞，造成落煤管局部堵煤。

2 堵煤燃烧的机理分析

炉前给煤系统堵煤的最大危险点在于积煤着火。着火会导致管道金属超温、变形、烧损，影响设备使用寿命，并对锅炉运行造成威胁，严重时可致使机组非计划停运。因此，处理堵煤须遵循“先防火后清堵”的原则。

炉前落煤采用一次热风作为播煤风，其温度在270℃左右，压力高于落煤喷口处压力。正常工况下，炉内热烟气无法反窜至落煤管，但是当落煤管局部积煤造成给煤通道狭窄、热量的输入大于输出时，随着一次热风对煤层不断加热，煤层温度不断升高，化学反应速度加快，最终造成着火。

粉末状的煤属于固体燃料，它的燃烧为异相化学反应。根据研究，褐煤的着火温度为200—350℃，高挥发分烟煤的着火温度为200—400℃，低挥发分烟煤的着火温度为300—500℃，无烟煤的着火温度最高，为600—700℃。因二次热风温度超过除无烟煤和低挥发分烟煤以外的其他煤种的最低点燃温度，因此落煤管内积煤被点燃的可能性较大，特别是落煤斜管被全部堵塞时，积煤局部形成绝热环境，时间较长后极易着火。

3 防止堵煤燃烧的因素分析

燃料空气混合物的热着火温度与其成分有关，研究表明：当混合物中的燃料比例过少或者过多时，燃料的反应速度很低，热着火困难，着火温度很高，如图2所示。图2中α为空气系数，是空气与燃料之比。

图2 着火温度与混合物成分的关系

图2中的曲线是在一定的散热条件、压力下对某种燃料画出的。散热沿着箭头方向增加时，曲线上移，着火温度提高。当可燃混合物中的燃料浓度过小(α>>1)或者过大(α<<1)时，不易产生着火。

基于上述热着火的反应机理分析，防止落煤斜管积煤热着火的途径为：充分降低或增加可燃物的浓度；降低反应温度。降低可燃物浓度的手段是清理局部积煤，疏通播煤风进入炉膛的路径，将可燃物携带至炉内，从而降低炉前给煤系统烟风介质的可燃物浓度。增加可燃物浓度的手段是封闭，关闭给煤机出口插板门，关闭播煤风风门，使炉前给煤系统处于封闭状态，提高烟风介质中的可燃物浓度，提高热着火的温度。使用压缩空气、轴流风机吹风等对积煤进行降温处理，可以降低反应温度。

4 炉前给煤系统清堵方案

堵煤形式不同，清堵的要点也不同。给煤喷口处堵煤的清堵要点是：封闭、停风、放煤、疏通。给煤拐点处堵煤的清堵要点是：停风、疏通。下面以方形落煤系统为例，详述清堵步骤。

4.1 给煤喷口处堵煤的清堵方案

给煤喷口处堵煤往往从给煤喷口到给煤机出口段都有积煤，且喷口处有大量的煤堆积，并且在炉膛内高温烟气的加热及点燃作用下，处于熔融状态，粘附在喷口壁面，较难清理。具体清理步骤如下。

(1)封闭。为了避免清煤时间过长引起积煤燃烧，首先对落煤管内积煤进行封闭，降低烟气中的可燃物比例。具体做法是关闭给煤机出口插板门，在插板门上部采用炉渣进行封闭，并开启密封风，风门尽量开大。

(2)关闭播煤风。由于给煤喷口处已被堵塞，播煤风进入炉膛的通路被切断，无法携带可燃物进入炉膛。相反，温度较高的播煤风却对积煤产生加热作用，当积煤的温度达到热着火温度时会导致局部起火。另外，一小部分播煤风沿着积煤空隙下行，到达给煤喷口附近，为已被点燃的积煤提供氧气，会导致积煤向上继续燃烧。随着燃烧的深入，煤层产生空隙并逐步坍塌，上部积煤在播煤风的作用下塌落，为濒临燃尽的煤层提供燃料。因此堵煤发生时，首先要实施封闭，停止播煤风并检查各风门的实际开度，减少漏风。落煤管积煤着火演示如图3所示。

