火電廠原煤倉堋煤解決方案淺析

張俊鵬

(大唐淮南洛河發(fā)電廠,安徽淮南 232000)

火電廠原煤倉堋煤解決方案淺析

張俊鵬

(大唐淮南洛河發(fā)電廠,安徽淮南 232000)

針對我廠兩臺600MW火力發(fā)電機(jī)組中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng),其配套原煤倉因結(jié)構(gòu)不合理、原煤水份大等因素,經(jīng)常發(fā)生原煤倉堋煤導(dǎo)致給煤機(jī)斷煤現(xiàn)象,經(jīng)過調(diào)研,找出原因并對原煤倉下部煤斗進(jìn)行改造,消除了原煤倉堋煤的缺陷。

直吹式制粉系統(tǒng) 原煤倉 堋煤 圓錐式 雙曲線

1 概述

近年來,隨著我國電力技術(shù)的迅猛發(fā)展,國產(chǎn)600MW及600MW以上火力發(fā)電機(jī)組已日漸成熟,該容量機(jī)組一般均采用正壓直吹式制粉系統(tǒng),直吹式制粉系統(tǒng)和傳統(tǒng)的中間倉儲式制粉系統(tǒng)相比,系統(tǒng)簡單,沒有細(xì)粉分離器、粉倉、可調(diào)給粉機(jī)等設(shè)備；且在貧煤燃燒的著火、穩(wěn)燃、燃盡方面具有明顯的優(yōu)勢。然而,一旦發(fā)生給煤機(jī)斷煤,對機(jī)組的安全穩(wěn)定運行將造成很大的影響。

原煤倉是火力發(fā)電廠上煤系統(tǒng)極為重要的構(gòu)件,對于直吹式制粉系統(tǒng)來說,原煤倉更是起著至關(guān)重要的作用。各個火力發(fā)電廠原煤倉的形狀基本相同,上部呈方形、圓柱形,下部呈方錐、圓錐及雙曲線形。上口大,下口小,原煤顆粒自上而下靠自重流動。

原煤顆粒在倉中滯流堵塞,已是各個火電廠在運行期間頻繁遇到的問題,尤其在梅雨季節(jié)堵塞問題更為嚴(yán)重。特別是對于正壓直吹式制粉系統(tǒng)原煤斗發(fā)生斷煤、堵煤,造成屏式過熱器壁溫難以控制,經(jīng)常發(fā)生超溫、增加鍋爐穩(wěn)燃用油、機(jī)組降負(fù)荷,嚴(yán)重時造成鍋爐滅火、機(jī)組非停等不安全事件的發(fā)生。

2 設(shè)備現(xiàn)狀

我廠＃5機(jī)組為600MW超臨界機(jī)組,于2007年10月正式投產(chǎn),采用600MW超臨界壓力直流鍋爐,鍋爐制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng),每臺爐配備6臺北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZGM-113N型中速輥式磨煤機(jī),每臺磨煤機(jī)配1臺電子稱重式給煤機(jī)和1臺鋼結(jié)構(gòu)圓錐式原煤倉,給煤機(jī)布置在爐前17．4m的運轉(zhuǎn)層,原煤倉幾何容積668m3,有效容積568m3,自#5機(jī)組投產(chǎn)以來,6臺給煤機(jī)均出現(xiàn)頻繁斷煤,原煤倉內(nèi)大面積堋煤現(xiàn)象,使E、F磨煤機(jī)不能正常制粉,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

3 存在問題分析

3.1 原煤倉結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計不盡合理

3.1.1 原煤倉料斗形式

原煤倉料斗常用結(jié)構(gòu)形式有方錐式、圓錐式、雙曲線式等,每種形式各有其特點。

圖 1 改造前原煤倉示意圖

圓錐型原煤倉料斗沿煤的流動方向流通截面積逐漸變小,擠壓力變大,煤粒與倉壁、煤粒之間的摩擦力也越來越大,促使煤沿壁面流動的重力分力則不變,故隨著煤的流動,錐形原煤倉內(nèi)的等效流動動力越來越小。特別是在煤粒含水量較大、團(tuán)聚性很強(qiáng)的情況下,煤在倉體內(nèi)的流動就更加困難,結(jié)拱堵塞的幾率就大大增加。方錐式與圓錐式原理基本相同,其斗壁四角附近原煤受“雙面摩擦”和擠壓的作用,易長期粘接在斗壁角落內(nèi),在同樣半頂角的情況下,較圓錐式原煤倉更易積煤。

