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(安徽科達潔能股份有限公司，馬鞍山 安徽 243041)

流化床氣化爐作為燃氣領(lǐng)域主要的氣化技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，由于其特有的流場及燃燒狀態(tài)，使得帶出物多、帶出物固定碳含量較高[1，2]。不論是從環(huán)保角度，還是節(jié)能角度考慮，合理地利用此部分粉煤灰，已經(jīng)成為流化床氣化技術(shù)不可回避的問題。

粉煤灰具有固定碳含量高、揮發(fā)分低、含水量低、堆密度小、粒徑小的特點。目前，粉煤灰的常用處理方式為送入電廠鍋爐燃燒，造粒后再進行利用。上述粉煤灰的利用，無法繞開一個環(huán)節(jié)，即粉煤灰的儲存和供料。由粉煤灰的特性決定，其存儲于儲倉中，經(jīng)常出現(xiàn)間歇性無法下料、下料不均等問題，對后續(xù)用粉設(shè)備的穩(wěn)定運行帶來較大影響，故而合理的粉煤灰儲倉設(shè)計已經(jīng)成為粉煤灰利用系統(tǒng)運行穩(wěn)定的先決條件。

料倉作為粉料的儲存設(shè)備，被廣泛地運用于水泥、石灰、碳素行業(yè)[3，4]，料倉間歇性無法下料、不均勻下料直接導(dǎo)致后續(xù)系統(tǒng)無法運行，其中，灰倉錐部及下灰口的設(shè)計則是解決上述問題的關(guān)鍵。本文將以一個300m3常壓粉煤灰儲倉為例，進行分析、研究，比較了兩種灰倉下料口的設(shè)計，以便為粉煤灰類似物料的設(shè)計提供相關(guān)依據(jù)。

1 物料特性

粉料在儲倉中的存儲、下料情況與物料本身的特性有較大關(guān)系，下文中所說常壓粉煤灰儲倉存儲的介質(zhì)特性為粉煤灰堆密度約300～400kg/m3，真密度約1 500kg/m3，可見粉煤灰自然堆積狀態(tài)下，比較松散，依靠重力下落并不容易，同時其含水量僅為2%，干燥的粉煤灰儲存過程中不易因潮濕而板結(jié)。另外，飛灰堆積角小于30°，可見其流動性較好。

2 常壓粉煤灰儲倉原設(shè)計情況及運行問題

常壓粉煤灰儲倉其錐部側(cè)壁設(shè)置1個DN250卸灰口(B1)，卸灰口下設(shè)置1臺低壓連續(xù)輸送泵，將粉煤灰送入鍋爐進行二次利用，現(xiàn)由于B1下灰口無法連續(xù)、均勻的下灰，導(dǎo)致粉煤灰間斷的被輸送至鍋爐，且波動較大，從而嚴重影響了鍋爐的穩(wěn)定運行。常壓粉煤灰儲倉B1改造前后結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 常壓粉煤灰儲倉B1改造前后結(jié)構(gòu)

由于常壓粉煤灰儲倉并未安裝稱重裝置，并且不斷有物料送入儲倉，故而其下料量無法進行精確計量，研究中只能利用氣固兩相流的固氣比與輸送壓力的線性關(guān)系進行定性分析[5，6]，即通過低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力波動情況定性來判斷灰倉是否下料、下料是否穩(wěn)定。

首先，測定并記錄B1下灰口下的連續(xù)輸送泵沒有輸送粉煤灰時低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力，記錄時間2h，其輸送壓力隨時間變化的情況見圖2?？梢娸斔蛪毫Ρ容^穩(wěn)定，維持在18.5～20kPa(g)的范圍內(nèi)波動，波動幅度僅為1.5kPa，分析認為，這種小幅的壓力波動主要來自于鍋爐運行壓力的波動和輸送風(fēng)機自身的波動，可以認為若低壓連續(xù)輸送泵輸送壓力降低至20kPa或更低時，則沒有粉煤灰通過低壓連續(xù)輸送泵進行輸送。

圖2 改造前低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力曲線

其次，在未進行灰倉優(yōu)化改造的前提下，將低壓連續(xù)輸送泵進行帶料運行，并記錄了2h內(nèi)低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力變化情況，優(yōu)化前壓力曲線見圖2?？梢悦黠@看出壓力曲線存在多個波峰波谷，其中10～15min、45～60min、85～100min三個時間段的輸送壓力約為19kPa，可見在這三個時間段內(nèi)，并無粉煤灰通過低壓連續(xù)輸送泵進行輸送，常壓粉煤灰儲倉在此時間段出現(xiàn)不下料的情況，而在20～40 min、65～80min、105～120min三個時間段內(nèi)，雖然輸送壓力均高于30kPa，處于帶料運行狀態(tài)，但輸送壓力存在明顯的波動，最大波動達到10kPa (30～40kPa)，顯然粉煤灰的輸送量也存在波動，即常壓粉煤灰儲倉下料速度存在較大波動。