图3 落煤管着火演示

(3)放煤。一般采取2段式放煤，分别在落煤斜管上部第2，3播煤风上部管段侧面开孔，加装耐热快关门。当发生堵煤时，先放空落煤立管中的煤，再打开第2层播煤风上部放煤孔，利用专用工具快速疏通内部积煤，并将放煤孔以上的积煤全部放出。放煤时注意观察放煤口的烟气反窜情况，并对放煤口下部区域进行定点测温，注意温度变化。若温度升高较快，或者是烟气反窜量较大，则关闭放煤孔，待温度降低后继续放煤。上层积煤放空后，打开下部放煤孔进行放煤。放煤人员要穿防火服，并准备好冷却设备。一般采用吹扫降温法，气源引自厂用压缩空气系统。根据超温点情况(落煤斜管壁温300℃以上)，搭设多根降温用压缩空气吹扫管。特别是放煤后期，由于烟气通路贯通，会导致下部积煤引燃，造成落煤斜管管壁温度陡然升高，并变红甚至变形，此时需要将冷却用压缩空气管固定到燃烧位置进行定点降温。

管内积煤燃烧时，应控制管壁温度不升高，以利于清理内部积煤。当2个放煤孔上部的积煤全部清空后，进行下一步疏通作业。

(4)疏通。疏通的要点是清理干净堵塞在给煤口最外沿的煤焦。这部分煤焦形成时间较长，主要是因为下煤量较大时，风帽底部局部流化不均，部分煤颗粒被加热到一定温度(一般为350—450℃)时，产生大量气液固3相混合的胶质体，与煤粒、灰粒互相黏结后，粘附在给煤口下部的浇注料台上。随着温度升高，煤灰颗粒达到熔融及软化状态，经过一系列过程，最终形成较为坚硬的煤焦块。这样的煤焦块随着入炉煤的冲击以及密相区床料的横向冲刷，不断的断裂、剥离。若燃用含煤泥量较大的入炉煤时，大块煤泥容易粘附在焦块上，导致给煤口堵煤。因此，需要彻底清理给煤口处挂壁上的煤焦，才能防止给煤口上部的煤炭滑落形成新的堵煤点，避免清堵工作反复、设备烧损。

4.2 给煤拐点处堵煤的清堵方案

给煤拐点处堵煤不同于给煤喷口处堵煤，两者的主要区别在于积煤的位置及形成过程不同。给煤拐点处堵煤是因为入炉煤从直管段穿出后，直接粘附在斜段的靶面位置，并随着煤的不断冲击，积煤面向下延伸。当粘附煤的数量多于滑落煤的数量时，靶面的煤层不断加厚，并将立管与斜管结合部堵死，无法正常下煤。这种形式的堵煤没有对给煤喷口产生影响，若处理及时也不会形成较大的燃烧面，因此处理难度相对于喷口处堵煤要低一些。

发生拐点处堵煤时要及时停运给煤机。一般可以从密封风压力的变化预判是否堵煤，密封风的正常工作压力在3.0kPa左右，若压力不正常升高到5.0kPa，并有持续上升的趋势，可判断为给煤拐点处堵煤。此时应及时停运给煤机，并增大密封风流量，通知检修人员处理。具体处理步骤如下。

(1)关闭播煤风。与给煤喷口处堵煤处理方案停运播煤风的目的相同，利用密封风对煤层进行冷却。密封风取自一次冷风，温度接近环境温度，并且可将积煤形成的可燃物带入炉膛，从而抑制积煤燃烧。

(2)疏通。给煤拐点堵煤面一般位于第2层、第3层播煤风之间，呈坡状，上部厚下部薄，如图4所示。疏通顺序遵循从下到上的原则，逐段敲击疏通。疏通过程中，当煤炭较湿敲击效果不明显时，可适当开播煤风干燥，并观察内部燃烧情况。当温度超过300℃时，应及时关闭播煤风，并继续敲击疏通。注意密封风压力变化，当密封口压力恢复正常时，可打开播煤风，正常投运给煤机，少量给入，并对拐点部位定期敲打，直到恢复正常煤量后可判断为疏通工作完成。

图4 落煤管积煤厚度指示线

5 炉前给煤系统清堵效果

通过在落煤斜管上新增若干快开门，并加装压缩空气防窜火装置;现场准备不锈钢捅煤管、压缩空气管、防火服等工具及防护用品，发生堵煤后，按照上述方案进行处理，处理时间大大降低，由原来的3个班次处理一条堵煤线减少为每4h即可处理一条堵煤线。为了在发生堵煤事件时及时预警，在给煤机密封风支管上加装了压力测量装置，运行人员可根据压力的突然变化情况以及落煤管温度变化，进行预判断，为检修人员处理堵煤赢得了宝贵的时间。

6 结论

总结了对循环流化床炉前给煤系统堵煤的常见形式，分析了落煤管积煤着火的影响因素，按照“先防火后清堵”的原则，根据堵煤形式的不同，提出了相应的清堵方案，可实现在线、安全、快速的解决炉前堵煤问题，为循环流化床锅炉的稳定燃烧、高负荷率提供了保障。

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