雙曲線型原煤倉料斗隨著煤向出口的流動,斗壁的傾角加大,促使煤沿壁面流動的重力分力逐漸變大,重力對壁面的擠壓力分力逐漸變小,與錐型原煤倉相比,其等效流動動力隨煤的流動下降較慢。從原理上來說,這種形式的原煤倉堵塞幾率相對較小。但在實踐中,當(dāng)煤的含水量增加到一定值,其堵塞的幾率會迅速增加。

3.1.2 原煤倉尺寸

對于錐形原煤倉,倉壁半頂角越小,越利于煤粒流動。對于雙曲線型原煤倉,截面收縮率越小,越利于煤粒流動。在原煤倉初設(shè)的時候,原煤倉的半頂角、面積收縮率是根據(jù)設(shè)計煤種確定的。在考慮倉體容積和投資的因素外,原煤倉防堵塞的因素也一并考慮。但是,當(dāng)項目建成投產(chǎn)以后,大部分電廠的煤質(zhì)根本無法保證,嚴(yán)重偏離設(shè)計煤種,再加上下雨、下雪、結(jié)凍等不可控的環(huán)境因素,原來設(shè)計不堵煤的煤倉開始頻繁堵煤。

3.2 煤質(zhì)種類及環(huán)境因素

原煤倉內(nèi)部煤的流動狀態(tài)(漏斗流流動、整體流動)不僅決定于原煤倉料斗形式和尺寸,而且更取決于煤質(zhì)本身。在設(shè)計煤種情況下,原煤倉內(nèi)部煤的流動成整體流流動,但是在煤質(zhì)發(fā)生變化(水分增加、團(tuán)聚性強(qiáng))后,原煤倉內(nèi)部煤的流動就從整體流流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變成漏斗流流動。不同的煤種,其團(tuán)聚性不同,煤團(tuán)聚性的不同直接影響了原煤倉的堵煤狀況。？煤水分也是影響原煤倉堵煤的一個重要因素。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)煤的含水量(外在水分)達(dá)到8%時,有些設(shè)計不合理的原煤倉就開始出現(xiàn)堵煤；當(dāng)煤的含水量達(dá)到10%時堵煤比較嚴(yán)重；當(dāng)煤的含水量達(dá)到12%時堵煤就相當(dāng)嚴(yán)重了,水分增加會增加煤的團(tuán)聚性。

4 堋煤治理方案論證

圖2 改造后原煤倉示意圖

為解決原煤倉堵煤問題,國內(nèi)外電力行業(yè)在這方面采取了多種輔助措施,如疏松機(jī)、空氣炮、原煤倉防堵機(jī)等清堵助流裝置的加裝等。

4.1 疏松機(jī)

疏松機(jī)采用液壓驅(qū)動,由液壓油泵、油缸、犁煤器等組成,當(dāng)原煤倉發(fā)生堵塞時,疏松機(jī)即啟動運行,在設(shè)定好的運行時間內(nèi),通過油缸帶動犁煤器完成幾次上下往復(fù)運動,犁煤器的上下動作,破壞了煤層和倉壁之間的結(jié)合力和煤層的相互棚架作用,從而恢復(fù)原煤的重力流動。疏松機(jī)犁煤器安裝于原煤倉內(nèi)部,其工作時從原煤根部進(jìn)行疏松,解決堵塞徹底,并且疏松面積大,但是當(dāng)疏松機(jī)不工作時容易引起新的堵塞,并且原煤倉內(nèi)部犁煤器部分易損壞,維修工作量大。我廠在原煤倉設(shè)計時即安裝有疏松機(jī),但實際使用中效果較差,相反由于犁煤器掛煤而導(dǎo)致原煤倉發(fā)生堵塞。

4.2 空氣炮

空氣炮是利用空氣動力原理,工作介質(zhì)為壓縮空氣,瞬間將空氣的壓力能轉(zhuǎn)變成空氣射流動力能,可以產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力,當(dāng)原煤倉發(fā)生堵塞時,快速打開空氣炮儲氣罐的噴射口,空氣炮儲氣罐內(nèi)氣體受壓力差的作用,形成高速噴出的強(qiáng)烈氣流,氣流產(chǎn)生的沖擊力作用于煤倉內(nèi)的原煤上,使粘結(jié)、壓實、結(jié)拱的原煤產(chǎn)生破裂和位移,從而恢復(fù)原煤倉中原煤的重力流動。由于空氣在原煤倉中的噴射是瞬時的,且每次使用氣量有限,不會對原煤倉體結(jié)構(gòu)造成破壞,并且也不會產(chǎn)生火花而導(dǎo)致原煤自燃,安全可靠。然而空氣炮工作面積較小,如果堵塞部位不在空氣炮工作區(qū)域內(nèi)時,仍然達(dá)不到疏通效果,有較大的局限性。我廠曾在部分原煤倉上逐層加裝數(shù)只空氣炮,但收效甚微。

