制粉系統(tǒng)原煤斗防堵方案研究

摘要：本文結(jié)合現(xiàn)行規(guī)程對(duì)原煤斗設(shè)計(jì)的規(guī)定，并從部分工程現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的煤斗堵塞的原因入手，分析煤斗堵塞的原因，推薦在滿足煤斗儲(chǔ)煤量的前提下，選擇合理的煤斗形狀，結(jié)構(gòu)尺寸及下部小斗結(jié)構(gòu)，并闡述了各種防堵措施的適用性，為煤斗防堵提供了合理的設(shè)計(jì)方案。

制粉系統(tǒng)是燃煤火力發(fā)電廠的重要組成部分，其運(yùn)行通暢與否直接影響鍋爐運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。而原煤斗堵煤導(dǎo)致制粉系統(tǒng)中斷的情況又是火電廠經(jīng)常遇到的問題。當(dāng)煤斗出現(xiàn)堵塞不能自動(dòng)或連續(xù)均勻下煤時(shí)會(huì)引發(fā)一系列問題，如給煤機(jī)斷煤，燃燒火焰失穩(wěn)及運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)等。如果處理不好還會(huì)導(dǎo)致鍋爐滅火，重者引起煤斗自燃，甚至爆炸，影響正常生產(chǎn)。因此原煤斗堵煤?jiǎn)栴}已經(jīng)成為影響部分火電廠穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，如何采取有效的措施解決煤斗堵煤已成為火力發(fā)電廠重點(diǎn)關(guān)注的問題。

對(duì)于原煤斗堵煤的問題，各電廠都想盡了很多方法，甚至部分電廠采取的辦法是派專人在煤斗旁邊看守，人工敲打原煤斗疏通。因此，查明原因，找出合適的方法解決原煤斗堵謀問題對(duì)于火電廠的穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。

1 煤斗堵塞的原因分析

1.1 根據(jù)DL/T 5145-2002 “火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定”8.1.2，大容量鍋爐的原煤倉(cāng)圓錐形出口段與水平面交角不應(yīng)小于60°；對(duì)于褐煤及黏性大或易燃的煙煤，壁面與水平面交角不應(yīng)小于70°，這樣就會(huì)使得煤斗漏斗段的高度遠(yuǎn)大于直徑，即形成煤斗漏斗段高的型式-上口大，下口小，煤斗越往下，面積越小，若沒有外力作用，僅靠自重力自上而下流動(dòng)，當(dāng)摩擦系數(shù)不變，煤越往下流動(dòng)，在上層煤的重力作用下，煤與煤的摩擦力、煤與倉(cāng)壁的摩擦力、倉(cāng)壁對(duì)煤的擠壓力越大，且煤層高度越高，煤體對(duì)煤斗側(cè)壁的壓力越大，摩擦力越大，使煤固結(jié)強(qiáng)度增加而導(dǎo)致起拱，形成我們常見的壓縮拱。另外煤粉在煤斗中降落時(shí)，因截面的收縮而逐漸密實(shí)導(dǎo)致結(jié)拱。

1.2 煤粉顆粒較小，只要水分稍大，尤其是雨季，煤斗易生銹，煤的粘附力較大，極易粘附于斗壁上，原煤斗易堵煤，形成芯流狀態(tài)。此狀態(tài)下只是由于水分增加，總體顆粒度變小導(dǎo)致內(nèi)摩擦力增加過大造成的。

1.3常見的冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)為正壓運(yùn)行系統(tǒng)，通過給煤機(jī)落煤管傳到煤斗下部出口的壓強(qiáng)有1000 Pa 以上，產(chǎn)生的阻力N = P ×S = 1000×0.7×0.75= 525N，所以產(chǎn)生氣壓平衡拱的可能性也很大。這樣形成了常說的氣壓平衡拱。

