张俊鹏

(大唐淮南洛河发电厂,安徽淮南 232000)

火电厂原煤仓堋煤解决方案浅析

张俊鹏

(大唐淮南洛河发电厂,安徽淮南 232000)

针对我厂两台600MW火力发电机组中速磨煤机正压冷一次风直吹式制粉系统,其配套原煤仓因结构不合理、原煤水份大等因素,经常发生原煤仓堋煤导致给煤机断煤现象,经过调研,找出原因并对原煤仓下部煤斗进行改造,消除了原煤仓堋煤的缺陷。

直吹式制粉系统 原煤仓 堋煤 圆锥式 双曲线

1 概述

近年来,随着我国电力技术的迅猛发展,国产600MW及600MW以上火力发电机组已日渐成熟,该容量机组一般均采用正压直吹式制粉系统,直吹式制粉系统和传统的中间仓储式制粉系统相比,系统简单,没有细粉分离器、粉仓、可调给粉机等设备；且在贫煤燃烧的着火、稳燃、燃尽方面具有明显的优势。然而,一旦发生给煤机断煤,对机组的安全稳定运行将造成很大的影响。

原煤仓是火力发电厂上煤系统极为重要的构件,对于直吹式制粉系统来说,原煤仓更是起着至关重要的作用。各个火力发电厂原煤仓的形状基本相同,上部呈方形、圆柱形,下部呈方锥、圆锥及双曲线形。上口大,下口小,原煤颗粒自上而下靠自重流动。

原煤颗粒在仓中滞流堵塞,已是各个火电厂在运行期间频繁遇到的问题,尤其在梅雨季节堵塞问题更为严重。特别是对于正压直吹式制粉系统原煤斗发生断煤、堵煤,造成屏式过热器壁温难以控制,经常发生超温、增加锅炉稳燃用油、机组降负荷,严重时造成锅炉灭火、机组非停等不安全事件的发生。

2 设备现状

我厂＃5机组为600MW超临界机组,于2007年10月正式投产,采用600MW超临界压力直流锅炉,锅炉制粉系统采用中速磨煤机正压冷一次风直吹式制粉系统,每台炉配备6台北京电力设备总厂生产的ZGM-113N型中速辊式磨煤机,每台磨煤机配1台电子称重式给煤机和1台钢结构圆锥式原煤仓,给煤机布置在炉前17．4m的运转层,原煤仓几何容积668m3,有效容积568m3,自#5机组投产以来,6台给煤机均出现频繁断煤,原煤仓内大面积堋煤现象,使E、F磨煤机不能正常制粉,严重影响机组的安全稳定运行。

3 存在问题分析

3.1 原煤仓结构尺寸设计不尽合理

3.1.1 原煤仓料斗形式

原煤仓料斗常用结构形式有方锥式、圆锥式、双曲线式等,每种形式各有其特点。

图 1 改造前原煤仓示意图

圆锥型原煤仓料斗沿煤的流动方向流通截面积逐渐变小,挤压力变大,煤粒与仓壁、煤粒之间的摩擦力也越来越大,促使煤沿壁面流动的重力分力则不变,故随着煤的流动,锥形原煤仓内的等效流动动力越来越小。特别是在煤粒含水量较大、团聚性很强的情况下,煤在仓体内的流动就更加困难,结拱堵塞的几率就大大增加。方锥式与圆锥式原理基本相同,其斗壁四角附近原煤受“双面摩擦”和挤压的作用,易长期粘接在斗壁角落内,在同样半顶角的情况下,较圆锥式原煤仓更易积煤。

双曲线型原煤仓料斗随着煤向出口的流动,斗壁的倾角加大,促使煤沿壁面流动的重力分力逐渐变大,重力对壁面的挤压力分力逐渐变小,与锥型原煤仓相比,其等效流动动力随煤的流动下降较慢。从原理上来说,这种形式的原煤仓堵塞几率相对较小。但在实践中,当煤的含水量增加到一定值,其堵塞的几率会迅速增加。

3.1.2 原煤仓尺寸

对于锥形原煤仓,仓壁半顶角越小,越利于煤粒流动。对于双曲线型原煤仓,截面收缩率越小,越利于煤粒流动。在原煤仓初设的时候,原煤仓的半顶角、面积收缩率是根据设计煤种确定的。在考虑仓体容积和投资的因素外,原煤仓防堵塞的因素也一并考虑。但是,当项目建成投产以后,大部分电厂的煤质根本无法保证,严重偏离设计煤种,再加上下雨、下雪、结冻等不可控的环境因素,原来设计不堵煤的煤仓开始频繁堵煤。

3.2 煤质种类及环境因素

原煤仓内部煤的流动状态(漏斗流流动、整体流动)不仅决定于原煤仓料斗形式和尺寸,而且更取决于煤质本身。在设计煤种情况下,原煤仓内部煤的流动成整体流流动,但是在煤质发生变化(水分增加、团聚性强)后,原煤仓内部煤的流动就从整体流流动状态转变成漏斗流流动。不同的煤种,其团聚性不同,煤团聚性的不同直接影响了原煤仓的堵煤状况。？煤水分也是影响原煤仓堵煤的一个重要因素。在实际生产中发现,当煤的含水量(外在水分)达到8%时,有些设计不合理的原煤仓就开始出现堵煤；当煤的含水量达到10%时堵煤比较严重；当煤的含水量达到12%时堵煤就相当严重了,水分增加会增加煤的团聚性。

