一種寬范圍靈活性調(diào)整的給煤機壓縮空氣活化防堵裝置的研發(fā)與應用

石思峰 馮仁海 張興龍 蔣尚君 張博凱

（華電國際電力股份有限公司十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊277100）

1 課題背景

隨著電力體制改革的不斷深入，山東區(qū)域火力發(fā)電廠發(fā)電形勢日益嚴峻，企業(yè)利潤被極大壓縮，為確保企業(yè)年度目標任務的完成，增加經(jīng)濟煤摻燒降低燃料成本已成為必要的手段。但由于經(jīng)濟煤較設(shè)計煤質(zhì)明顯濕黏、顆粒度小、分散度差等因素極易產(chǎn)生附著貼壁，在給煤機入口插板門的上下部位置頻繁出現(xiàn)給煤機斷煤異常，嚴重影響設(shè)備的正常運行。十電2×660MW 燃煤抽凝供熱機組鍋爐型號為DG2002/29.3-II13 型，為東方鍋爐廠的高效超超臨界變壓運行直流爐，配置直吹式制粉系統(tǒng)，原煤倉一旦發(fā)生堵塞，機組就要被迫降負荷，或者出現(xiàn)鍋爐燃燒不穩(wěn)定而造成大量投油，嚴重時會造成鍋爐滅火、機組非計劃停運等。[1]

2 設(shè)備運行現(xiàn)狀

為了解給煤機斷煤情況，并定量確認斷煤對機組產(chǎn)生的不利影響，統(tǒng)計2019 年3 月份十電#8、9 機組給煤機運行情況及斷煤導致的燃油消耗及電量損失。

圖1 2019 年3 月斷煤次數(shù)及累計時長統(tǒng)計圖

圖2 2019 年3 月累計影響負荷及累計耗油量統(tǒng)計圖

根據(jù)以上圖表，僅2019 年3 月由于經(jīng)濟煤摻燒導致的給煤機累計斷煤時長為33.8 小時，造成機組電量損失1005MW，燃油消耗13 噸。

3 給煤機防堵的現(xiàn)有措施及效果

據(jù)調(diào)查，目前全國煤電系統(tǒng)原煤倉防堵的方法及形式主要有以下幾種：

3.1 雙曲線流線型原煤倉[2]

目前新建的大型煤電機組（包括十電#8、9 機組）其原煤倉大都采用雙曲線流線型設(shè)計。其中原煤斗由上而下斗壁的傾角逐漸加大，促使煤沿壁面流動的重力分力比例逐漸增大，重力在對壁面的擠壓方向的分力逐漸變小。但在實踐劣質(zhì)煤摻燒過程中，由于煤種粘度大、濕度大的特點仍易出現(xiàn)給煤機入口處頻繁堵煤問題。

3.2 空氣錘

空氣錘在沒通壓縮氣體的狀態(tài)下，磁性錘頭借助強性磁力緊緊地吸引在極板上，當電磁閥通電時，壓縮空氣流入空氣錘內(nèi)，當壓力大于磁引力時，錘頭高速撞擊基座，起沖擊力傳遞給倉壁或直接敲擊倉壁，產(chǎn)生振動，達到振落粉塵的目的。十電#8、9 機組制粉系統(tǒng)原煤倉均采用三組分層對置空氣錘振打裝置，振打裝置采用壓縮空氣為動力源，但使用過程中受到經(jīng)濟煤特性影響防堵效果不明顯，且在來煤濕粘時容易加劇堵煤程度。

3.3 回轉(zhuǎn)式清堵機

利用設(shè)備的回轉(zhuǎn)和刮刀清除結(jié)拱，在機器不工作時易發(fā)生結(jié)堵，必須24 h 工作，設(shè)備能耗較大，動靜結(jié)合部位易漏粉?；剞D(zhuǎn)式清堵機分為倉轉(zhuǎn)式和刀轉(zhuǎn)式兩種。旋轉(zhuǎn)清堵機的刮刀屬易損件，需定期更換。

