循環流化床鍋爐給煤系統堵塞解決方案

陳玉國

（東糖集團熱電廠，廣東 東莞 523243）

近年來，隨著電力工業產業結構的調整，我國循環流化床鍋爐（CFBB）技術得到了迅速發展，裝機容量和數量均已躍居世界第一。而循環流化床鍋爐給煤系統易堵塞問題一直困擾著業界，尤其在我國的華東華南地區，每年的雨季來臨時，不少裝設循環流化床鍋爐機組的火電廠均深受其害。原煤的水分增大時其黏性增大，造成鍋爐頻繁斷煤，輕則使得機組運行參數不穩定，增加運行操作難度，嚴重時直接導致鍋爐滅火停爐，從而產生不可估量的損失。因此，該問題日益得到廣泛的重視。

1 給煤系統堵塞的原因分析

循環流化床鍋爐給煤系統傳統組成一般分為原煤倉、給煤機、落煤管三個部分，其中原煤倉從垂直斷面上來看，一般有梯型、圓錐型、雙曲線型三種；給煤機一般均為全封閉型式，有螺旋式、埋刮板式、耐壓稱重皮帶式三種；落煤管一般均由豎段和斜段兩段組成，其橫段面有方型和圓形兩種。不考慮機械本身的故障，該系統最易發生堵塞的部位有兩處：一處是原煤倉喂入給煤機部位堵塞，使得煤倉的煤流不能正常落入給煤機；另一處是給煤機出口至鍋爐爐膛落煤管這一段堵塞，使得給煤機的煤流不能正常落入爐膛。兩處堵塞的原因不一樣，后果卻是一樣的，下面逐一分析：

1.1 原煤倉→給煤機堵塞

原煤倉內的原煤為何不能順利流入給煤機，如圖一所示，我們先宏觀分析煤倉與給煤機接口錐段內煤團的受力情況。該區域煤團受到煤倉上方原煤向下的壓力F1，爐內密相區正壓由落煤管和給煤機傳遞上來的反托力F2，煤倉前后壁面的法向反力N，煤倉壁面的磨擦力f，以及該煤團本身的重力G。在這幾個力中，有利于該煤團向下流動的是F1和G，阻力是f、F2和N。顯然，當上下兩個方向的力達到平衡時，原煤的自發流動就停止了，堵塞發生。再如圖二所示，我們對該區域煤團內部進行微觀分析，由于該區域煤團受到來自上方數十乃至數百噸原煤的巨大壓力，同時來自煤倉壁面的法向反力也十分巨大，在這三個向心力的作用下，該區域煤團被擠壓得十分密實（如果原煤水分較大，那么原煤中含有的黏土灰分將起到黏合劑的作用，會使該煤團更加緊固），這樣，該區域煤團不再是松散的集合體，而是形成了一種類似拱橋的結構，由于拱結構對于均勻壓力非常耐壓，所以當該區域煤團形成足夠強度的拱結構之后，堵塞情況便隨即產生。

圖2

1.2 給煤機→爐膛堵塞

給煤機出口的煤流不能順利進入爐膛，主要是在落煤管的豎段與斜段交接處易發生堵塞。該處發生堵塞的原因主要是下面幾條：

A、給煤機出口下來的煤流，偏離了落煤管豎段的中心線，使得下落的煤流與豎管壁面多次碰撞損失了動能，在豎管底部交接處逐漸沉積下來造成堵塞；

B、落煤管豎段與斜段交接處結構設計不合理，有易積煤的死角；

C、防堵風、播煤風配風不合理，對自由下落的煤流形成阻力，易造成堵塞；

D、落煤管截面通流面積不足，瞬時煤流量增大時形成擁擠堵塞；

E、原煤水分大，黏性大，落入落煤管豎段底部即刻黏住造成堵塞。

2 給煤系統堵塞的解決方案

2.1 傳統解決堵塞的方法

針對“原煤倉→給煤機堵塞“問題，傳統的解決方法有：設巨型干煤棚，延長原煤的干燥時間，或強令原煤供應渠道，保障原煤含水率小于一般設計要求的6.5%以下；在煤倉壁面加裝不銹鋼或其它耐磨光滑的襯板，減小原煤與倉壁的磨擦阻力；將原煤倉下段設計制作成近似雙曲線形；煤倉上安裝振動器、疏松機、空氣炮，試圖減少堵塞的發生；易堵塞部位開捅煤口，堵塞時人工用大錘敲、鋼釬捅；原煤水分太大時摻入干灰或爐渣以降低含水率。

