王鵬程， 肖 凡， 王 珂， 李麗鋒， 張 縵， 楊海瑞

(1.山西河坡發(fā)電有限責任公司， 山西 陽泉 045000； 2.太原理工大學 電氣與動力工程學院， 太原 030024； 3.清華大學 能源與動力工程系， 北京 100084)

由于火電經(jīng)營形勢嚴峻，許多火電廠通過摻燒煤泥和濕分高的劣質(zhì)煤來降低燃料成本[1]。傳統(tǒng)的原煤倉在儲存原料過程會受到原煤含水量的影響，一些含水量較高的原煤在下放過程中容易粘連在原煤倉的出口內(nèi)壁上，這種問題在煤泥等濕度較大的燃料作為原煤的給煤倉上更為突出。

原煤倉作為煤粉進入爐膛的入口，其可靠性在給煤過程中顯得極為重要。一旦發(fā)生堵煤問題，必然影響煤粉的正常輸入，鍋爐的連續(xù)安全運行就會受到威脅。

從經(jīng)濟性角度分析，原煤斗堵煤粘煤會導致煤倉有效容積減小，上煤時間會加長，會使輸煤系統(tǒng)電耗增加[2]，而輸煤人員工作時間也延長，用工資金也會增加。而原煤倉堵煤現(xiàn)象有時會導致降負荷甚至停機事件因而也會造成一定的經(jīng)濟損失，同時，如果不解決堵煤問題，原煤倉對于燃料適應性差，會相應提高燃料成本。從安全角度分析，原煤倉粘煤增多會導致棚煤斷煤，而循環(huán)流化床鍋爐爐膛燃燒區(qū)是正壓區(qū)域，所以如果斷煤時不能及時上煤，煙氣會反竄至給煤機、原煤倉，會造成給煤機皮帶著火燒損甚至引起火災。

原煤倉粘煤、堵煤的原因一般從煤質(zhì)特性及倉體結構兩方面進行分析[3-5]，現(xiàn)主要針對由于原煤倉倉體結構所導致的堵煤進行分析，并針對性地進行技改，同時，還對其進行了一系列經(jīng)濟性計算分析。

1 原煤倉現(xiàn)存問題

1.1 給煤機皮帶燒損隱患

近幾年受到燃料成本影響，會采取摻燒煤泥和濕分高的劣質(zhì)煤等措施，但是濕度高的煤很容易導致粘煤增多，原煤倉發(fā)生棚煤斷煤。CFB(Circulating fluidized bed)鍋爐爐膛燃燒區(qū)域是正壓運行，所以如果斷煤時不能及時補上，就會使得落煤筒、給煤機、原煤倉形成煙氣走廊，煙氣會反竄至給煤機、原煤倉內(nèi)，造成給煤機皮帶著火燒損。如果事故處理不及時，還有可能引起原煤倉火災。

1.2 倉體結構不合理

對于如圖1所示三種形狀的煤斗，它們粘煤、堵煤情況是不一樣的。對于雙曲線形煤斗，其上部曲線收縮較快，下部曲線收縮較緩，煤斗上部開口較大，曲線收縮較快對于煤顆粒下降的影響不大，而在煤斗下部曲線收縮變緩，下部內(nèi)壁對煤的摩擦也較小，這樣對上部煤塊的支撐也較小，所以不容易產(chǎn)生棚煤，因此雙曲線形煤倉適應煤種變化的能力較強[6]。而我公司采用的棱臺形煤斗與雙曲線形煤斗恰恰相反，上部收縮較緩，下部急劇收縮，是最容易發(fā)生棚煤和煤流停滯現(xiàn)象。

圖1 不同形狀的煤斗

1.3 原煤倉傾斜度不夠根據(jù)設計和實踐經(jīng)驗，原煤斗煤倉壁和水平面夾角小于70°的情況下[7]，堵煤粘煤現(xiàn)象容易發(fā)生。煤斗中間部分的夾角是69°，從歷次停爐清理原煤倉的實際情況看，“倒三角形”倉壁粘煤比較嚴重，尤其是“倒三角形”與原煤倉前后壁之間粘煤較多，但夾角為85°的倉壁側幾乎無積煤。