3.4 空氣炮方式

空氣炮由壓力容器、充氣及放氣裝置、噴射裝置和程序控制裝置等組成。壓力容器內(nèi)的壓縮空氣在瞬間以高速噴射造成爆炸效果，產(chǎn)生射流和震蕩作用，把倉內(nèi)架棚轟塌，形成煤流，以達到防堵、清堵的目的。但空氣炮裝置使用過程中會產(chǎn)生瞬間沖擊波，容易對制粉系統(tǒng)造成沖擊影響，影響機組安全穩(wěn)定運行。

4 防堵裝置方案選擇

圖3 防堵裝置系統(tǒng)原理圖

圖4 #8 爐B 給煤機壓縮空氣活化防堵裝置試驗記錄（多層聯(lián)合）

面對原煤倉堵塞問題，結(jié)合現(xiàn)有解決方案存在的缺點和不足，參照實際疏通蓬煤過程中的不同措施（人工使用鐵鏟疏通、空氣錘振打和壓縮空氣吹掃等），發(fā)現(xiàn)使用壓縮空氣對其進行疏通效果最佳，但需要打開檢查門找到發(fā)生斷煤的位置，再將高壓壓縮空氣送入對積煤位置進行疏通，沒有從根本上對給煤機斷煤進行超前預控和縮短斷煤的影響時間。借鑒鍋爐低氮燃燒技術(shù)的“風包粉”理念，若在落煤管內(nèi)壁和煤流之間送入一股高壓空氣，便可形成一層空氣膜，減少煤流與管內(nèi)壁的接觸面積；同時利用高壓氣流具有較強的穿透能力，可對密實的煤流進行切割粉碎，在上部煤層向下重力的推動作用下，使原煤連續(xù)不斷地自然下落并順暢地輸送進入磨煤機內(nèi)。

5 防堵裝置系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試優(yōu)化

5.1 防堵裝置系統(tǒng)設(shè)計（圖3）

該防堵裝置工作介質(zhì)是壓縮空氣，經(jīng)兩只手動隔離門、引入管道引至壓縮空氣的儲氣罐內(nèi)，起到緩沖和穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓后的壓縮空氣從儲氣罐上部由導氣管引至給煤機上部的原煤料斗，在給煤機入口插板門的上層布置兩層、下部布置一層環(huán)繞料斗的三層環(huán)形母管，將壓縮空氣由三只可調(diào)節(jié)的閥門送入環(huán)形母管，由環(huán)形母管通過金屬軟管將壓縮空氣引至焊接在原煤倉壁的噴嘴接口，噴嘴出口緊貼煤斗內(nèi)壁，高壓空氣通過每層布置的6 只噴嘴送入煤斗內(nèi)部。

5.2 防堵裝置系統(tǒng)調(diào)試及優(yōu)化

5.2.1 單層調(diào)試試驗。為掌握裝置在不同方式下的工作效果，同時檢驗和暴露系統(tǒng)設(shè)計不足，采用分組實驗的方法針對防堵裝置壓縮空氣不同壓力等級進行單層調(diào)試試驗。相關(guān)實驗要求如下：5.2.1.1 本項試驗儲氣罐試驗壓力選擇0.3～0.7MPa 五個不同壓力等級分別進行；試驗順序應選擇進汽手動門開度從小到大、儲氣罐壓空氣壓力從低到高順序逐級進行。5.2.1.2 儲氣罐壓力以就地儲氣罐壓力表指示為準。5.2.1.3 試驗期間應保持給煤機出力穩(wěn)定。5.2.1.4 注意記錄、掌握試驗期間的入爐煤質(zhì)狀況（濕粘程度等）。5.2.1.5 試驗期間如發(fā)生異常，如壓縮空氣壓力明顯、過快降低，給煤機電流較快升高或發(fā)生其他任何影響機組正常運行的異常時，應立即停止該試驗，恢復正常方式。5.2.1.6 要求在每個試驗工況調(diào)整后，保持穩(wěn)定運行10 分鐘后，開始記錄相關(guān)試驗參數(shù)。5.2.1.7 隨著進汽手動門開度增大和儲氣罐壓力升高（0.6Mpa 以上）時，應密切注意相關(guān)參數(shù)的影響變化。5.2.1.8 試驗期間應與專人聯(lián)系，發(fā)生異常應立即停止試驗，恢復正常方式。根據(jù)調(diào)試結(jié)果當系統(tǒng)壓力超過0.5Mpa 投運下層防堵裝置會導致給煤機電流超過規(guī)定值；當系統(tǒng)壓力低于0.3Mpa 時投運位置仍會出現(xiàn)斷煤現(xiàn)象，故利用木桶效應理論將系統(tǒng)正常運行壓力定位0.3Mpa-0.4Mpa。同時由于單層壓縮空氣覆蓋范圍較窄，仍會導致給煤機斷煤異常的發(fā)生。

