CFB锅炉给煤系统断煤改造与优化研究

火力发电厂锅炉给煤系统,通常指从锅炉原煤仓到炉膛的部分,承担着将煤炭输送至炉膛,供锅炉燃烧的任务,因此,给煤系统的通畅和连续平稳是燃煤发电机组**稳定运行的基础｡公司现装机4×90t/h循环流化床锅炉(CFB炉)+3×220t/hCFB锅炉+2×15MW背压式汽轮发电机组,供汽能力900t/h｡锅炉设计燃煤粒度≤10mm,并且d50=2mm的粒度分布50%(注:d50也叫中位径或中值粒径,样品累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径｡物理意义是粒径大于它的颗粒占50%,小于它的颗粒也占50%)｡CFB锅炉给煤系统生产流程,原煤仓→给煤机→落煤管→炉膛｡根据锅炉容量不同,设有不同数量的原煤仓和皮带式给煤机｡采用钢制倒锥形原煤仓,根据给煤机数量,原煤仓下部分隔成对应数量的小锥形煤斗,再以方圆节过渡料斗同给煤机连接,原煤通过给煤机落入落煤管,将原煤输送到炉膛,从而完成原煤的封闭输送｡

机组投运后,原煤仓搭桥棚煤､仓壁粘煤､给煤机容易积煤､皮带跑偏､落煤管频繁堵管,从原煤仓到落煤管整条给煤线无法连续平稳送煤,造成锅炉频繁断煤,燃烧不稳甚至灭火,不得不投油稳燃维持运行,不但影响发电和供热,更是机组**运行的严重隐患｡

（来源：微信公众号“循环流化床发电”）

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原因分析

1.1 原煤仓结构设计原因

造成给煤机进煤中断的形式主要有2种,即棚煤和积煤｡原煤在煤仓中搭接架桥形成棚煤,如同在煤仓内架起桥梁,将煤仓完全堵实,尽管棚煤点上方还有大量煤炭,但其下方已经空仓,造成给煤完全中断｡积煤是煤炭颗粒粘结在煤仓某处,堵塞部分煤仓截面,随着时间的推移,以*初的积煤点为中心沿仓壁向周向和轴向发展,*终形成连续的积煤带,煤流阻力越来越大,结果是煤仓四周的煤炭堆积不动,仅煤仓中间的煤炭向下流动,在煤仓中心形成“井筒”,原煤仓有效容积降低50%,仓中虽有大量煤炭,但大多是“死煤”,不得不频繁启动上煤系统向原煤仓补充煤炭,降低上煤系统经济性｡由于仅煤仓中心的煤流动,流动阻力大,下煤缓慢,时断时续,发电机组不得不低负荷运行｡

棚煤主要发生在原煤仓小锥形煤斗上部1m左右区域,积煤主要发生在小锥形煤斗到给煤机入口区段｡

原煤仓壁面倾角影响｡随着煤炭颗粒在原煤仓内向下流动,原煤仓流通截面逐渐缩小,挤压力随之增加,煤粒与煤粒之间､煤粒与仓壁之间的摩擦力越来越大,而煤粒沿仓壁流动的重力分力保持不变,随着煤的流动,锥形煤仓内的等效流动动力越来越小,因此,断煤大多发生在煤仓的中下部位｡

倒锥形原煤仓由不同倾斜角度的4个仓壁组成,显而易见,壁面倾角越大,煤粒与仓壁之间的摩擦力越小,流动性越好,越不容易积煤｡倒锥形原煤仓从上到下采用固定倾角设计,在原煤仓下部用中间分隔板分割成多个小煤斗,小煤斗壁面倾角往往更小,当煤粒流动到小煤斗时,煤粒与仓壁接触面积增大25%,煤粒流动动力突然减小,而中间分隔板如同煤层的支撑梁,因此,在小煤斗上部1m左右的位置经常棚煤｡

小锥形煤斗至给煤机入口段设计不合理｡由于原煤仓宽度与锅炉炉膛宽度不同,给煤机与原煤仓和锅炉就形成不同的连接角度,并且每台给煤机的连接角度各不相同｡小煤斗与给煤机之间2~3m范围内设有方圆节过渡段和插杆阀,以实现煤仓同给煤机不同截面和不同角度的过渡,插杆阀的设置是为了隔断煤流,以便给煤机检修维护｡这个区段截面不规则,四壁角度多变,煤层流动有死角;煤粒在该区段受四面摩擦,容易挂壁积煤,是断煤多发区段,是改造治理的关键部位｡

1.2 原煤仓无破堵措施

设计院对原煤仓防堵意识不足,没有设计任何破堵措施,投产后原煤仓断煤严重,不得不配备临时工在原煤仓值守,不断用大锤敲击和开孔拥投,仓壁凹凸不平,加剧堵煤,仍然无法保证供热和机组运行｡积煤严重时,定期安排人员进到煤仓内边运行边清理积煤,容易发生人员伤亡事故｡

