火電廠原煤倉堋煤解決方案淺析

張俊鵬

(大唐淮南洛河發電廠,安徽淮南 232000)

火電廠原煤倉堋煤解決方案淺析

張俊鵬

(大唐淮南洛河發電廠,安徽淮南 232000)

針對我廠兩臺600MW火力發電機組中速磨煤機正壓冷一次風直吹式制粉系統,其配套原煤倉因結構不合理、原煤水份大等因素,經常發生原煤倉堋煤導致給煤機斷煤現象,經過調研,找出原因并對原煤倉下部煤斗進行改造,消除了原煤倉堋煤的缺陷。

直吹式制粉系統 原煤倉 堋煤 圓錐式 雙曲線

1 概述

近年來,隨著我國電力技術的迅猛發展,國產600MW及600MW以上火力發電機組已日漸成熟,該容量機組一般均采用正壓直吹式制粉系統,直吹式制粉系統和傳統的中間倉儲式制粉系統相比,系統簡單,沒有細粉分離器、粉倉、可調給粉機等設備；且在貧煤燃燒的著火、穩燃、燃盡方面具有明顯的優勢。然而,一旦發生給煤機斷煤,對機組的安全穩定運行將造成很大的影響。

原煤倉是火力發電廠上煤系統極為重要的構件,對于直吹式制粉系統來說,原煤倉更是起著至關重要的作用。各個火力發電廠原煤倉的形狀基本相同,上部呈方形、圓柱形,下部呈方錐、圓錐及雙曲線形。上口大,下口小,原煤顆粒自上而下靠自重流動。

原煤顆粒在倉中滯流堵塞,已是各個火電廠在運行期間頻繁遇到的問題,尤其在梅雨季節堵塞問題更為嚴重。特別是對于正壓直吹式制粉系統原煤斗發生斷煤、堵煤,造成屏式過熱器壁溫難以控制,經常發生超溫、增加鍋爐穩燃用油、機組降負荷,嚴重時造成鍋爐滅火、機組非停等不安全事件的發生。

2 設備現狀

我廠＃5機組為600MW超臨界機組,于2007年10月正式投產,采用600MW超臨界壓力直流鍋爐,鍋爐制粉系統采用中速磨煤機正壓冷一次風直吹式制粉系統,每臺爐配備6臺北京電力設備總廠生產的ZGM-113N型中速輥式磨煤機,每臺磨煤機配1臺電子稱重式給煤機和1臺鋼結構圓錐式原煤倉,給煤機布置在爐前17．4m的運轉層,原煤倉幾何容積668m3,有效容積568m3,自#5機組投產以來,6臺給煤機均出現頻繁斷煤,原煤倉內大面積堋煤現象,使E、F磨煤機不能正常制粉,嚴重影響機組的安全穩定運行。

3 存在問題分析

3.1 原煤倉結構尺寸設計不盡合理

3.1.1 原煤倉料斗形式

原煤倉料斗常用結構形式有方錐式、圓錐式、雙曲線式等,每種形式各有其特點。

圖 1 改造前原煤倉示意圖

圓錐型原煤倉料斗沿煤的流動方向流通截面積逐漸變小,擠壓力變大,煤粒與倉壁、煤粒之間的摩擦力也越來越大,促使煤沿壁面流動的重力分力則不變,故隨著煤的流動,錐形原煤倉內的等效流動動力越來越小。特別是在煤粒含水量較大、團聚性很強的情況下,煤在倉體內的流動就更加困難,結拱堵塞的幾率就大大增加。方錐式與圓錐式原理基本相同,其斗壁四角附近原煤受“雙面摩擦”和擠壓的作用,易長期粘接在斗壁角落內,在同樣半頂角的情況下,較圓錐式原煤倉更易積煤。

雙曲線型原煤倉料斗隨著煤向出口的流動,斗壁的傾角加大,促使煤沿壁面流動的重力分力逐漸變大,重力對壁面的擠壓力分力逐漸變小,與錐型原煤倉相比,其等效流動動力隨煤的流動下降較慢。從原理上來說,這種形式的原煤倉堵塞幾率相對較小。但在實踐中,當煤的含水量增加到一定值,其堵塞的幾率會迅速增加。

3.1.2 原煤倉尺寸

對于錐形原煤倉,倉壁半頂角越小,越利于煤粒流動。對于雙曲線型原煤倉,截面收縮率越小,越利于煤粒流動。在原煤倉初設的時候,原煤倉的半頂角、面積收縮率是根據設計煤種確定的。在考慮倉體容積和投資的因素外,原煤倉防堵塞的因素也一并考慮。但是,當項目建成投產以后,大部分電廠的煤質根本無法保證,嚴重偏離設計煤種,再加上下雨、下雪、結凍等不可控的環境因素,原來設計不堵煤的煤倉開始頻繁堵煤。

3.2 煤質種類及環境因素

原煤倉內部煤的流動狀態(漏斗流流動、整體流動)不僅決定于原煤倉料斗形式和尺寸,而且更取決于煤質本身。在設計煤種情況下,原煤倉內部煤的流動成整體流流動,但是在煤質發生變化(水分增加、團聚性強)后,原煤倉內部煤的流動就從整體流流動狀態轉變成漏斗流流動。不同的煤種,其團聚性不同,煤團聚性的不同直接影響了原煤倉的堵煤狀況。？煤水分也是影響原煤倉堵煤的一個重要因素。在實際生產中發現,當煤的含水量(外在水分)達到8%時,有些設計不合理的原煤倉就開始出現堵煤；當煤的含水量達到10%時堵煤比較嚴重；當煤的含水量達到12%時堵煤就相當嚴重了,水分增加會增加煤的團聚性。

