火力發電廠煤倉防堵技術的研究及運用

吳升春

(神華福能發電有限責任公司，泉州 362712)

0 引 言

火力發電廠原煤倉堵煤是火電行業在的問題，由于堵煤原煤不能正常輸入鍋爐進而影響整個機組的負荷和安全運行，嚴重時甚至會造成鍋爐暫時斷煤，不得不直接投油助燃。

燃煤電廠中常見的堵塞的位置，根據原煤倉設計結構的不同可總結為兩個部分，對于傳統的 原煤倉，即上部分圓柱形，下部分為圓錐形結構形式或者通體純圓錐形結構形式，其常見的堵煤點是原煤斗與落煤管的交接處、落煤管、閘門處，通常在煤閘門上口1.5米左右位置；對于雙曲線形原煤倉，其常見堵煤點是上部柱形倉或錐形倉與下部雙曲線原煤斗的交接處，通常是由于雙曲線原煤斗的初始角度過小，造成原煤在煤倉與煤斗的交接處堆積，造成流通面積減小而行成堵塞。

造成煤倉堵煤的原因主要在于原煤倉的設計，煤自身特性因素等，而原煤倉堵煤一般分為靜力拱堵煤和粘結堵煤，針對堵煤原因及堵塞形式，目前國內外常見的防治方式有在煤倉下設置雙曲線煤斗、敷設光滑襯板、機械疏通(加裝輸送機，振打器)、空氣炮，旋轉防堵機等。多年的應用結果表明，傳統的解決方法具有一定效果，但都存在一定局限性，無法徹底解決煤倉堵煤難題。

1 防治堵煤的常見方式

1.1 雙曲線式煤斗防堵

原煤倉設計以矩形椎形和圓錐形為主，這2種形狀煤倉都是沿煤流方向截面積逐漸變小，當煤向下流動時擠壓力會逐漸變大，沿倉壁切向及法向的重力分力不變，越靠近出口位置，煤的流動性越差，而產生蓬煤、堵煤。鍋爐原煤倉下部設置雙曲線煤斗，是防止堵煤的措施之一，雙曲線煤斗分等截面和遞減截面收縮率2種。實際工程中一般選用等截面雙曲線型式其截面收縮率是一定值，斗壁任意處的傾角都不一樣，愈接近出口處，傾角愈大。煤在向下流動時，煤斗截面積雖然減少，但由于斗壁傾角增加，煤沿斗壁切向重力分力增大，沿法向的分力減小，因此煤向出口流動中所受的阻力變化不大，在煤斗中呈現均勻的整體流動，先入倉的煤先排出，倉壁不易掛煤，因而能夠降低蓬煤、堵煤的發生。但是，在實踐中，當煤的含水量增加到一定值(尤其摻燒煤泥)，其堵塞的幾率會迅速增加，不能徹底解決原煤倉堵塞的問題[1]。

1.2 機械疏通防堵

機械疏通是通過機械的方式對原煤倉堵煤進行治理，主要有：倉壁振動器、液壓煤倉疏通機和旋轉式煤斗防堵機。

1.2.1 倉壁振動器

倉壁振動器靠高頻振動和沖擊力，對原煤倉壁產生周期性高頻振動使物料與倉壁脫離接觸、消除物料與倉壁的摩擦，有效地克服物料的內摩擦力和聚集力，使原煤不容易出現“搭拱”現象而向下流動從倉口排出。倉壁振動器對清理由靜力拱引起的煤倉蓬煤、搭拱的效果比較顯著。倉壁振動器的優點是體積小、電耗低、安裝方便；缺點是只有在振打點下部有空隙時才能起作用，否則會越打越實；另外振動錘在煤倉上安裝的位置是不變的，只適用于流動緩慢或振動點下是懸空的情況; 振動電機振動大、有噪音，有時會造成倉壁上的襯板松脫，導致振動電機脫落。

1.2.2 液壓輸送機

液壓煤倉疏通機是由液壓泵站、油缸、及刮板等組成的一種防治堵煤的設備，安裝在鍋爐原煤倉倉壁上，刮板緊貼在原煤倉內壁上，工作時有液壓油缸拖動刮板上下往復刮動煤倉內壁，達到疏通堵煤的目的。由于液壓煤倉疏通機是直接將活動刮板設置在鍋爐原煤倉內壁上，能直接破壞原煤粘附倉壁的基礎，所以不管是靜力拱堵煤還是粘結堵煤，局部疏通效果比較明顯，影響區外區域無法疏通。但刮板容易剪斷影響疏通效果；煤倉疏通機不工作時自身刮板容易在原煤倉內造成掛煤，經常出現“自己阻煤自己刮”的現象。倉壁振打器、煤斗疏松人孔、人力破堵方法都是利用的物體間的共振現象，但是長時間使用會破壞倉壁，造成倉壁外部四凸不平，因此不提倡使用，且效果甚微。

