300 MW CFB 锅炉燃用高水分洗混煤堵煤对策

江广旭，贺翠连，吴晓武

（1.赵楼综合利用电厂，山东 郓城 274705；2.山东电力研究院，山东 济南 250003）

1 锅炉概况

某电厂为典型的煤电一体化坑口电厂，一期为1×300 MW 循环流化床机组，设计燃烧煤种全部为煤矿洗煤厂洗选出的煤泥、矸石、洗混煤，水分12%～14%。洗煤厂的洗混煤和煤泥通过输煤皮带送入电厂，煤泥通过专用煤泥泵送系统进入炉后中部26 000 mm 处给料口入炉膛燃烧。

锅炉为单炉膛、单布风板300 MW 第二代循环流化床锅炉。炉膛宽、深分别为28 275 mm、8 439 mm；锅炉采用前墙给煤后墙排渣方式，给煤系统采用水冷壁前墙8 点分布式布置，沿炉宽均匀分布，保证给煤均匀；锅炉采用皮带一级给煤，给煤机平台标高24 000 mm，给煤口中心标高11 000 mm。输煤系统是用来把破碎合格的煤输送到炉前煤斗，煤斗里的煤通过称重皮带计量式给煤机，输送至炉前落煤管，经播煤风送入炉内。锅炉内物料的循环是依靠送风机和引风机提供的动能来流化和推动燃烧。从一次风机出来的空气分成3 路送入炉膛： 第1 路，经空气预热器加热后的热一次风从两侧进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽后使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流；第2 路，热一次风经给煤增压风机后，用于炉前气力播煤；第3 路，一部分未经空预器加热的冷一次风作为给煤皮带的密封用风。

2 给煤系统在运行中存在的问题

锅炉在试运阶段就开始出现不同程度的堵煤、断煤。开始8 号给煤管路堵煤严重，组织人员进行疏通，处理过程中又接连出现1 号落煤管堵煤、7 号落煤管堵煤，为了保证机组正常运行，组织20 多人敲击和疏通处理，最终因1 号、7 号、8 号落煤管堵煤严重、给煤口烧红，锅炉严重偏烧，只能维持在较低负荷下运行。在疏通堵煤过程中8 号炉前落煤管道膨胀节烧坏，串烟冒火，无法隔离，不得不停机处理。

停炉检查发现8 个给煤口有7 个变形严重，通流面积不到设计值的一半，须检修更换。检查处理炉前落煤管堵煤严重部位： 一是给煤机出口垂直段落煤管天方地圆收口处；二是锅炉厂设计炉前落煤管垂直与倾斜段交叉煤流变转向处；三是炉内给煤口铸件，见图1。

图1 给煤系统的烧坏变形位置

3 原因分析

3.1 煤质

电厂设计煤种为煤泥、煤矸石、洗中煤、天然焦、原煤等，因天然焦储存条件无规律、开采巷道成型和顶板支护困难且成本高，难以利用；现燃烧煤种为煤矿洗煤厂的洗混煤、煤泥和矸石，洗混煤水分12%～14%。自电厂调试以来，由于洗混煤含粗煤泥、持水性强，极易吸附给煤管、溜槽等造成堵煤停炉，严重影响正常生产，洗混煤水分大，炉前落煤管道堵煤严重，给煤口、播煤风、落煤管道出现不同程度的烧坏。

3.2 给煤口开口位置

给煤口开口中心线距布风板1.0 m，除去布风板浇注料厚度0.15 m，实际给煤口中心线距布风板为0.85 m。由于燃用低热值燃料，满负荷时每台给煤机均超过30 t／h，一旦断煤，给煤自动会增加同侧其他给煤量。单个给煤口煤量超负荷运转，造成煤流量大。而给煤口在背压较高的密相区，单位面积上的堆积煤流过大，流化效果变差，导致给煤口区域流化扩散效果差，连续煤流加重了给煤口的流化载荷，使得该区域流化减弱，出现播撒缓慢、流化不良等，造成给煤口积煤蒸馏，出现煤焦油等干馏结焦。停炉后发现给煤口附着焦块。给煤口扩散性能差，播撒阻力大，也是造成堵煤原因之一。