表1

5 改造具體情況

我廠#5爐E、F原煤倉主要由上部圓柱體、中部圓錐體、給煤機(jī)入口閘板門、下部直管段和伸縮節(jié)五部分組成,料斗堵煤一般發(fā)生在原煤倉出口閘板門上部1～2m范圍內(nèi),同時原煤倉內(nèi)大面積堋煤,形成鼠洞狀,尤其在雨雪、冰凍天氣時,更容易頻繁發(fā)生堵煤,一旦發(fā)生堵煤,只能采取疏松機(jī)、空氣炮、人工開孔進(jìn)行疏通,然而這幾種方式均未取得很好的效果。結(jié)合我廠實際情況及以上存在問題的分析,決定對給煤機(jī)上方6．5米左右高度原煤斗進(jìn)行改造,改造為雙曲線式原煤斗。

5.1 改造原理

雙曲線原煤倉由多節(jié)等高或不等高圓臺組合拼接而成,其截面收縮率可以保持不變或者變小,漸縮部分上部筒壁收縮較快,下部筒壁收縮較慢,筒壁非常陡峭,筒壁對原煤向上的支撐作用非常小,煤的流動阻力明顯下降,且上部原煤對下部原煤的壓力作用集中,這樣,整個筒體原煤形成堋煤的可能性大大減小。而圓錐式原煤倉截面收縮率是一樣的,下部尺寸較小部位筒體較雙曲線形筒體陡度減小,對原煤向上的支撐作用顯著增加,使原煤在這個部位很容易形成堋煤。當(dāng)煤倉高度相同時,采用雙曲線原煤倉的的煤倉避任一點的傾角比圓錐式壁面傾角大,煤向下流動的動力增加,煤的流動阻力減少,從而可以避免或減輕堵煤現(xiàn)象。

5.2 改造實施過程

將原給煤機(jī)上方6．5米左右高度原煤倉料斗進(jìn)行拆除,包括伸縮節(jié)、下部直管段、給煤機(jī)入口閘板門、部分圓錐體,清空原煤倉內(nèi)原煤,逐節(jié)對雙曲線原煤斗進(jìn)行焊接,安裝倉壁振打氣錘、雙向電動插板門及不銹鋼伸縮節(jié)。根據(jù)我廠具體情況,對雙曲線原煤倉進(jìn)行設(shè)計,原煤斗上口直徑D=2500mm,下口直徑d=630mm,高度h=6500mm,截面收縮率根據(jù)公式設(shè)計范圍為0．29～0．39（圖1、2)。

C＝(2/h)ln［(d+k)/(D+k＇)］

式中: C —— 截面收縮率

h —— 煤斗(圓臺)高度

d —— 下口理論直徑

D —— 上口理論直徑

k,k＇——修正值

6 改造后效果

2012年5月我廠對#5爐E、F原煤倉進(jìn)行改造,改造為雙曲線原煤倉,并安裝倉壁振打氣錘、雙向電動插板門及不銹鋼伸縮節(jié)。表1為原煤倉改造前后同期堵煤次數(shù)比較。

改造以后運行至今,E、F原煤倉未再次發(fā)生嚴(yán)重堋煤現(xiàn)象,給煤機(jī)偶爾出現(xiàn)斷煤現(xiàn)象,用倉壁振打氣錘振打即可疏通,保證了E、F磨煤機(jī)的出力,確保機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

7 結(jié)語

近年來,由于煤質(zhì)種類的不斷變化以及配煤摻燒的實行,我廠#5、#6爐其余幾臺原煤倉均相繼出現(xiàn)了堋煤的現(xiàn)象,有事甚至出現(xiàn)兩臺原煤倉同時斷煤,對機(jī)組安全運行帶來嚴(yán)重威脅。對原煤倉結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,可以從根本上解決原煤倉堋煤的問題,而且雙曲線型原煤倉能更好的適應(yīng)不同煤種,鑒于此,我廠對其余幾臺原煤倉均進(jìn)行了改造,取得了很好的效果。