陳玉國(guó)

（東糖集團(tuán)熱電廠，廣東 東莞 523243）

近年來(lái)，隨著電力工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）技術(shù)得到了迅速發(fā)展，裝機(jī)容量和數(shù)量均已躍居世界第一。而循環(huán)流化床鍋爐給煤系統(tǒng)易堵塞問(wèn)題一直困擾著業(yè)界，尤其在我國(guó)的華東華南地區(qū)，每年的雨季來(lái)臨時(shí)，不少裝設(shè)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的火電廠均深受其害。原煤的水分增大時(shí)其黏性增大，造成鍋爐頻繁斷煤，輕則使得機(jī)組運(yùn)行參數(shù)不穩(wěn)定，增加運(yùn)行操作難度，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致鍋爐滅火停爐，從而產(chǎn)生不可估量的損失。因此，該問(wèn)題日益得到廣泛的重視。

1 給煤系統(tǒng)堵塞的原因分析

循環(huán)流化床鍋爐給煤系統(tǒng)傳統(tǒng)組成一般分為原煤倉(cāng)、給煤機(jī)、落煤管三個(gè)部分，其中原煤倉(cāng)從垂直斷面上來(lái)看，一般有梯型、圓錐型、雙曲線型三種；給煤機(jī)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(jī)械本身的故障，該系統(tǒng)最易發(fā)生堵塞的部位有兩處：一處是原煤倉(cāng)喂入給煤機(jī)部位堵塞，使得煤倉(cāng)的煤流不能正常落入給煤機(jī)；另一處是給煤機(jī)出口至鍋爐爐膛落煤管這一段堵塞，使得給煤機(jī)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(cāng)→給煤機(jī)堵塞

原煤倉(cāng)內(nèi)的原煤為何不能順利流入給煤機(jī)，如圖一所示，我們先宏觀分析煤倉(cāng)與給煤機(jī)接口錐段內(nèi)煤團(tuán)的受力情況。該區(qū)域煤團(tuán)受到煤倉(cāng)上方原煤向下的壓力F1，爐內(nèi)密相區(qū)正壓由落煤管和給煤機(jī)傳遞上來(lái)的反托力F2，煤倉(cāng)前后壁面的法向反力N，煤倉(cāng)壁面的磨擦力f，以及該煤團(tuán)本身的重力G。在這幾個(gè)力中，有利于該煤團(tuán)向下流動(dòng)的是F1和G，阻力是f、F2和N。顯然，當(dāng)上下兩個(gè)方向的力達(dá)到平衡時(shí)，原煤的自發(fā)流動(dòng)就停止了，堵塞發(fā)生。再如圖二所示，我們對(duì)該區(qū)域煤團(tuán)內(nèi)部進(jìn)行微觀分析，由于該區(qū)域煤團(tuán)受到來(lái)自上方數(shù)十乃至數(shù)百噸原煤的巨大壓力，同時(shí)來(lái)自煤倉(cāng)壁面的法向反力也十分巨大，在這三個(gè)向心力的作用下，該區(qū)域煤團(tuán)被擠壓得十分密實(shí)（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(huì)使該煤團(tuán)更加緊固），這樣，該區(qū)域煤團(tuán)不再是松散的集合體，而是形成了一種類似拱橋的結(jié)構(gòu)，由于拱結(jié)構(gòu)對(duì)于均勻壓力非常耐壓，所以當(dāng)該區(qū)域煤團(tuán)形成足夠強(qiáng)度的拱結(jié)構(gòu)之后，堵塞情況便隨即產(chǎn)生。

圖2

1.2 給煤機(jī)→爐膛堵塞

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

A、給煤機(jī)出口下來(lái)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(dòng)能，在豎管底部交接處逐漸沉積下來(lái)造成堵塞；

B、落煤管豎段與斜段交接處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，有易積煤的死角；

C、防堵風(fēng)、播煤風(fēng)配風(fēng)不合理，對(duì)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(shí)煤流量增大時(shí)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(tǒng)堵塞的解決方案

2.1 傳統(tǒng)解決堵塞的方法

針對(duì)“原煤倉(cāng)→給煤機(jī)堵塞“問(wèn)題，傳統(tǒng)的解決方法有：設(shè)巨型干煤棚，延長(zhǎng)原煤的干燥時(shí)間，或強(qiáng)令原煤供應(yīng)渠道，保障原煤含水率小于一般設(shè)計(jì)要求的6.5%以下；在煤倉(cāng)壁面加裝不銹鋼或其它耐磨光滑的襯板，減小原煤與倉(cāng)壁的磨擦阻力；將原煤倉(cāng)下段設(shè)計(jì)制作成近似雙曲線形；煤倉(cāng)上安裝振動(dòng)器、疏松機(jī)、空氣炮，試圖減少堵塞的發(fā)生；易堵塞部位開捅煤口，堵塞時(shí)人工用大錘敲、鋼釬捅；原煤水分太大時(shí)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(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用大，且遇到較長(zhǎng)雨季時(shí)難以保證原煤含水率達(dá)標(biāo)。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(wèn)題，應(yīng)用不當(dāng)甚至起反作用。