原煤仓壁面粗糙,加重积煤｡根据设计图纸,原煤仓整体内衬3mm厚不锈钢板,由于使用效果不理想而没有铺设｡普通钢板壁面光洁度差,加之煤中含有硫､水分,钢板发生腐蚀和氧化,加重钢板的粗糙度,表面摩擦系数大,煤炭容易在仓壁粘附滞留｡

1.3 给煤机制造因素

(1)给煤机入口导料管通径小,制约煤炭通流｡给煤机入口往往采用正方形设计,其尺寸大小由给煤机皮带宽度决定,比给煤机皮带宽度略小｡给煤机同煤斗连接尺寸是500×500mm,而在给煤机内部导料管装有导料板和煤层整形阀,对煤流收缩和整形,以满足电子皮带秤计量需要,经收缩整形后的导料管通流口径只有300×600mm,此处流通面积突然缩小,截面收缩率*大,每次停炉检查,此处总有煤粒粘附板结,实际通流面积进一步缩小,是整个给煤线的卡脖子部位｡

(2)导料管漏煤,滚筒粘煤,皮带跑偏｡给煤机系耐压称重式皮带给煤机,采用环形裙边平皮带,皮带宽650mm,受炉膛正压影响,给煤机运行风压+1kPa左右｡为防止导料管与皮带摩擦而损坏皮带,导料管与皮带之间有80mm的间隙,当皮带上有煤炭时,该间隙达100mm｡断煤恢复时,煤炭从煤仓高处快速下落从导料管与皮带之间的空隙冲出散落到给煤机腔室内,频繁的断煤和恢复,*终造成大量煤炭堆积在给煤机内,卷入皮带与滚筒之间,粘附在滚筒上,造成皮带严重跑偏,触发保护动作而停运给煤机｡必须将锅炉负压抽到-2kPa,才能清理给煤机内积煤,严重影响机组的**性和经济性｡

1.4 播煤风输送能力差容易堵管

给煤机出口至炉膛这段管道是煤炭输送的*后阶段,虽然只有8m长度,但是,该段落煤管必须将垂直下落的煤炭转弯90°才能送进炉膛,转弯处播煤风的设置是影响落煤管积煤堵管的关键｡给煤机出口采用Dn325的圆形落煤管,落煤管中心线距离炉膛3.7m,煤炭自由下落的动能不足以让煤炭运动进入炉膛,由于播煤风管结构设计不科学,不能将燃煤输送到炉膛,造成煤炭沉积而堵管｡

1.5 煤质劣化加剧断煤

煤炭是成份复杂的石化燃料,不同产地的煤炭其发热量､挥发分灰分､水分等差异很大｡煤炭颗粒的大小､灰分的大小及其组成､水分含量对煤炭的流动性和粘结性起决定性影响｡颗粒度越小､灰分越大､水分越大,煤炭粘结性越强,越容易堵煤｡

CFB锅炉原煤仓储存的是粒径10mm以下的小颗粒煤炭,根据锅炉厂筛分要求粒径2mm以下的占比>50%,整体性状以粉状颗粒为主｡当前煤炭供应完全市场化,电厂燃煤很少有稳定的设计煤种供应,绝大多数来自不同的供应商并且还是不同煤炭的混合煤,有的还掺有煤泥,因此,电厂来煤成分复杂,质量多变｡另外,为降本增效,电厂自身也寻求掺烧煤泥,煤泥是原煤洗选的副产物,其特点是粉末化､灰分大､水分高｡如此,电厂燃煤的变化趋势是颗粒度趋小,灰分和水分趋高,使煤颗粒间更密实,颗粒间咬合能力增强,流动性变差,粘结性变强,加重棚煤和积煤｡

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改进措施

2.1 加大小锥形煤斗壁面倾角

实践表明,积煤从原煤仓下1/3位置出现,而且,越往煤仓下部积煤越严重,越密实｡原煤仓4个仓壁倾斜角度各不相同,壁面倾角越小积煤越多,壁面倾角*大的基本没有积煤,因此,壁面倾角较小的仓壁是改造的重点｡突破壁面倾角上下一致的设计,采取变倾角理念,在给煤机上部3m位置加大倾角,将90t/h锅炉原煤仓四个壁面倾角63.6°,67.8°,83.3°和86.2°,分别加大到83°,81°,85°和90°;220t/h锅炉煤仓倾角从69.5°,69.6°,72.2°和81.8°,分别加大到90°,83°,90°和85°｡随着煤向出口流动,当煤粒向下流动到该处时,壁面倾角变大,重力在壁面的挤压分力变小,等效流动动力增大,降低煤粒在壁面的粘附率｡

2.2 取消方圆节等过渡件

取消方圆节和内置式插杆阀等标准型结构件,根据现场条件,量身配制非标准型连接件,重新制作安装外置式插杆阀,同时,将给煤机入口通道由500×500mm扩大到920×1900mm,入口尺寸*大化,给煤通道平顺,无死角｡