4 堋煤治理方案论证

图2 改造后原煤仓示意图

为解决原煤仓堵煤问题,国内外电力行业在这方面采取了多种辅助措施,如疏松机、空气炮、原煤仓防堵机等清堵助流装置的加装等。

4.1 疏松机

疏松机采用液压驱动,由液压油泵、油缸、犁煤器等组成,当原煤仓发生堵塞时,疏松机即启动运行,在设定好的运行时间内,通过油缸带动犁煤器完成几次上下往复运动,犁煤器的上下动作,破坏了煤层和仓壁之间的结合力和煤层的相互棚架作用,从而恢复原煤的重力流动。疏松机犁煤器安装于原煤仓内部,其工作时从原煤根部进行疏松,解决堵塞彻底,并且疏松面积大,但是当疏松机不工作时容易引起新的堵塞,并且原煤仓内部犁煤器部分易损坏,维修工作量大。我厂在原煤仓设计时即安装有疏松机,但实际使用中效果较差,相反由于犁煤器挂煤而导致原煤仓发生堵塞。

4.2 空气炮

空气炮是利用空气动力原理,工作介质为压缩空气,瞬间将空气的压力能转变成空气射流动力能,可以产生强大的冲击力,当原煤仓发生堵塞时,快速打开空气炮储气罐的喷射口,空气炮储气罐内气体受压力差的作用,形成高速喷出的强烈气流,气流产生的冲击力作用于煤仓内的原煤上,使粘结、压实、结拱的原煤产生破裂和位移,从而恢复原煤仓中原煤的重力流动。由于空气在原煤仓中的喷射是瞬时的,且每次使用气量有限,不会对原煤仓体结构造成破坏,并且也不会产生火花而导致原煤自燃,安全可靠。然而空气炮工作面积较小,如果堵塞部位不在空气炮工作区域内时,仍然达不到疏通效果,有较大的局限性。我厂曾在部分原煤仓上逐层加装数只空气炮,但收效甚微。

表1

5 改造具体情况

我厂#5炉E、F原煤仓主要由上部圆柱体、中部圆锥体、给煤机入口闸板门、下部直管段和伸缩节五部分组成,料斗堵煤一般发生在原煤仓出口闸板门上部1～2m范围内,同时原煤仓内大面积堋煤,形成鼠洞状,尤其在雨雪、冰冻天气时,更容易频繁发生堵煤,一旦发生堵煤,只能采取疏松机、空气炮、人工开孔进行疏通,然而这几种方式均未取得很好的效果。结合我厂实际情况及以上存在问题的分析,决定对给煤机上方6．5米左右高度原煤斗进行改造,改造为双曲线式原煤斗。

5.1 改造原理

双曲线原煤仓由多节等高或不等高圆台组合拼接而成,其截面收缩率可以保持不变或者变小,渐缩部分上部筒壁收缩较快,下部筒壁收缩较慢,筒壁非常陡峭,筒壁对原煤向上的支撑作用非常小,煤的流动阻力明显下降,且上部原煤对下部原煤的压力作用集中,这样,整个筒体原煤形成堋煤的可能性大大减小。而圆锥式原煤仓截面收缩率是一样的,下部尺寸较小部位筒体较双曲线形筒体陡度减小,对原煤向上的支撑作用显著增加,使原煤在这个部位很容易形成堋煤。当煤仓高度相同时,采用双曲线原煤仓的的煤仓避任一点的倾角比圆锥式壁面倾角大,煤向下流动的动力增加,煤的流动阻力减少,从而可以避免或减轻堵煤现象。

5.2 改造实施过程

将原给煤机上方6．5米左右高度原煤仓料斗进行拆除,包括伸缩节、下部直管段、给煤机入口闸板门、部分圆锥体,清空原煤仓内原煤,逐节对双曲线原煤斗进行焊接,安装仓壁振打气锤、双向电动插板门及不锈钢伸缩节。根据我厂具体情况,对双曲线原煤仓进行设计,原煤斗上口直径D=2500mm,下口直径d=630mm,高度h=6500mm,截面收缩率根据公式设计范围为0．29～0．39（图1、2)。

C＝(2/h)ln［(d+k)/(D+k＇)］

式中: C —— 截面收缩率

h —— 煤斗(圆台)高度

d —— 下口理论直径

D —— 上口理论直径

k,k＇——修正值

6 改造后效果

2012年5月我厂对#5炉E、F原煤仓进行改造,改造为双曲线原煤仓,并安装仓壁振打气锤、双向电动插板门及不锈钢伸缩节。表1为原煤仓改造前后同期堵煤次数比较。

改造以后运行至今,E、F原煤仓未再次发生严重堋煤现象,给煤机偶尔出现断煤现象,用仓壁振打气锤振打即可疏通,保证了E、F磨煤机的出力,确保机组安全稳定运行。

7 结语

近年来,由于煤质种类的不断变化以及配煤掺烧的实行,我厂#5、#6炉其余几台原煤仓均相继出现了堋煤的现象,有事甚至出现两台原煤仓同时断煤,对机组安全运行带来严重威胁。对原煤仓结构进行改造,可以从根本上解决原煤仓堋煤的问题,而且双曲线型原煤仓能更好的适应不同煤种,鉴于此,我厂对其余几台原煤仓均进行了改造,取得了很好的效果。