2.2 解決堵塞的系統(tǒng)方案

2.2.1 減小倉(cāng)壁磨擦力f和法向反力N

由1.1節(jié)的分析可知，解決“原煤倉(cāng)→給煤機(jī)堵塞”問(wèn)題的關(guān)鍵，是要盡量減小或消除影響原煤自然流動(dòng)的阻力f、N、F2和避免煤團(tuán)起拱。從公式f=μN(yùn)（μ為倉(cāng)壁磨擦系數(shù)）可以看出，減小磨擦力f的方法之一是倉(cāng)壁襯以光滑耐磨材料從而減小μ；另一個(gè)方法是減小法向反力N，而這可以通過(guò)提高煤倉(cāng)壁的斜度來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢栽O(shè)想，當(dāng)煤倉(cāng)壁面與水平面垂直時(shí)，法向反力N將趨于零，所以f也將同時(shí)趨于零。但是受到煤倉(cāng)容積不能太小以及給煤機(jī)進(jìn)料口不可能太大的限制，倉(cāng)壁無(wú)法實(shí)現(xiàn)四壁垂直，為此，可以將流動(dòng)阻力最大的前倉(cāng)壁設(shè)為垂直面。

2.2.2 避免煤團(tuán)起拱搭橋

從力學(xué)的角度來(lái)看，要避免煤團(tuán)起拱就是如何有效破壞拱結(jié)構(gòu)。拱結(jié)構(gòu)有這樣一些特性：必須有兩個(gè)支點(diǎn)；跨度越大越易破壞；越壓越牢固（在一定受力范圍內(nèi)）。根據(jù)這些特性可知，破壞拱結(jié)構(gòu)有三個(gè)方法：至少消除一個(gè)支點(diǎn)，增大拱跨度和消除拱的內(nèi)力。從這三點(diǎn)出發(fā)，同時(shí)考慮減小f、N，可以采取以大煤倉(cāng)+漸擴(kuò)管+緩沖斗的分體結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一個(gè)整煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)。其中，大煤倉(cāng)與緩沖斗前壁面保持垂直，可以在減小f、N的同時(shí)消除拱的一個(gè)支點(diǎn)。大煤倉(cāng)的出口截面較大，增大了拱的跨度。漸擴(kuò)管的作用是釋放煤團(tuán)所受的擠壓力，達(dá)到自動(dòng)疏松的效果。緩沖斗與漸擴(kuò)管之間斷開，以達(dá)到充分釋放煤團(tuán)擠壓內(nèi)力的目的，從根本上消除煤團(tuán)起拱的因素。

2.2.3 消除給煤機(jī)內(nèi)正壓及改變給煤機(jī)型式

絕大部分循環(huán)流化床鍋爐的給煤點(diǎn)位于爐膛密相區(qū)，該區(qū)域處于正壓狀態(tài)。由于落煤管將爐膛與給煤機(jī)連通起來(lái)，所以爐內(nèi)的正壓高溫?zé)煔鈺?huì)傳導(dǎo)到給煤機(jī)內(nèi)。這一問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方案是將給煤機(jī)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(dòng)能

解決落煤管堵塞的要點(diǎn)在于要提高煤流的動(dòng)能和盡量避免煤流動(dòng)能的衰減。這可以從足夠的通流截面、合理的吹堵風(fēng)布置來(lái)考慮。其中，吹堵風(fēng)的射流型式對(duì)防止?jié)衩吼ぷ÷涿汗艿装逵兄匾饔茫瞬捎么箝L(zhǎng)徑比的漸縮噴嘴來(lái)提高氣流剛性和流速，另外，實(shí)驗(yàn)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(fēng)的溫度也是一個(gè)造成堵塞的重要因素，熱風(fēng)會(huì)將粘附于管壁的濕煤中水分烘干使之硬化，形成堅(jiān)固的堵塞塊，很難清理。所以除了落煤管末端的播煤風(fēng)可以采用熱風(fēng)以外，其余吹堵風(fēng)均應(yīng)采用冷風(fēng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐給煤系統(tǒng)易堵塞是一個(gè)看起來(lái)簡(jiǎn)單平常，實(shí)際上卻有著復(fù)雜的內(nèi)在機(jī)理的問(wèn)題。解決這一問(wèn)題是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須全面考慮從煤倉(cāng)到爐膛的每一個(gè)環(huán)節(jié)。自2004年以來(lái)，根據(jù)前述解決方案，我們相繼對(duì)多家兄弟單位的 35 t/h、90t/h、130t/h、220t/h、410t/h等多臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐的給煤系統(tǒng)進(jìn)行了改造。從改造前后對(duì)比來(lái)看，效果非常顯著，原煤全水分10%以下可以暢通無(wú)阻。由此可見，只要科學(xué)合理設(shè)計(jì)，采取措施得當(dāng)，該問(wèn)題是完全可以解決的。

[1]岑可法等.循環(huán)流化床鍋爐理論、設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[2]陳玉國(guó).循環(huán)流化床鍋爐防煙氣反竄防堵型給煤裝置[P].

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