圖2 煤斗結構簡圖

由于煤斗中間部分的夾角小(69°)，導致“倒三角形”兩側受力面上單位面積承受的原煤壓力大，發(fā)生壁面積煤的概率增大，并逐步演變成“棚煤”，如圖3所示。

圖3 棚煤示意圖

2 現(xiàn)有疏通技術

現(xiàn)有的原煤倉清堵方案有人力破堵，以及借助倉壁振打器、空氣炮、倉壁液壓疏通裝置等破堵。

2.1 人工破堵

人力破堵通常包括捅煤孔捅煤、大錘敲擊堵煤位置以及在易堵煤處倉外設置撞鐘式重錘等方法來破拱。這種方法比較消耗人力，且會對倉壁造成較大破壞，并且捅煤時在現(xiàn)場會有大量的煤泥以及原煤堆積，會造成嚴重污染，并且長時間高空作業(yè)會使工作人員存在安全隱患[8]。

2.2 倉壁振打器

倉壁振打器與人工擊打的破堵原理相同，粘接在倉壁上的煤由于倉壁震動會逐漸從那個倉壁上脫離，從而達到破堵目的。然而實踐證明，其位置必須設在結拱的位置才可以有效發(fā)揮作用，并且只借助倉壁振打器是不夠的，往往需要結合使用人力破堵才可以起到作用，且倉壁極易被振動器破壞[9]。

近年來，綠色環(huán)保成為包括印刷行業(yè)在內(nèi)的諸多行業(yè)都在談及的話題，實則于上海新星而言，踐行綠色環(huán)保的行動早已開始。按照徐毛清的理解，做環(huán)保，就要達到真正的綠色，而就上海新星而言，則從兩方面著手，即生產(chǎn)過程和最終產(chǎn)品。

2.3 空氣炮方式

空氣炮中的主要部件包括儲氣罐、電磁速關閥以及控制系統(tǒng)等，其工作介質(zhì)是壓縮空氣。當電磁速關閥快速打開的時候，儲氣罐內(nèi)的壓縮空氣由于受到壓差作用而后形成高速噴射的強烈氣流，具有高動能的空氣會直接沖擊倉內(nèi)堵塞部位，從而使煤粒在重力作用下重新流動起來。空氣炮必須作用在結拱的位置才能發(fā)揮作用[10]。由于原煤倉的結拱、堵塞位置隨煤質(zhì)等原因會發(fā)生變化，堵塞位置并不確定且其也處于不斷變化當中，在生產(chǎn)過程中，空氣炮如果處于結拱位置上方時反而會使煤越振越密實。因此此方法也并不能有效破堵，同時以上各方法均需工人在現(xiàn)場進行操作，導致人力資源還是得不到有效利用，經(jīng)濟效益難以提升。

3 疏通方案的優(yōu)化處理

3.1 倉壁振打器控制

每臺鍋爐的原煤斗配備多臺高效電磁振打器，分別布置在原煤斗的中下部。就地配置控制柜的同時，將原煤斗的振打器控制接入DCS畫面，進行遠程控制，并且每個給煤口振打器均可單獨遠程操控。振打器的控制設定為手動、自動兩種模式，正常時投入振打自動，運行人員根據(jù)煤質(zhì)情況設置振打動作的間隔時間。在緊急情況下，可以在DCS畫面上進行手動連續(xù)振打。

3.2 加裝疏通孔

原煤斗在標高30 m以下段加裝了人工疏通孔，應對煤斗粘煤、堵煤。給煤機加裝高效檢修孔，比以前的檢修孔更大更方便疏通粘煤，提高了疏通效率，減少了勞動強度。

3.3 使用空氣炮

在原煤斗合適位置安裝了多臺電磁空氣炮?？諝馀谒查g爆發(fā)力巨大，對原煤斗內(nèi)壁的粘煤有著極強的清理作用，但是在位置選取上要避免損壞煤斗下口的給煤機皮帶等設備。