3.3 给煤口几何形状

给煤口末端长为1 220 mm，垂直高度为141 mm，钢性差，易变形。给煤口位于炉膛密相区的复杂环境，冷热交替频繁，严重的变形后影响风、煤的分布，播煤效果变坏，容易导致堵煤［1］。

3.4 播煤风量

播煤风主要功能在溜煤槽底部形成气垫，提高气流喷速，达到播煤的目的。设计原则上播煤风量不低于总风量的8%，而实际上播煤风量不到总风量的6%。风量小、风速低，播煤风动量不足，难以达到将煤颗粒抛开并抛洒均匀的目的。在给煤量不均严重时，给煤量较大的给煤管因阻力大，播煤风会明显小于其他各管。较低的播煤风动量加剧了堵煤的发生。炉膛两侧的给煤管线是最容易发生堵煤的位置，这也说明了播煤风对堵煤问题的影响。

4 主要改造方案

4.1 防烧坏耐磨型浇筑一体化给煤口

给煤口变形严重，经调研多家同类机组电厂，给煤口均出现不同程度的烧坏变形。主要处理方案为增加给煤口铸件的壁厚，由原来的20 mm 增加至40 mm，但仍然存在变形问题。组织浇注料厂家、锅炉厂充分论证，采用浇注料浇筑型给煤口代替耐热铸钢件给煤口，提高给煤口耐高温等级［2］。割除给煤口铸件变形部分约300 mm，利用耐热钢筋、龟甲网做成一个给煤口框架，用锆铬刚玉可塑料进行浇筑，和水冷壁形成一体，密封盒内一半使用可塑料，一半使用保温浇注料进行密封浇筑。防烧坏耐磨型浇筑一体化给煤口如图2 所示。

图2 给煤口优化

通过反复试验，耐磨可塑料耐高温达到1 700 ℃不会变形烧坏，而给煤口使用耐高温的稀土合金铸件，最高运行温度1 200 ℃，给煤口一旦堵煤，会出现堵煤在给煤口内燃烧，其温度达到了1 400 ℃，超过了给煤口铸件钢板的极限温度，每次停炉发现给煤口都均有不同程度的变形和烧熔现象。经过试验摸索，割除变形烧坏的给煤口钢板，采用耐高温耐磨可塑料进行修补，基本解决了堵煤烧坏给煤口的问题，最终形成浇筑一体化的耐高温耐磨可塑料给煤口方案，如图3 所示。

4.2 加大给煤口的几何高度

结合国内外的工程实例，给煤口的开口高度不应固化不变，而应根据燃烧煤种来定。不完全统计（FW、ALSTOM、上海锅炉厂、哈锅厂炉型）给煤口一般设计在距布风板1.5～2.5 m［3］。经验表明：当设计煤种为挥发分高且发热量低的煤种时，特别是高水分和粘结性强的燃料，可以考虑提高给煤口设计位置。原因是挥发分高燃烧较快，而发热量低，单位面积上的给煤量会增加，适当提高给煤口高度，减少给煤口扩散背压，提高入炉煤的射流质量。经讨论决定提高给煤口设计位置，由原设计距布风板1.0 m 提高至距布风板1.87 m 处。

图3 浇筑一体化给煤口

实践证明，300 MW 循环流化床锅炉设计床压为7.9 kPa，正常运行料层差压约为6～8 kPa，物料浓度衰减区域密相区约3 m 以内，对于给煤口的设计高度应综合考虑给煤点投料位置和煤流进入炉膛后的扩散效果，防止出现给煤口播撒阻力增加，扩散效果差。

4.3 增设空气炮

在给煤管线上容易发生堵煤的位置增加空气炮设置。

在锅炉每个落煤管49°的弯度斜角处加装2 台KQP-B-300L 空气炮，共计16 台。每台空气炮可实现程控、手动两种控制方式。空气炮布置方案如图4所示。

图4 落煤管底部堵煤处增加空气炮

正常运行时监视播煤风、密封风量。一旦发现密封风压升高，超过7 kPa，判定落煤管内的积煤已经很多。立即停止该给煤机进行观察，停运5 min 利用高温播煤风进行干燥后，再进行空气炮疏打。空气炮使用方法：先打下部离炉膛最近的空气炮，5 min 后，再打上面空气炮。严禁同时进行疏打，防止煤量集中下落，导致堵煤。