1.2.3 旋轉防堵機

旋轉防堵機可分為倉體旋轉和防堵刀旋轉兩大類，其使用各有優缺點。

倉體旋轉防堵機 優點主要集中在防堵刀兩端固定，布局合理，結構尺寸不需要太大，更換時無需進入煤倉，只需在檢修孔邊操作即可。缺點主要在由于防堵截面大，需要驅動動力較大，支撐旋轉倉體結構尺寸相應增大，增加制造成本。刀旋轉防堵機主要存在檢修安全問題及密封可靠性問題，由于防堵刀是懸臂結構，對剛性及強度要求較高，需要大的剛性幾何尺寸結構才能實現工作需要，平時增加了堵煤概率，且懸臂結構容易出現刮刀故障，如彎曲變形等問題。

但無論無論倉體旋轉和防堵刀旋轉僅試用圓筒型落煤管，方形等不規則的形狀無法使用，另外相對其它防堵技術而言，尺寸大，改造安裝難度大，價格較高，并且只能清除下料段一小段的堵料問題，對上部的蓬煤不起作用，清堵范圍小，對整個料倉清堵效果不佳; 當下部堵塞時，疏堵效果差，長時間轉動，部件磨損大，維修工作量大。

1.3 氣力防堵

1.3.1 空氣炮防堵

又名空氣破拱器，主要由儲氣罐、電磁脈沖閥及控制系統等組成。以壓縮空氣為工作介質，原煤倉內發生堵塞時，瞬間釋放出高速空氣，直接沖擊倉內堵塞部位，以爆破的方式破壞蓬住的煤拱。空氣炮的優點為：結構簡單；對煤倉損傷小；控制信號可以接到主控室，一旦發生堵煤，可隨時用空氣炮疏通。但空氣炮必須在結拱的位置才能發揮作用，實際生產布置的空氣炮時將其布置到易堵點，一般釆取分層布置。其缺點就是空氣炮放炮點處在堵塞位置附件時才能發揮其作用，鍋爐原煤倉結拱、堵塞位置是不確定的，而空氣炮在料倉上的位置時固定不變的；如果放炮點處在堵塞點上方時，會造成下方的堵塞點壓實；并且當物料很潮濕，內摩擦系數、黏度大，放炮后會形成“鼠洞”狀，再次放炮時 由于有這些“鼠洞”存在，動力順著“鼠洞”流失，很難達到破堵的目的，堵煤情況依舊存在，清堵效率不高[2]。

1.3.2 脈沖防堵

針對高水份、粘結性強的煤，國外正使用一種脈沖防堵技術。脈沖防堵技術利用壓縮空氣形成強力輻射脈沖，沿倉壁輻射直徑可達近2米，大范圍脈沖使物料恢復流動，并防止物料粘壁，實現非常好的防堵效果。

(1)工作原理比較

空氣炮：將儲罐內所有壓縮空氣一次性單方向作用于某一特定區域，部分物料在其作用下恢復流動。但是，由于空氣炮作用范圍有限，仍舊有部分物料保持固化狀態或者粘結在內壁上不流動。

脈沖防堵系統：壓縮空氣通過安裝在倉壁上的脈沖模塊形成強力輻射脈沖，沿倉壁輻射直徑可達近2米，大范圍脈沖使所有物料恢復流動，并防止物料粘壁，實現非常好的防止粘壁效果。通過控制，定期使用脈沖防堵系統產生的氣刀(平面360度)破壞倉壁與板結煤的粘結，同時氣刀也能起到潤滑作用，增加了煤的流動性，消除煤與煤倉粘結板結導致堵煤。

空氣炮活化效果有限，且不適用于濕度大、粘度大、高油脂、易粘壁等流動性差的物料。空氣炮效果受氣罐、閥門、吹管、溫度等各個因素的影響；脈沖防堵適用于所有物料及容器，包括難流動物料，100%出料，先入先出，而且能夠實現非常好的粘壁效果。效果圖對比如圖1所示。