5.2.2 多層壓縮空氣聯(lián)合實驗。開展不同壓力等級下多層壓縮空氣聯(lián)合實驗，相關(guān)實驗要求同，如圖4。

5.2.3 確定最優(yōu)運行方式。5.2.3.1 正常投運時將進氣壓力保持在0.3～0.4MPa，三層進氣門微開保持10～20%左右即可（目的：噴嘴防堵，對制粉系統(tǒng)影響小，能起到穿透、活化、疏通作用）。5.2.3.2 當來煤變化或發(fā)生斷煤時，可根據(jù)不同的蓬煤位置，靈活選擇性開大相應層的進氣門開度，增強其疏通效果。5.2.3.3 當兩套系統(tǒng)同時需要投運時，根據(jù)壓縮空氣系統(tǒng)母管壓力的變化，可選擇逐臺給煤機進行疏通、投運，防止因用氣量過大影響壓縮空氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。5.2.3.4 根據(jù)需要對任一套系統(tǒng)進行調(diào)整時，尤其是投用最下層疏通壓縮空氣時，應注意對給煤機電流波動影響的監(jiān)視。5.2.3.5 當磨煤機停運時，應及時關(guān)閉各層進氣手動門。5.2.3.6 給煤機正常運行中，建議保持三層全部投運保持少量進氣。

6 實施效果

6.1 安全效益

加裝該套裝置的給煤機與摻燒相同濕粘煤質(zhì)，對沒有加裝該裝置的#8 爐D給煤機進行比較，沒有出現(xiàn)斷煤現(xiàn)象，而#8 爐D給煤機共計發(fā)生19 次不同程度的斷煤現(xiàn)象，其中最長疏通耗時長達1.5 小時，累計斷煤時長達19.5 小時。目前十電#8、9 爐已全部完成防堵裝置改造，磨煤機斷煤異常得到良好控制,機組的運行指標、氧化皮的有效預控等以保障性改善。

6.2 經(jīng)濟效益

該項目實施后取得良好效果，經(jīng)濟煤摻燒比例由25%左右提高至38.5%左右,2019 年度，統(tǒng)計至2019 年11 月20 日，#8、9機組共完成劣質(zhì)煤摻燒35.83 萬噸，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益1650 萬元，入廠標煤單價降低5.15 元/噸，使機組盈利能力得到保障性大幅提升。在摻燒燃煤品質(zhì)基本相同的工況下，給煤機斷煤現(xiàn)象基本沒有發(fā)生，較項目實施前的2019 年3 月，可減少影響發(fā)電量約1005MWh，節(jié)省穩(wěn)燃用油約13 噸。每月可為企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟效益約：W影響×0.15+M柴油×5605=1005×1000×0.3949+13×5605=47.0 萬元。兩臺機組年度可產(chǎn)生經(jīng)濟效益：47.0×12=564萬元。該套裝共計發(fā)生費用約2.0 萬元。項目年綜合效益=劣質(zhì)煤摻燒經(jīng)濟效益+每年避免經(jīng)濟損失- 設(shè)備改造費用:1650 萬元+564 萬元-2 萬元=2212 萬元。說明：以上效益分析中按照每1KWh 電量的上網(wǎng)電價0.3949 元；燃用柴油價格按照山東省2020 年3 月17 日公布的最高批發(fā)價格為5605 元/噸計算得出。

6.3 社會效益

本成果實施后，解決了經(jīng)濟煤摻燒過程中的限制性因素，目前此套壓縮空氣防堵裝置已在十電#8、9 機組進行全面推廣。給煤機蓬煤問題的解決為行業(yè)內(nèi)同類型機組因經(jīng)濟煤摻燒導致的給煤機斷煤異常問題提供了新的解決思路，取得了良好的社會效益。