上述3種類型的結(jié)拱如圖：

1.3-1 3種煤斗結(jié)拱類型

2 原煤斗線型優(yōu)化

2.1 增大煤斗出口面積

根據(jù)上述分析，煤斗出口尺寸對(duì)煤斗堵煤有很大的影響，解決堵煤最簡(jiǎn)單而有效的一個(gè)辦法就是加大煤斗出口面積，而煤斗出口與給煤機(jī)進(jìn)口相連，這一尺寸受給煤機(jī)帶寬限制，并無很大優(yōu)化空間，但是通過與給煤機(jī)廠家配合后給煤機(jī)進(jìn)口尺寸可適當(dāng)增大。

2.2煤斗上口形狀的選擇

傳統(tǒng)鋼煤斗就其外形來看，主要分為普通矩形煤斗和圓筒形煤斗，圓形煤斗由于其單位容積用鋼量少，受力合理明確，可充分發(fā)揮鋼材的受拉特性，且落煤性能優(yōu)于矩形煤斗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用，但隨著火電廠朝大容量、超超臨界機(jī)組方向發(fā)展，大機(jī)組對(duì)煤斗的容量也隨之大幅度提高，如仍簡(jiǎn)單的采用圓形煤斗，就會(huì)產(chǎn)生煤斗本體高度過高，皮帶層標(biāo)高隨之上升，從而導(dǎo)致電廠煤倉(cāng)間框架的造價(jià)增加。

以往火力發(fā)電廠主廠房布置常采用爐前內(nèi)煤倉(cāng)布置形式，即汽機(jī)房，除氧間，煤倉(cāng)間四列式布置，這種布置形式，通常是煤斗在煤倉(cāng)間呈一字排開，煤倉(cāng)間采用兩條皮帶連續(xù)上煤或定點(diǎn)上煤，圓形煤斗和矩形煤斗均滿足上煤要求。隨著火電廠朝大容量、超超臨界機(jī)組方向發(fā)展，主廠房布置形式也發(fā)生了變化，國(guó)內(nèi)越來越多的電廠采用了緊湊型布置，煤倉(cāng)間由爐前內(nèi)煤倉(cāng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)煤倉(cāng)，即煤倉(cāng)間位于兩臺(tái)鍋爐之間，這種方案煤斗呈兩列布置，通常煤倉(cāng)間布置3條皮帶，兩臺(tái)爐的煤斗共用中間一條輸煤皮帶機(jī)，若煤斗上部仍采用圓形就很難滿足此要求，因此煤斗上口一般做成矩形。

2.3煤斗線型優(yōu)化

在煤斗容積滿足設(shè)計(jì)煤小時(shí)數(shù)的前提下，適當(dāng)降低皮帶層標(biāo)高，可降低煤倉(cāng)間容積，從而降低工程造價(jià)。

相對(duì)來說，雙曲線型小煤斗有著更好的受力情況，也有利于防止堵煤，但是雙曲線在制作工藝上較為復(fù)雜，特別是空間利用率上較錐形煤斗差，使皮帶層標(biāo)高升高，我院近期部分大容量機(jī)組均采用了錐形小煤斗，已經(jīng)投入運(yùn)行的華潤(rùn)電力（賀州）有限公司一期2×1000MW機(jī)組，華能岳陽電廠三期2×600MW等，煤斗下部均采用的是錐形小煤斗，運(yùn)行情況良好，現(xiàn)場(chǎng)并未反映堵煤。因此，只要煤斗與水平角度滿足規(guī)程要求，并輔以其他防堵措施（本文后述部分將介紹），下部煤斗無須采用空間利用率不高的雙曲線小煤斗。因此，建議煤斗選取近似雙曲線形狀的圓錐型小煤斗。

常規(guī)的煤斗都有一個(gè)對(duì)稱中心，從受力角度分析，煤斗的對(duì)稱中心也是煤斗對(duì)原煤作用力的匯聚中心，有著這樣一個(gè)合力對(duì)于煤粉的流動(dòng)來說，對(duì)于煤粉的流動(dòng)來說是非常不利的。

