煤電廠原煤倉防堵煤設計研究

王云鶴

（國能寶清煤電化有限公司）

0 引言

制粉系統在燃煤電廠中一直是極為重要的一環，制出的煤粉的質量直接影響鍋爐的燃燒情況。但是在目前電廠的用煤來源廣泛、品質多變，有些粘度大、水分含量高的煤粉經常會導致原煤倉的物料堵塞。原煤倉一旦發生嚴重堵塞，會造成給煤機斷煤，導致鍋爐燃燒不穩定，極易造成燃燒惡化甚至爐膛熄火等現象。另外，當斷煤發生時，機組主汽溫、主汽壓大幅度波動，水冷壁汽水分界面不穩定，出現傳熱惡化，久而久之將造成水冷壁爆管[1]。本文旨在對目前常用的防堵技術進行總結，并對原煤倉進行改造。

1 造成原煤倉堵煤的常見原因

在燃煤電廠原煤倉生產運轉的過程中造成煤倉堵塞，進而影響到正常生產運轉的原因多種多樣。具體來說，包含以下幾大類別。

1.1 煤質成分原因

目前燃煤電廠使用的煤種多樣，各煤種的組成成分也不盡相同。其中，煤種中含的外水分、灰分、顆粒度和黏度直接影響了原煤倉的堵煤情況。外水分越大、灰分越大、煤粒越細時，煤的團聚能力越強，越容易發生粘結，原煤倉越容易發生堵塞[2]。黏度越大，煤種的流動性越差，在實際生產中更容易發生煤的粘結。與此同時，當前電廠為減少支出常會購買大量劣質煤燃燒，甚至進行污泥的摻燒，雖然可以提高電廠利潤，但是如果處理不當，由于原煤的含水量高、灰分大，在運行中常會發生堵煤的現象，對安全生產造成威脅。

1.2 天氣影響因素

天氣因素也是煤倉堵煤的影響因素之一。如果在夏天下雨過于頻繁的話，會使煤種的外水分增加，導致其團聚能力增加，容易發生粘結現象。如果在冬天溫度很低的情況下，原煤會因為溫度過低發生結塊現象，進而造成堵塞，影響系統的正常運行。

1.3 煤倉結構設計問題

煤質成分原因和天氣影響因素屬于客觀因素引起的堵煤問題，相對來說難以處理，但是煤倉的結構設計導致的堵塞問題屬于主觀因素，相對于前兩者更容易解決。當前各大燃煤電廠所使用的原煤倉大致表現為錐形、矩形、圓形等幾類結構。其結構各有特點，但都存在不同程度的堵煤問題。錐形結構的特點是上大下小，在原料煤流動運轉的過程中，其剛進入煤倉的時候空間相對較大，但隨著流動運轉地進行，后期空間就會越來越小，在這個過程中，由于原料煤本身就含有一定的水分或團聚性，那么在空間較小的情況下，它更容易進行凝結，進而造成后期堵塞的問題。與此同時，煤種進入煤倉時對壁面產生壓力并受到壁面的摩擦力作用，煤與煤之間也有摩擦力，靠近煤倉內壁處壓力最大。煤倉內的煤在向下流動時，中心處的煤僅受到周圍煤的摩擦力，流速大，而近壁處的煤還受到壁面的摩擦力因此流速小，二者產生流速差，近壁處的煤很容易停止流動，隨著時間的增加，近壁處的煤堆積的越來越多最終形成拱從而造成堵煤現象。對于矩形結構來說，由于使用該結構時煤的流動特性不好，原煤之間互相擠壓，容易咬合、板結，與壁面的多次碰撞更容易造成原煤在壁面的粘結，從而造成嚴重的堵煤問題。

1.4 電廠運行原因

由于目前環保要求的提高，現在電廠運行需要嚴格控制粉塵的排放，電廠中的給粉系統會配置噴水裝置，噴水在抑制粉塵的同時會使原煤的外水分含量增加，出現堵煤問題的概率大大提高。在輸煤系統運行時如果煤斗中的煤位太低的話，上層壓力不夠，不能克服煤下落的阻力，也會導致堵煤。此外，原煤斗運行時間過長會使煤斗內壁磨損嚴重，內壁摩擦系數增加，也可能導致堵煤[3]。