3.4 煤倉可視化和雷達波煤位計

原煤倉頂部安裝高清紅外攝像頭，將信號接入IVMS系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電廠控制室實時監(jiān)控。雷達波煤位探測器位于原煤倉頂部，能夠利用雷達波探測煤位高度，并將煤位信息傳回DCS控制系統(tǒng)。

3.5 優(yōu)化倉壁振打器和空氣炮數(shù)量和位置

經(jīng)過反復精準計算，根據(jù)原煤倉結構和粘煤情況，確定原煤倉外壁上倉壁振打器和空氣炮的數(shù)量和位置，保證充分發(fā)揮設備作用。

3.6 技術集成實現(xiàn)清倉、防堵功能

通過技術突破，實現(xiàn)了振打器和空氣炮的DCS遠程實時控制；把振打器和空氣炮分區(qū)域控制，每個區(qū)域其作用不同。在實際生產(chǎn)實踐中，制定了一套科學合理規(guī)范的清倉、防堵技術方案。

4 應用效果及經(jīng)濟性分析

4.1 機組概況

圖4 原煤倉

4.2 應用效果

通過空氣炮+振打器+煤倉可視+降煤位運行組合措施，按照既定技術方案，將煤倉的粘煤逐層剝離，保證了原煤斗正常順利工作。通過堅持措施執(zhí)行，成功應對了雨季煤濕和煤泥摻燒等惡劣工況。

#1爐#2原煤斗清倉試驗前后對比情況(該原煤倉供應#2、#3、#4給煤機)見表1和表2。

表1 清倉前運行情況

表2 清倉后運行情況

容積為655 m3的原煤倉，理論儲煤量在900 t左右，由于粘煤的存在，有效容積不足500 t。具體情況如圖5所示。

圖5 原煤斗降煤位前粘煤畫面

通過清倉措施，#1爐#2原煤斗最長時間拉斗清倉16小時30分鐘，走煤量784 t。基本上恢復了原煤倉的正常容積量，并且保證了原煤倉的正常運行，效果從圖6可見。

圖6 清理粘煤后畫面

4.3 經(jīng)濟性分析

2019年，成功實施了火電廠原煤倉可視化智能自動清倉防堵技術，按照本技術方法對河坡公司的原煤倉進行了技改，取得了非常明顯的效果。

1)通過一系列技改，原煤倉粘煤、堵煤現(xiàn)象基本消除，保證了機組穩(wěn)定運行，避免了因為堵煤、棚煤引起的燒皮帶、降負荷甚至停機事件，按照一年每臺機組避免兩次降負荷事件計算，挽回資金150 MW×2 h×2臺×0.34元/kW·h×2次=40.8萬元。

2)增強了原煤斗對煤種的適應性，降低了火電廠對燃煤的要求門檻，降低了燃料成本，電廠經(jīng)營能力也因此得到提高。

3)由于技改效果良好，原煤斗粘煤情況消失，煤倉有效容積增大，上煤時間縮短，輸煤系統(tǒng)運行時間由原先的20 h/d，下降至現(xiàn)在8 h/d，輸煤系統(tǒng)每小時耗電約0.42萬kW·h，一年節(jié)約用電約0.42萬kW·h/h×12 h×300 d=1 512萬kW·h。節(jié)約資金：1 512萬kW·h×0.34元=514.08萬元

4)上煤時間的縮短，輸煤人員勞動強度大大降低，輸煤班組倒班更改為兩班倒，減少勞動力12人，每年節(jié)約用工資金12人×3.6萬元/年=43.2萬元。

5 結論

針對某350 MW循環(huán)流化床機組的粘煤、堵煤原因進行分析，并針對該問題進行了一系列技改，還對該技術的經(jīng)濟性進行了計算分析。結果表明，實施技改后，每年可節(jié)約資金598.08萬元，經(jīng)濟價值巨大！為同類型鍋爐提供了很好的推廣借鑒價值及意義！