以上方法中第一條最根本有效，但其不利方面顯而易見：投資大、占地大、轉運費用大，且遇到較長雨季時難以保證原煤含水率達標。其余方案都只是有一定效果，只是緩解而不能從根本上徹底解決堵塞問題，應用不當甚至起反作用。

2.2 解決堵塞的系統方案

2.2.1 減小倉壁磨擦力f和法向反力N

由1.1節的分析可知，解決“原煤倉→給煤機堵塞”問題的關鍵，是要盡量減小或消除影響原煤自然流動的阻力f、N、F2和避免煤團起拱。從公式f=μN（μ為倉壁磨擦系數）可以看出，減小磨擦力f的方法之一是倉壁襯以光滑耐磨材料從而減小μ；另一個方法是減小法向反力N，而這可以通過提高煤倉壁的斜度來實現。可以設想，當煤倉壁面與水平面垂直時，法向反力N將趨于零，所以f也將同時趨于零。但是受到煤倉容積不能太小以及給煤機進料口不可能太大的限制，倉壁無法實現四壁垂直，為此，可以將流動阻力最大的前倉壁設為垂直面。

2.2.2 避免煤團起拱搭橋

從力學的角度來看，要避免煤團起拱就是如何有效破壞拱結構。拱結構有這樣一些特性：必須有兩個支點；跨度越大越易破壞；越壓越牢固（在一定受力范圍內）。根據這些特性可知，破壞拱結構有三個方法：至少消除一個支點，增大拱跨度和消除拱的內力。從這三點出發，同時考慮減小f、N，可以采取以大煤倉+漸擴管+緩沖斗的分體結構代替傳統的一個整煤倉結構。其中，大煤倉與緩沖斗前壁面保持垂直，可以在減小f、N的同時消除拱的一個支點。大煤倉的出口截面較大，增大了拱的跨度。漸擴管的作用是釋放煤團所受的擠壓力，達到自動疏松的效果。緩沖斗與漸擴管之間斷開，以達到充分釋放煤團擠壓內力的目的，從根本上消除煤團起拱的因素。

2.2.3 消除給煤機內正壓及改變給煤機型式

絕大部分循環流化床鍋爐的給煤點位于爐膛密相區，該區域處于正壓狀態。由于落煤管將爐膛與給煤機連通起來，所以爐內的正壓高溫煙氣會傳導到給煤機內。這一問題的傳統解決方案是將給煤機制作成全封閉且能承受一定壓力的型式。

2.2.4 提高落煤管通流截面及煤流動能

解決落煤管堵塞的要點在于要提高煤流的動能和盡量避免煤流動能的衰減。這可以從足夠的通流截面、合理的吹堵風布置來考慮。其中，吹堵風的射流型式對防止濕煤黏住落煤管底板有重要作用，宜采用大長徑比的漸縮噴嘴來提高氣流剛性和流速，另外，實驗表明，采用成排小噴嘴比單一的大噴嘴效果要好。最后，吹堵風的溫度也是一個造成堵塞的重要因素，熱風會將粘附于管壁的濕煤中水分烘干使之硬化，形成堅固的堵塞塊，很難清理。所以除了落煤管末端的播煤風可以采用熱風以外，其余吹堵風均應采用冷風。

3 結束語

循環流化床鍋爐給煤系統易堵塞是一個看起來簡單平常，實際上卻有著復雜的內在機理的問題。解決這一問題是一項系統工程，必須全面考慮從煤倉到爐膛的每一個環節。自2004年以來，根據前述解決方案，我們相繼對多家兄弟單位的 35 t/h、90t/h、130t/h、220t/h、410t/h等多臺循環流化床鍋爐的給煤系統進行了改造。從改造前后對比來看，效果非常顯著，原煤全水分10%以下可以暢通無阻。由此可見，只要科學合理設計，采取措施得當，該問題是完全可以解決的。

[1]岑可法等.循環流化床鍋爐理論、設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2]陳玉國.循環流化床鍋爐防煙氣反竄防堵型給煤裝置[P].

[3]林介團.輸煤系統堵塞原因分析及對策[J].廣東電力，2008，21（6）：55-57.