常压粉煤灰储仓下料问题解决方法的探索

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(安徽科达洁能股份有限公司，马鞍山 安徽 243041)

流化床气化炉作为燃气领域主要的气化技术，已经得到广泛的推广和应用，由于其特有的流场及燃烧状态，使得带出物多、带出物固定碳含量较高[1，2]。不论是从环保角度，还是节能角度考虑，合理地利用此部分粉煤灰，已经成为流化床气化技术不可回避的问题。

粉煤灰具有固定碳含量高、挥发分低、含水量低、堆密度小、粒径小的特点。目前，粉煤灰的常用处理方式为送入电厂锅炉燃烧，造粒后再进行利用。上述粉煤灰的利用，无法绕开一个环节，即粉煤灰的储存和供料。由粉煤灰的特性决定，其存储于储仓中，经常出现间歇性无法下料、下料不均等问题，对后续用粉设备的稳定运行带来较大影响，故而合理的粉煤灰储仓设计已经成为粉煤灰利用系统运行稳定的先决条件。

料仓作为粉料的储存设备，被广泛地运用于水泥、石灰、碳素行业[3，4]，料仓间歇性无法下料、不均匀下料直接导致后续系统无法运行，其中，灰仓锥部及下灰口的设计则是解决上述问题的关键。本文将以一个300m3常压粉煤灰储仓为例，进行分析、研究，比较了两种灰仓下料口的设计，以便为粉煤灰类似物料的设计提供相关依据。

1 物料特性

粉料在储仓中的存储、下料情况与物料本身的特性有较大关系，下文中所说常压粉煤灰储仓存储的介质特性为粉煤灰堆密度约300～400kg/m3，真密度约1 500kg/m3，可见粉煤灰自然堆积状态下，比较松散，依靠重力下落并不容易，同时其含水量仅为2%，干燥的粉煤灰储存过程中不易因潮湿而板结。另外，飞灰堆积角小于30°，可见其流动性较好。

2 常压粉煤灰储仓原设计情况及运行问题

常压粉煤灰储仓其锥部侧壁设置1个DN250卸灰口(B1)，卸灰口下设置1台低压连续输送泵，将粉煤灰送入锅炉进行二次利用，现由于B1下灰口无法连续、均匀的下灰，导致粉煤灰间断的被输送至锅炉，且波动较大，从而严重影响了锅炉的稳定运行。常压粉煤灰储仓B1改造前后结构见图1。

图1 常压粉煤灰储仓B1改造前后结构

由于常压粉煤灰储仓并未安装称重装置，并且不断有物料送入储仓，故而其下料量无法进行精确计量，研究中只能利用气固两相流的固气比与输送压力的线性关系进行定性分析[5，6]，即通过低压连续输送泵的输送压力波动情况定性来判断灰仓是否下料、下料是否稳定。

首先，测定并记录B1下灰口下的连续输送泵没有输送粉煤灰时低压连续输送泵的输送压力，记录时间2h，其输送压力随时间变化的情况见图2。可见输送压力比较稳定，维持在18.5～20kPa(g)的范围内波动，波动幅度仅为1.5kPa，分析认为，这种小幅的压力波动主要来自于锅炉运行压力的波动和输送风机自身的波动，可以认为若低压连续输送泵输送压力降低至20kPa或更低时，则没有粉煤灰通过低压连续输送泵进行输送。

图2 改造前低压连续输送泵的输送压力曲线

其次，在未进行灰仓优化改造的前提下，将低压连续输送泵进行带料运行，并记录了2h内低压连续输送泵的输送压力变化情况，优化前压力曲线见图2。可以明显看出压力曲线存在多个波峰波谷，其中10～15min、45～60min、85～100min三个时间段的输送压力约为19kPa，可见在这三个时间段内，并无粉煤灰通过低压连续输送泵进行输送，常压粉煤灰储仓在此时间段出现不下料的情况，而在20～40 min、65～80min、105～120min三个时间段内，虽然输送压力均高于30kPa，处于带料运行状态，但输送压力存在明显的波动，最大波动达到10kPa (30～40kPa)，显然粉煤灰的输送量也存在波动，即常压粉煤灰储仓下料速度存在较大波动。