4.4 播煤风改造

增加底部播煤风强度和播煤风量［4］，由原来单排播煤风孔改为双排播煤风孔，提高播煤动量。播煤风管径由原直径219 mm 改为直径329 mm 管径，提高风量，如图5 所示。

4.5 增加炉前落煤管道吹堵装置

定期进行吹堵疏通，一旦堵煤，可进行压缩空气吹扫疏通或人工疏通，提高煤流的输送能力，如图6所示。

图5 改造后的双排播煤风孔

图6 炉前落煤管道增加吹扫输送装置

4.6 煤斗破拱技术及大口径落料口

煤斗采用破拱技术及宽口径落煤口防堵技术，使煤斗出口尺寸足够大（2 000 mm×900 mm）。大开口矩形破拱煤斗，能避免煤向下流动过程的“瓶颈”现象。该尺寸的大小还与给煤机有关，如果给煤机允许的入口能够做地更大，将对解决堵煤问题有更大的帮助［5］。

针对煤仓堵煤等问题，除增大了落煤口的面积外，还采用双电动插板门的扩口防止堵煤破拱技术，给煤机接口为2 500 mm×800 mm 的落煤口。

5 运行效果

防烧坏耐磨型浇筑一体化给煤口方案实施已经运行4 年，再没有出现给煤口烧坏的问题，彻底解决了因堵煤烧坏给煤口难题，减少了锅炉给煤口频繁检修工程量，提升了锅炉运行周期。

给煤口高度提升后，入炉煤流扩散效果明显改善，没有出现给煤口下方结焦问题。

增设空气炮后，定期投用能有效预防堵煤。但是一旦煤的水分增加到一定程度，仅靠空气炮很难疏通堵塞的给煤管，有时还需要人工进行清理。

定期进行吹堵可有效疏通或降低给煤管线的堵塞风险。同空气炮一样存在一定的局限，煤的水分过高时，吹堵能力有限，有时还需要人工进行清理。

优化设计采用大口径的落料口、煤斗破拱技术等措施，经过几年来的投运经验，几乎没有发生过堵煤问题，实践证明了优化技术改造的可行性。

6 结语

经验表明，只要降低入炉煤的水分低于8%以下，几乎不会出现堵煤。洗混煤水分为12%～14%且含有煤泥，不易分离，黏性较大，流动性差。高挥发分煤在炉膛高温物料的卷吸下挥发分吸出，伴随着煤焦油的吸出，增加了煤的黏性，导致给煤口出现干馏焦，在给煤口区域呈现干馏结焦状态，形成挂焦后，阻碍了煤流正常进入炉膛。因此煤的水分及着火性能决定是否发生堵煤和炉膛给煤口下方区域结焦问题的关键因素。根据自身运行条件实施一系列的技改后，很好克服了炉膛结焦和给煤管线堵煤的问题，大大提高了运行的可靠性。

根据技术改造前后的运行经验，提出建议如下：1）通过配煤，降低入炉煤的水分有效地解决了炉前落煤管堵煤问题；2）设计方面，根据煤种的含水量，来设计播煤风，增加播煤风压头、风量，提高播煤风动量，增加携带煤流能力，也是缓解堵煤的主要方法；3）给煤口设计为浇筑一体化模式，给煤口和水冷壁一起进行整体浇筑，彻底决给煤口变形烧坏问题；4）根据入炉煤为烟煤特性，挥发分较高，提高给煤口的高度，由原来距布风板1.0 m，提高至1.87 m，减少给煤量带来的堆积密度，提高扩散速度，避免干馏焦或流化不良结焦的危险；5）设计上应考虑炉前落煤管道按照一定的间距留有捅煤孔，设置捅煤通道，以便堵煤时进行疏通；同时增加落煤管空气炮，提升防止落煤管堵煤的措施。