如果能設(shè)計(jì)一種煤斗，沒有這樣的匯聚中心，將會(huì)對(duì)防止煤斗堵煤產(chǎn)生一定積極的影響。

為防止堵煤，煤斗壁面與水平面交角要求較大，按照?qǐng)A錐形小煤斗高度已經(jīng)很高，若圓錐形小煤斗段采用不對(duì)稱中心結(jié)構(gòu)，小煤斗段高度將會(huì)更高，勢(shì)必會(huì)增加煤斗總體高度，從而提高皮帶層標(biāo)高，而如前分析，小煤斗段高度過高對(duì)煤斗防堵是不利的，若方圓節(jié)段采用不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，也會(huì)較大幅度的提高煤斗的高度，因此建議采用上部矩形中心線與中部方圓節(jié)及小煤斗中心線不重合。

3 防止煤斗堵煤其他措施

3.1 人工敲打原煤斗疏通

人工敲打原煤斗疏通勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，而且經(jīng)常事倍功半，時(shí)而有影響機(jī)組帶負(fù)荷的情況發(fā)生，也與現(xiàn)在精簡(jiǎn)人員，提高效率的集控運(yùn)行方式不符。另外，人工敲打?qū)Χ旅簳r(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，則無濟(jì)于事，必須進(jìn)入原煤斗內(nèi)部進(jìn)行徹底清理。

3.2 安裝倉(cāng)壁振打器

根據(jù)原煤斗結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)情況，最易起拱和堵塞部位是安裝倉(cāng)壁振打器重點(diǎn)部位。當(dāng)發(fā)生堵煤時(shí)，倉(cāng)壁振打器動(dòng)作，便產(chǎn)生了對(duì)原煤斗壁的周期性高頻振動(dòng)，由于倉(cāng)壁振打器的周期性振動(dòng)，一方面使原煤與倉(cāng)壁脫離接觸、消除原煤與倉(cāng)壁的摩擦，另一方面使原煤受交變速度和加速度的影響，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而有效地克服原煤的內(nèi)摩擦力和聚集力，使煤斗落煤通暢。

3.3采用煤斗內(nèi)襯

煤斗的內(nèi)襯材料必須保證煤斗的完整性，同時(shí)應(yīng)能經(jīng)受煤的經(jīng)常沖擊和摩擦，因此要求內(nèi)襯材料抗沖擊、耐磨擦、耐腐蝕、表面光滑等，還要考慮經(jīng)濟(jì)合理，目前，煤斗的內(nèi)襯材料有如下幾種。

3.3.1輝綠巖鑄石板 具有摩擦系數(shù)小、耐磨、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其性脆、抗沖擊性能差，維修較困難。

3.3.2鑄鐵塊 造價(jià)低，耐磨性好，但性脆易砸壞，故較少使用。

3.3.3不銹鋼鋼板 抗沖擊、光滑及耐磨等性能好。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)運(yùn)行的電廠大多采用不銹鋼內(nèi)襯板。

3.3.4 UHMW-PE型超高分子聚乙烯塑料板

1）磨損率較低；2）煤塊與UHMW-PE之間摩擦系數(shù)低，這樣煤斗內(nèi)的煤形成均勻流態(tài)，從而不易堵煤；3）具有一定的耐沖擊的強(qiáng)度，但此種內(nèi)襯煤斗施工難度高，價(jià)格偏高，本身具有可燃性。

3.4空氣炮清堵

空氣炮利用空氣動(dòng)力原理，介質(zhì)為壓縮空氣，由一差壓裝置和可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的電磁閥、瞬間將空氣的壓力能轉(zhuǎn)變成空氣射流動(dòng)力能，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力。當(dāng)原煤斗發(fā)生堵塞時(shí)，快速打開空氣炮儲(chǔ)氣嘴的噴射口，空氣炮儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓縮氣體受壓力差的作用，形成高速噴出的強(qiáng)烈氣流。