综上所述，通过低压连续输送泵的输送压力曲线可看出，常压粉煤灰储仓存在间歇性不下料(此情况与现场巡检人员反馈的下料管中时常没有物料的情况吻合)和下料不均匀的问题。上述的情况，反映到锅炉运行上，导致锅炉烟气温度波动偏大，锅炉尾气中飞灰含碳量升高，对装置的安全性、节能性危害极大。

3 常压粉仓原问题分析及改造方案

常压粉煤灰储仓B1下料口存在间歇性不下料和下料不均的情况，究其原因有二：其一，侧部泄灰口与垂直方向夹角约为45°，使得粉煤灰的重力在垂直于管口壁面方向上形成一个较大的分力，增加了粉煤灰在卸料口处的摩擦力，不利于粉煤灰的流动，增加了飞灰架桥的概率，常压粉仓锥部侧面泄灰口口径较小，成为粉煤灰架桥的另一个不可缺少的条件[7]；其二，常压粉煤灰储仓下灰口未设置任何防止架桥的设施，一旦出现架桥，又没有有效的破桥途径，会导致下灰口停止下料[7]。

结合上述问题的原因及现场条件，现给出如下改造方案(见图1)。首先，将侧部的卸灰管(侧管)改为侧锥，锥角(与垂直方向夹角)小于30°，此设计可以明显减小重力在壁面垂直方向上的分力，降低粉煤灰与壁面的摩擦力，并且增大了仓壁处下灰口的口径，使粉煤灰更容易向下流动，增加粉煤灰流动的连续性，并最终降低粉煤灰架桥的概率。然后，在侧锥上增设空气炮，并设计定时喷吹控制程序，在粉煤灰架桥时能够通过空气喷吹的方式进行破拱，从而进一步降低灰仓架桥的风险。

改造完成后，检测和记录了低压连续输送泵2h内带料输送的输送压力变化情况，优化后压力曲线见图2。压力曲线显示改造后低压连续输送泵能够在36～40kPa(g)压力下比较稳定的运行，波动幅度仅为4kPa，可见改造已经彻底解决了粉煤灰储仓间歇性不下料的问题，但压力波动值略高于空载时的压力波动(1.5kPa)，明显低于改造前的压力波动(10kPa)，可以初步判断，改造后常压粉煤灰储仓下料不均匀性得到明显改善。

4 结语

由于常压粉煤灰储仓结构设计不合理，增加了粉煤灰与下灰口的摩擦，阻碍了粉煤灰的流动，增加了粉煤灰架桥的概率，同时储仓未能设置合理的破坏粉料架桥的设施，导致常压粉煤灰储仓存在间歇性不下料、下料不均的问题。研究中通过将侧管改为侧锥的方式，优化了粉煤灰在下料口处的受力情况，减小了壁面摩擦，从而降低了粉煤灰架桥的概率，增加了下料的均匀性，并通过增加空气炮的方式，及时破拱，避免常压粉煤灰储仓架桥不下料的情况，简而言之，改造工作不仅仅在结构上减少了粉煤灰架桥的概率，同时在架桥时也能够及时破拱，保证常压粉煤灰储仓的连续下料。但值得注意的是，改造后下料的均匀性虽得到了改善，但对下料均匀性要求比较高的系统，还需要通过其他设计方可达到。同时，研究中充分利用项目现场的条件，创造性地利用低压连续输送泵输送压力与输送固气比的线性关系，通过输送压力定性反映粉煤灰下灰量的波动情况，定性反映了常压粉仓改造前后方案优劣，此研究方法也是本项研究的创新所在。但由于低压连续输送泵的输送压力变化受锅炉的运行压力波动、风机压力波动影响，此法无法定量反映采用侧锥与卸灰管结构在下料稳定性上的优势。