綜上所述，通過低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力曲線可看出，常壓粉煤灰儲倉存在間歇性不下料(此情況與現(xiàn)場巡檢人員反饋的下料管中時常沒有物料的情況吻合)和下料不均勻的問題。上述的情況，反映到鍋爐運行上，導(dǎo)致鍋爐煙氣溫度波動偏大，鍋爐尾氣中飛灰含碳量升高，對裝置的安全性、節(jié)能性危害極大。

3 常壓粉倉原問題分析及改造方案

常壓粉煤灰儲倉B1下料口存在間歇性不下料和下料不均的情況，究其原因有二：其一，側(cè)部泄灰口與垂直方向夾角約為45°，使得粉煤灰的重力在垂直于管口壁面方向上形成一個較大的分力，增加了粉煤灰在卸料口處的摩擦力，不利于粉煤灰的流動，增加了飛灰架橋的概率，常壓粉倉錐部側(cè)面泄灰口口徑較小，成為粉煤灰架橋的另一個不可缺少的條件[7]；其二，常壓粉煤灰儲倉下灰口未設(shè)置任何防止架橋的設(shè)施，一旦出現(xiàn)架橋，又沒有有效的破橋途徑，會導(dǎo)致下灰口停止下料[7]。

結(jié)合上述問題的原因及現(xiàn)場條件，現(xiàn)給出如下改造方案(見圖1)。首先，將側(cè)部的卸灰管(側(cè)管)改為側(cè)錐，錐角(與垂直方向夾角)小于30°，此設(shè)計可以明顯減小重力在壁面垂直方向上的分力，降低粉煤灰與壁面的摩擦力，并且增大了倉壁處下灰口的口徑，使粉煤灰更容易向下流動，增加粉煤灰流動的連續(xù)性，并最終降低粉煤灰架橋的概率。然后，在側(cè)錐上增設(shè)空氣炮，并設(shè)計定時噴吹控制程序，在粉煤灰架橋時能夠通過空氣噴吹的方式進行破拱，從而進一步降低灰倉架橋的風(fēng)險。

改造完成后，檢測和記錄了低壓連續(xù)輸送泵2h內(nèi)帶料輸送的輸送壓力變化情況，優(yōu)化后壓力曲線見圖2。壓力曲線顯示改造后低壓連續(xù)輸送泵能夠在36～40kPa(g)壓力下比較穩(wěn)定的運行，波動幅度僅為4kPa，可見改造已經(jīng)徹底解決了粉煤灰儲倉間歇性不下料的問題，但壓力波動值略高于空載時的壓力波動(1.5kPa)，明顯低于改造前的壓力波動(10kPa)，可以初步判斷，改造后常壓粉煤灰儲倉下料不均勻性得到明顯改善。

4 結(jié)語

由于常壓粉煤灰儲倉結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，增加了粉煤灰與下灰口的摩擦，阻礙了粉煤灰的流動，增加了粉煤灰架橋的概率，同時儲倉未能設(shè)置合理的破壞粉料架橋的設(shè)施，導(dǎo)致常壓粉煤灰儲倉存在間歇性不下料、下料不均的問題。研究中通過將側(cè)管改為側(cè)錐的方式，優(yōu)化了粉煤灰在下料口處的受力情況，減小了壁面摩擦，從而降低了粉煤灰架橋的概率，增加了下料的均勻性，并通過增加空氣炮的方式，及時破拱，避免常壓粉煤灰儲倉架橋不下料的情況，簡而言之，改造工作不僅僅在結(jié)構(gòu)上減少了粉煤灰架橋的概率，同時在架橋時也能夠及時破拱，保證常壓粉煤灰儲倉的連續(xù)下料。但值得注意的是，改造后下料的均勻性雖得到了改善，但對下料均勻性要求比較高的系統(tǒng)，還需要通過其他設(shè)計方可達到。同時，研究中充分利用項目現(xiàn)場的條件，創(chuàng)造性地利用低壓連續(xù)輸送泵輸送壓力與輸送固氣比的線性關(guān)系，通過輸送壓力定性反映粉煤灰下灰量的波動情況，定性反映了常壓粉倉改造前后方案優(yōu)劣，此研究方法也是本項研究的創(chuàng)新所在。但由于低壓連續(xù)輸送泵的輸送壓力變化受鍋爐的運行壓力波動、風(fēng)機壓力波動影響，此法無法定量反映采用側(cè)錐與卸灰管結(jié)構(gòu)在下料穩(wěn)定性上的優(yōu)勢。