2 常見原煤倉防堵煤技術

2.1 雙流線設計層

原煤倉的結構可能會造成堵煤問題，不論是錐形結構還是矩形結構，當原煤在其中流動的過程中都會與壁面碰撞和摩擦從而造成殘留堵塞問題。目前針對上述問題對原煤倉的結構改造成雙流線型可以極大程度上避免堵煤的問題。首先，雙曲線煤斗斗壁任意處的傾角都不一樣，隨著原煤的流動，雖然煤斗截面積減少，但傾角越來越大，煤沿斗壁切向重力分力增大，對壁面的擠壓力減小，因此煤向出口流動中所受的阻力變化不大，流動過程均勻進行，減少原煤在流動過程中的損失。除此之外，借助雙曲線的設計，進一步擴大了原煤倉內部的空間，這一方式的優點主要就是體現在對原煤倉內部的結構進行優化處理。但是，在實踐中，當煤的含水量增加到一定值，其堵塞的概率會迅速增加，不能徹底解決原煤倉堵塞的問題。原煤倉內部結構設計圖如圖1 所示。

圖1 原煤倉內部結構設計圖

2.2 空氣炮設備

空氣炮是目前大多數電廠使用較多的防堵煤設備，其主要部件包括儲氣罐、電磁速關閥及控制系統等。空氣炮的工作原理是在儲氣罐中儲存一定壓力的壓縮空氣，在需要使用時開啟電磁速關閥，壓縮空氣瞬間釋放膨脹做功的能量沖擊原煤倉中堵塞的部位，使原煤重新恢復流動。但是空氣炮裝置也有局限性，其對安裝位置的要求較為嚴格，需要安裝在易搭橋的位置，但是在實際運行中任何地方都有可能搭橋，但是沒安裝空氣炮的地方無法破拱，同時空氣炮設備只能針對原煤倉內部已經凝結的原料煤產生作用，而對于那些凝結在原煤倉內壁上的部分無法進行有效疏散。

2.3 脈沖清堵裝置

脈沖清堵裝置是清堵效果較好的清堵技術，其工作原理是在原煤倉壁上安裝脈沖模塊，其中儲存壓縮空氣，通過脈沖系統設定脈沖間隔，每間隔所設定的時間，脈沖模塊會將壓縮空氣釋放形成強力的輻射脈沖，可以大范圍的使粘結的原煤恢復流動，具有非常好的清堵效果。但是該設備也具有一定的局限性，在設備運行時需要保證管道內沒有堅硬的雜物，否則會造成脈沖模塊的損壞，并且該裝置需要根據每個電廠的實際運行情況設置脈沖頻率，如果頻率設置不合理會影響其清堵效果。

2.4 液壓疏松機

液壓疏松機是由液壓泵站、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，疏松機工作時首先由煤倉壁面上的熱工原件檢測結倉情況，一旦發生結倉情況，疏松機收到信號由液壓油缸拖動刮板上下往復刮動煤倉內壁，破壞煤與壁面之間的粘結，使壁面上的堆積區與滯留區塌陷，重新形成煤流，達到疏通堵煤的目的[4]。其最大的優點表現為日常運行過程中平穩性能較強，產生這一效果的原因主要還是其液壓傳動的機制較為穩定。但與此同時，使其刮板非常容易造成堵塞，同時運行電耗大，且液壓油缸容易漏油。

2.5 倉壁振動機

倉壁振動機運行的原理是振動電機在原料倉內部進行高速旋轉，從而產生作用在原料倉內部原料煤和四壁的高頻率振動，在這個過程中可以幫助有關的殘留煤質進行疏散，同時還可以進一步打散目前傳送過程中存在凝結問題的煤塊，從而保證原料煤可以順暢地在原煤倉內進行排入排出。其優點表現為工作原理簡單，適用面廣。但是缺點表現為耗電量大，同時在振動的過程中，如果振動的頻率無法有效把握，還有可能進一步影響到正常的原料煤排出過程。此外，對安裝位置要求較高，若安裝位置不合適可能會導致堵煤更夯實并且若電機振動幅度過大甚至可能會使得原煤倉內壁破損。