2.3 综合配置破堵设备

原煤仓常见的破堵设备有多种,如空气炮､疏松机､振打器､旋转料斗以及中间给煤机等等,价格差异很大,低的几千元,高的几十万元｡每种破堵设备各有各自的适用性,破堵效果各不相同,与煤仓结构､煤炭特性､设备选型布局的科学性等直接相关,往往采取组合配置的措施,以便取得理想效果｡空气炮由储气罐､电磁阀､控制系统组成,工作原理是在储气罐里充储压缩空气,在电磁阀的控制下,压缩空气瞬间喷射到堵煤点上,给堵煤点一个很大的冲击力,将堵煤点冲破,从而达到破堵的目的｡气流冲击力的大小由储气罐的容量决定｡振打器的工作原理是利用偏心电机旋转产生的击振力对仓壁振打,破坏煤粒间的结合力,实现破堵｡经过广泛调研,*终采用空气炮+振打器的组合措施,空气炮分层安装在原煤仓中下部,主要排除上部棚煤或积煤;振打器安装在给煤机上部,主要取代人工敲击和拥投,消除轻微性断煤｡

2.4 煤仓内衬阻燃型超高分子量聚乙烯板

原煤仓内衬材料有不锈钢板､超高分子量聚乙烯板(UHMWPE)､微晶板等,其中超高分子量聚乙烯板应用*广｡超高分子量聚乙烯板具有良好的耐冲击性､自润滑性､耐腐蚀性､抗磨性,其摩擦系数极低(0.05~0.11),并且重量轻,施工简单｡仅在容易棚煤和积煤的煤仓下部1/3范围内铺设,即节约了费用,又解决了断煤难题｡

2.5 加大导料管通径

原煤仓倾角和给煤机入口区段改造后,给煤机导料管就成为煤炭通流的瓶颈了｡延长给煤机本体和皮带,将煤层整形阀后移,将导料管300×600mm扩大到500×1900mm,改造后,从小锥形煤斗到给煤机导料管整条通道截面形状和面积基本保持不变,连续平缓,畅通无死角｡

利用废旧皮带将导料管与给煤机之间的间隙完全封堵,同时,沿给煤机长度方向加装通长的封闭挡板,将给煤机改造成完全封闭的煤炭输送通道,避免煤炭散落在给煤机腔室内,引起皮带跑偏而故障停运｡

2.6 缩短落煤管输送距离

重新配置落煤管,采用380×510mm方形落煤管,将落煤管与炉膛距离缩短由3.7m缩短至1.1m,将落煤管转弯角度由125°加大到156°;同时,将播煤风改为两级鸭嘴形播煤风,**级在落煤管转弯处,其作用是在转弯处产生一个气垫,上部落下的煤粒落在气垫上而不是管壁上,**级布置在落煤管底部接近炉膛的位置｡采用360×50mm鸭嘴形风口,射流扁平,风速高,刚性好,输送距离长｡

2.7 树立科学的生产管理理念

机组运行中,原煤仓长时间保持高料位,个别区域流动不畅的煤炭容易受挤压板结,因此,树立科学的设备管理理念,制定定期降煤(将煤仓料位降低至*低)制度,消除“死煤”;停机检修时将煤仓烧空,彻底清仓｡运行中,给煤机断煤时,不要快速大幅度加大其他给煤机的给煤量,避免引起其他给煤机堵煤,而加重对机组**性的影响｡

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改造效果

从2013年开始,陆续投资19万元对锅炉给煤系统技术改造,经过近2年的不断完善,解决了长期困扰机组**运行的难题｡改造后,断煤次数由每天96次降至每天2~4次;锅炉燃烧稳定,达标排放再也没有被环保部门考核;撤销了原煤仓值班人员;大幅减少输煤系统上煤频次,提高输煤经济性;还减轻运行人员劳动强度｡更重要的是锅炉可以全部燃用煤泥,仅此一项每年可以减少燃煤成本1530万元｡机组运行指标和**文明生产水平明显好转｡改造前后机组运行指标对比见表1｡

CFB锅炉给煤系统断煤改造与优化研究

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结论与探讨

CFB锅炉给煤系统系原煤仓至锅炉炉膛的给煤工作线,由原煤仓､给煤机､落煤管等组成｡影响断煤的因素很多,主要有原煤仓壁面倾角､内衬材料､煤质､给煤机导料管､落煤管结构等等｡通过对各个环节技术改造,并且采取因地制宜的组合措施,可以解决断煤难题,同时产生可观的经济效益｡消除断煤的主要措施有加大原煤仓壁面倾角､内衬阻燃型UHMWPE､配置破堵设备､优化给煤机及落煤管结构､调整生产管理等｡

给煤系统断煤是火力发电机组普遍存在的问题,也是机组**经济运行的隐患｡而很多火力发电建设项目,重复出现“投产之日既是改造之时”的局面｡在机组建设初期,设计院应进行广泛的调研,转变设计理念,突破传统的设计方案思维定势,将成熟的技改方案融入到设计当中,节省改造费用,避免重复投资,降低造价｡

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