圖1

(2)現場安裝比較

空氣炮體積大、重量高，安裝復雜，需要把空氣炮噴管焊接(或用混凝土固接)在倉壁上，安裝時需要焊接固定確保牢靠，且對于壁薄料倉及空間受限現場，空氣炮無法安裝。脈沖防堵系統則直接在倉壁上開孔安裝(鋼板及混凝土等)，不需要任何其他支架固定等復雜安裝工藝及配套。安裝空間要求極低，可以直接安裝到熱態設備或容器，不受環境溫度影響，幾乎適用于所有的現場及無法安裝空氣炮現場。現場安裝圖如圖2所示。

圖2

(3)運行及維護比較

空氣炮：物料正常流動時，不可啟動空氣炮，避免將物料夯實，造成物料堵塞。空氣炮必須在結拱的位置才能發揮其作用，因筒倉的結拱、堵塞位置不確定，位置不斷地變化，當空氣炮處于結拱位置上面時會使物料越振越密實。將大量的壓縮空氣一次性快速注入筒倉內。因此，在操作前，應確保給料機及料倉閘門已啟動或打開。空氣炮必須間隔足夠的時間將儲罐充滿。放完第一炮時，新的堆積馬上形成，而且，如果第一炮不能把空氣炮推開足夠距離，那么堆積將越變越厚。空氣炮與倉體內壁連接位置的擋板增加壁面的摩擦系數，增加堵料。

脈沖防堵的脈沖輻射直徑高達2米，可以隨時啟動或根據設定序列自動啟動，不影響物料流動，避免堵料，由于單次脈沖耗氣量極小，因此不需要考慮泄壓問題及其他安全因素。高強度脈沖沿倉壁輻射運動，活化輻射直徑大，脈沖間隔時間大大縮短，可以通過增加脈沖頻率，實現更好的活化效果，防止粘壁。由于單點的輻射活化范圍及脈沖活化效率大大高于空氣炮。因此，降低了使用數量，降低了成本。且無需儲氣罐，不屬于壓力容器，安全系數高，不存在安全風險。

通過以上比較，脈沖防堵系統無論是在運行成本、運行要求、安全及以及達到的效果上都要優于空氣炮。其運行參數對比見表1。

表1 運行參數對比表

設備維護方面，空氣炮由一系列復雜的機制及工作步驟相互配合完成任一環節的故障或者設計問題都可能導致空氣炮達不到期望效果。而一系列復雜的機制也增加了故障率及后期維護成本。且需要考慮內部排污，確保定期排污，否則影響設備運行。安裝及維護難度大，尤其是針對某些安裝高度高，空間受限的區。

(4)脈沖防堵裝置主要優點如下：

①清堵及適用范圍廣，不受空間位置、煤倉型式、倉內物料的影響。脈沖模塊從下至上可以安裝在煤倉的任何位置，可以連續工作，可有效防止粘壁保證物料的流動性使物料一直處于活化狀態，同時又可清除拱狀堵煤。

②設備穩定可靠，維護工作量極少。該裝置幾乎沒有任何內部運動部件，故障率及維護成本大大降低。且不存在內部排污問題，無需專門維護。系統實現自動密封，防止物料及粉塵等進入。且維護檢修無需專業工具，安全簡單易操作。

③耗氣量非常少，單個脈沖模塊平均耗氣量20 L/min，可以直接使用電廠已有的壓縮空氣，不需要再使用單獨的空壓機及儲氣罐。

④脈沖模塊噴嘴安裝到煤倉內，基本與內壁平齊，不像空氣跑、旋轉刮刀、輸送機等進入到倉內的部件較大反而影響物料流動增加其阻力。

1.3.3 脈沖防堵裝置主要缺點如下：

(1)要求管道內無堅硬雜質，如焊渣、鐵屑等，否則容易導致電磁閥、脈沖模塊噴嘴卡死泄漏，影響效果。此缺點可以通過安裝過濾器解決。

(2)脈沖防堵裝置設計屬于事前控制，要高頻次的投運，防止煤粘壁，如脈沖頻次設置不合適，一旦煤倉內已經形成較厚的板結，再投脈沖防堵裝置其效果將受影響。此缺點需要根據煤質及煤倉形式進行設計高頻模塊及現場調整脈沖頻率解決。