2.6 旋轉式清堵機

旋轉式清堵機是當前清除原料煤倉堵塞問題的先進性技術之一。其工作原理是清堵機與原料倉形成相對運動、清堵刀在原料倉內進行快速重復的高速旋轉攪動整個原煤倉，破壞原煤和內壁之間的粘結力，使粘結的原煤從內壁脫落，同時將起到疏松原煤的作用，使原煤流動更通暢。旋轉式清堵機目前根據其旋轉方式不同，又可以進一步細分為倉轉式、刀轉式等多種不同的類型，不論哪種類型的旋轉式清堵機在清理堵塞效率方面都具有較強的功效，并且防堵刀兩端固定，布局合理，結構尺寸不需要太大，更換時無需進入煤倉，清堵面積大。但是它所存在的問題表現在能耗高，刮刀長時間轉動容易磨損和故障。

2.7 建設干煤棚等設施

除了上文所提到的多種設備，為了能夠有效避免原煤倉內堵煤問題，還可以通過部分人工作用來有效避免該問題的發生。原煤的外水分和黏性較高是造成原料煤堵塞的重要原因，因此可以建設干煤棚等設施對原料煤進行前期的合理堆放和干燥處理，通過風干減少一定的水分。除此之外，還可以通過進一步減少除塵設備水蒸氣噴灑量等方面來達到水分控制的效果。

3 原煤倉改造設計方案

3.1 問題描述

某電廠原煤倉為上寬下窄方形煤倉并配有下部雙旋轉刮刀清堵裝置，如圖2 所示。但是在實際運行的過程中，由于原煤倉采用方形偏心式設計，導致上部斜面處存在蓬煤、粘煤情況。由于原有防堵裝置無法清除原煤倉8m 以上距離，造成原煤堵塞情況越來越嚴重，影響電廠的正常運行。

圖2 原煤倉現清堵裝置圖

3.2 改造方案

為徹底解決原煤倉8m 以上部分粘煤、蓬煤的問題，在原煤倉8m 以上位置加裝脈沖清堵裝置，讓其在設定頻率下運行，沖擊煤倉高處粘結煤，形成一層緊貼倉壁的空氣鏟，破壞濕煤掛壁。首先沿煤倉鋪設環形壓縮空氣管路，第一層8m，第二層9m，第三層10m，第四層11m。管路采用全氬焊接，確保焊接質量合格，無漏氣情況，沿環形壓縮空氣管道支撐架鋪設電纜橋架，距離≥30mm，橋架間連接使用專用連片蓋板使用鉆尾釘固定。在此之后需要安裝脈沖噴嘴，在倉壁開孔，尺寸為φ56，將底座滿焊至倉壁，噴嘴旋入倉內，尺寸為3mm。連接電磁脈沖閥及管路，需要確保連接管長度不超過1000mm，中間無接頭、死彎情況，通氣后無漏氣情況。最后安裝控制柜并接線，控制柜要求安裝穩固、無晃動，按圖紙要求接線，號頭清晰。在脈沖清堵裝置安裝結束后進行調試，最終調試脈沖寬度為400ms，脈沖間隔為3s，周期時間為214.2s，循環間隔為1h。設備調試成功后對運行、檢修人員進行交底、培訓并將改造后的原煤倉投入使用。

3.3 改造效果

在原煤倉8m 以上安裝了脈沖清堵裝置，投入后完成了168h 試運，有效解決了堵煤問題，運行效果良好。

4 結束語

在燃煤電廠正常運作的過程中，原料煤堵塞是務必要解決的問題。電廠方面需要做到人工預防和機械設備相互結合，采用最適合的清堵裝置并且予以高度重視，進行科學管控，才能有效徹底地解決該問題，以免其影響到燃煤電廠正常的生產供應環節。