4 堋煤治理方案論證

圖2 改造后原煤倉示意圖

為解決原煤倉堵煤問題,國內外電力行業在這方面采取了多種輔助措施,如疏松機、空氣炮、原煤倉防堵機等清堵助流裝置的加裝等。

4.1 疏松機

疏松機采用液壓驅動,由液壓油泵、油缸、犁煤器等組成,當原煤倉發生堵塞時,疏松機即啟動運行,在設定好的運行時間內,通過油缸帶動犁煤器完成幾次上下往復運動,犁煤器的上下動作,破壞了煤層和倉壁之間的結合力和煤層的相互棚架作用,從而恢復原煤的重力流動。疏松機犁煤器安裝于原煤倉內部,其工作時從原煤根部進行疏松,解決堵塞徹底,并且疏松面積大,但是當疏松機不工作時容易引起新的堵塞,并且原煤倉內部犁煤器部分易損壞,維修工作量大。我廠在原煤倉設計時即安裝有疏松機,但實際使用中效果較差,相反由于犁煤器掛煤而導致原煤倉發生堵塞。

4.2 空氣炮

空氣炮是利用空氣動力原理,工作介質為壓縮空氣,瞬間將空氣的壓力能轉變成空氣射流動力能,可以產生強大的沖擊力,當原煤倉發生堵塞時,快速打開空氣炮儲氣罐的噴射口,空氣炮儲氣罐內氣體受壓力差的作用,形成高速噴出的強烈氣流,氣流產生的沖擊力作用于煤倉內的原煤上,使粘結、壓實、結拱的原煤產生破裂和位移,從而恢復原煤倉中原煤的重力流動。由于空氣在原煤倉中的噴射是瞬時的,且每次使用氣量有限,不會對原煤倉體結構造成破壞,并且也不會產生火花而導致原煤自燃,安全可靠。然而空氣炮工作面積較小,如果堵塞部位不在空氣炮工作區域內時,仍然達不到疏通效果,有較大的局限性。我廠曾在部分原煤倉上逐層加裝數只空氣炮,但收效甚微。

表1

5 改造具體情況

我廠#5爐E、F原煤倉主要由上部圓柱體、中部圓錐體、給煤機入口閘板門、下部直管段和伸縮節五部分組成,料斗堵煤一般發生在原煤倉出口閘板門上部1～2m范圍內,同時原煤倉內大面積堋煤,形成鼠洞狀,尤其在雨雪、冰凍天氣時,更容易頻繁發生堵煤,一旦發生堵煤,只能采取疏松機、空氣炮、人工開孔進行疏通,然而這幾種方式均未取得很好的效果。結合我廠實際情況及以上存在問題的分析,決定對給煤機上方6．5米左右高度原煤斗進行改造,改造為雙曲線式原煤斗。

5.1 改造原理

雙曲線原煤倉由多節等高或不等高圓臺組合拼接而成,其截面收縮率可以保持不變或者變小,漸縮部分上部筒壁收縮較快,下部筒壁收縮較慢,筒壁非常陡峭,筒壁對原煤向上的支撐作用非常小,煤的流動阻力明顯下降,且上部原煤對下部原煤的壓力作用集中,這樣,整個筒體原煤形成堋煤的可能性大大減小。而圓錐式原煤倉截面收縮率是一樣的,下部尺寸較小部位筒體較雙曲線形筒體陡度減小,對原煤向上的支撐作用顯著增加,使原煤在這個部位很容易形成堋煤。當煤倉高度相同時,采用雙曲線原煤倉的的煤倉避任一點的傾角比圓錐式壁面傾角大,煤向下流動的動力增加,煤的流動阻力減少,從而可以避免或減輕堵煤現象。

5.2 改造實施過程

將原給煤機上方6．5米左右高度原煤倉料斗進行拆除,包括伸縮節、下部直管段、給煤機入口閘板門、部分圓錐體,清空原煤倉內原煤,逐節對雙曲線原煤斗進行焊接,安裝倉壁振打氣錘、雙向電動插板門及不銹鋼伸縮節。根據我廠具體情況,對雙曲線原煤倉進行設計,原煤斗上口直徑D=2500mm,下口直徑d=630mm,高度h=6500mm,截面收縮率根據公式設計范圍為0．29～0．39（圖1、2)。

C＝(2/h)ln［(d+k)/(D+k＇)］

式中: C —— 截面收縮率

h —— 煤斗(圓臺)高度

d —— 下口理論直徑

D —— 上口理論直徑

k,k＇——修正值

6 改造后效果

2012年5月我廠對#5爐E、F原煤倉進行改造,改造為雙曲線原煤倉,并安裝倉壁振打氣錘、雙向電動插板門及不銹鋼伸縮節。表1為原煤倉改造前后同期堵煤次數比較。

改造以后運行至今,E、F原煤倉未再次發生嚴重堋煤現象,給煤機偶爾出現斷煤現象,用倉壁振打氣錘振打即可疏通,保證了E、F磨煤機的出力,確保機組安全穩定運行。

7 結語

近年來,由于煤質種類的不斷變化以及配煤摻燒的實行,我廠#5、#6爐其余幾臺原煤倉均相繼出現了堋煤的現象,有事甚至出現兩臺原煤倉同時斷煤,對機組安全運行帶來嚴重威脅。對原煤倉結構進行改造,可以從根本上解決原煤倉堋煤的問題,而且雙曲線型原煤倉能更好的適應不同煤種,鑒于此,我廠對其余幾臺原煤倉均進行了改造,取得了很好的效果。