2 防堵技術方案的選擇及運用

2.1 方案的選擇

火力發電廠若長期燃燒高水份經過干燥后的褐煤(干燥前水份65%左右，干燥后水分50%左右，干燥后的煤溫度約60度左右)，頻繁堵煤，嚴重影響機組的安全穩定運行，經過國內外煤倉防堵運用的調研，選擇了煤倉防堵機+空氣炮+倉壁振打組合的方案來防止煤倉堵煤的問題。上述方案通過反復的試驗及實踐，有效解決供煤系統中咽喉部位的堵塞問題，進而保證整個物料倉物料呈整體流動狀態，大大降低了煤倉堵煤的次數及概率，保證了機組安全穩定運行。但上述方案也存在一定的局限性，既需要定期停磨(約4天)對煤倉防堵機上部進行人工清理板結在煤倉上的煤，如果不按期停磨清理則旋轉煤倉上部容易會發生蓬煤或堵煤，防堵機防堵作用便隨之減弱直至完全消失，雖然安裝了空氣炮及倉壁振打器但是仍然無法解決。筆者通過長期深入現場的觀察，發現造成上部堵煤的主要原因是由于隨著煤倉運行時間增長，煤倉防堵機上方煤粘結板結，粘結板結造成原煤流動阻力增加流動性變差，最終導致煤倉防堵機上方堵煤，雖然上方安裝了空氣炮與倉壁振打器，但是受到其局限性影響，無法解決上述問題。

為了徹底解決上述問題，通過對煤倉容易板結煤位置分析，在21原煤倉旋轉刮刀上方容易板結堵塞的位置安裝了一套脈沖防堵裝置，如圖 3 所示，該裝置主要由進氣控制閥、 脈沖模塊、進氣管路等組成，其中核心為脈沖模塊。21原煤倉AS脈沖清堵裝置共13個AS脈沖模塊，分成兩組共三層安裝在旋轉刮刀上方，分別由A、B兩個控制柜控制運行，按照圖3中的序號逐一運行。其中第一層共4個AS脈沖模塊安裝在距21煤倉轉倉刮刀上部610 mm的位置由A控制柜控制運行，脈沖寬度設置為0.25 s，脈沖間隔設置10 s，循環間隔設置為1分；另外9個分兩層安裝在距21煤倉轉倉刮刀上部1 200 mm與1 800 mm的位置由B控制柜控制，脈沖寬度設置為0.25 s，脈沖間隔設置20 s，循環間隔設置為1分。

該裝置具有遠程和就地啟停控制功能，正常運行采用給煤機的信號，給煤機啟動跟隨啟動運行，給煤機停止跟隨停止，停止后也可遠程或者就地啟停運行。

圖3

2.2 運用效果比較及存在的問題、建議

2.2.1 運行中比較

運行中比較，見表2。

表2

說明：某公司燃煤通過蒸汽回轉式干燥機干燥后的煤，干燥后的煤溫度約60度左右，進入煤倉后倉壁溫度初期約55度左右，21煤倉倉壁溫度始終保持在55度左右，說明脈沖防堵裝置起作用，21煤倉內煤在流動沒有板結一直處于活化狀態，其它煤倉倉壁溫度逐漸降低說明倉內逐漸板結增厚。22煤倉與23煤倉由于未安裝脈沖防堵裝置最多運行4天需要停運制粉系統，拉空煤倉人工清理板結在煤倉上的煤，否則將發生上部蓬煤的問題，21煤倉安裝了脈沖裝置后能長周期運行，未發生過一次堵煤。

2.2.2 停磨倉內部情況比較

2.2.3 運用中存在的問題

21煤倉運用中存在脈沖電磁閥漏氣、脈沖模塊不動作等問題。21煤倉停用后對存在問題的電磁閥及脈沖模塊進行檢查，發現電磁閥漏氣、脈沖模塊不動作的原因是壓縮空氣管路中遺留的焊渣等異物將電磁閥及煤倉模塊卡住導致漏氣、不動作問題發生。將異物清除后電磁閥漏、脈沖模塊運行正常。為了防止異物進入系統導致電磁閥漏氣、脈沖模塊不動作等問題發生，建議如下：務必確保系統潔凈，防止雜物將電磁及脈沖模塊卡住漏氣，影響使用效果；母管至模塊的連接管嚴禁從母管底部接入，需從母管上部接入，防止雜物進入模塊；儲氣罐進口處建議安裝過濾器；電磁閥膜片為易損件，建議到期進行更換，確保脈沖模塊工作正常。

3 結束語

(1)筆者根據長期燃用褐煤火力發電廠的防堵實踐運用總結，脈沖防堵系統能替代空氣跑、旋轉刮刀等防堵技術全面解決煤倉堵煤問題，確保制粉系統安全穩定長周期運行。

(2)對于新建機組可以采用雙曲線煤斗加AS脈沖防堵技術的方案解決煤倉堵煤的問題；對于已經投產的機組可以在現有防堵技術的基礎上，針對其現在堵煤特點增加AS脈沖防堵裝置既能徹底解決煤倉堵煤的問題，同時又能降低改造成本。