這種突然釋放的超音速氣流所產(chǎn)生的沖擊力作用在煤斗內(nèi)的物料上，克服了物料的摩擦，使粘結(jié)、壓實(shí)、拱的物料產(chǎn)生破裂和位移，從而恢復(fù)了倉(cāng)中堵塞煤粒的重力流動(dòng)。一般整套的空氣炮組件是由儲(chǔ)氣罐、氣缸、電磁閥以及相關(guān)的管路閥門等組成。

一般最易起拱，堵塞的部位往往是在垂直倉(cāng)壁與錐形料斗的結(jié)合部以及下部給煤機(jī)入口的方圓節(jié)處，所以布置空氣炮的重點(diǎn)也應(yīng)在此區(qū)域。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，在最易發(fā)生堵塞的部位按角度、分層次布置空氣炮若干臺(tái)，以組成一個(gè)操作系統(tǒng)來工作。

3.5 煤斗疏松機(jī)清堵方法

疏松機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)，由液壓泵站，刮板，電控系統(tǒng)，斷煤信號(hào)等組成，疏松器刮板緊貼煤斗內(nèi)壁，依靠上部液壓缸及其連接管路帶動(dòng)疏松器的疏松刮板，沿煤斗內(nèi)壁上下往返運(yùn)動(dòng)，切除、破壞堵煤的洞拱基礎(chǔ)，使之崩潰，達(dá)到疏松目的。在原煤斗外部設(shè)置油箱，與原煤斗內(nèi)安裝的液壓缸通過管路連接，液壓動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力大、換向平穩(wěn)，使堵煤的洞拱基礎(chǔ)的切除、破壞更加徹底。

如上所述，人工敲打原煤斗疏通勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，而且經(jīng)常事倍功半，也與現(xiàn)在精簡(jiǎn)人員，提高效率的集控運(yùn)行方式不符。

在原煤斗外壁上裝設(shè)振打器，只要裝設(shè)位置合適，會(huì)達(dá)到一定的疏通效果。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和維修，缺點(diǎn)就是疏通無效時(shí)振動(dòng)反而加重堵塞，另外對(duì)設(shè)備的損害也較大。

采用空氣炮需要配置壓力容器、提供壓縮空氣，布置、系統(tǒng)都很復(fù)雜，即使對(duì)單個(gè)原煤斗也要采用多套裝置，同時(shí)還存在外力不均勻，局部作用的缺點(diǎn)。

煤斗加內(nèi)襯是通過降低外摩擦力來處理蓬煤，但如果內(nèi)襯受到?jīng)_刷磨損，表面粗糙度增加，摩擦系數(shù)增大，就會(huì)對(duì)解決堵煤起不到很大的作用，僅僅通過增加煤斗內(nèi)襯而不加裝其他措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

煤斗疏松機(jī)是通過進(jìn)行內(nèi)部擾動(dòng)，“協(xié)助”原煤克服外摩擦力，同時(shí)起到誘導(dǎo)活化原煤的作用，削弱內(nèi)摩擦力，不發(fā)生蓬煤。采用疏松裝置改動(dòng)工作量較小，且能夠自動(dòng)工作。

4 結(jié)論

（1）煤斗內(nèi)儲(chǔ)存的煤粒度一般較小，因此煤斗易堵，燃用水分小的煤是防堵的有效措施之一，有條件時(shí)加大干煤棚的面積。

（2）煤斗進(jìn)出口尺寸盡量不要相差太大，以便形成整體流。煤斗線型應(yīng)盡量采用等截面變化率的雙曲線或近似雙曲線的圓錐型煤斗。

（3）降低煤斗高度，減少煤斗的垂直摩擦力。

（4）原煤斗堵煤一般采用疏松裝置較為適宜，可以有效地解決蓬煤。

作者簡(jiǎn)介：

徐志英（1982.11-），女，湖北武漢，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)。