火力发电厂煤仓防堵技术的研究及运用

吴升春

(神华福能发电有限责任公司，泉州 362712)

0 引 言

火力发电厂原煤仓堵煤是火电行业在的问题，由于堵煤原煤不能正常输入锅炉进而影响整个机组的负荷和安全运行，严重时甚至会造成锅炉暂时断煤，不得不直接投油助燃。

燃煤电厂中常见的堵塞的位置，根据原煤仓设计结构的不同可总结为两个部分，对于传统的 原煤仓，即上部分圆柱形，下部分为圆锥形结构形式或者通体纯圆锥形结构形式，其常见的堵煤点是原煤斗与落煤管的交接处、落煤管、闸门处，通常在煤闸门上口1.5米左右位置；对于双曲线形原煤仓，其常见堵煤点是上部柱形仓或锥形仓与下部双曲线原煤斗的交接处，通常是由于双曲线原煤斗的初始角度过小，造成原煤在煤仓与煤斗的交接处堆积，造成流通面积减小而行成堵塞。

造成煤仓堵煤的原因主要在于原煤仓的设计，煤自身特性因素等，而原煤仓堵煤一般分为静力拱堵煤和粘结堵煤，针对堵煤原因及堵塞形式，目前国内外常见的防治方式有在煤仓下设置双曲线煤斗、敷设光滑衬板、机械疏通(加装输送机，振打器)、空气炮，旋转防堵机等。多年的应用结果表明，传统的解决方法具有一定效果，但都存在一定局限性，无法彻底解决煤仓堵煤难题。

1 防治堵煤的常见方式

1.1 双曲线式煤斗防堵

原煤仓设计以矩形椎形和圆锥形为主，这2种形状煤仓都是沿煤流方向截面积逐渐变小，当煤向下流动时挤压力会逐渐变大，沿仓壁切向及法向的重力分力不变，越靠近出口位置，煤的流动性越差，而产生蓬煤、堵煤。锅炉原煤仓下部设置双曲线煤斗，是防止堵煤的措施之一，双曲线煤斗分等截面和递减截面收缩率2种。实际工程中一般选用等截面双曲线型式其截面收缩率是一定值，斗壁任意处的倾角都不一样，愈接近出口处，倾角愈大。煤在向下流动时，煤斗截面积虽然减少，但由于斗壁倾角增加，煤沿斗壁切向重力分力增大，沿法向的分力减小，因此煤向出口流动中所受的阻力变化不大，在煤斗中呈现均匀的整体流动，先入仓的煤先排出，仓壁不易挂煤，因而能够降低蓬煤、堵煤的发生。但是，在实践中，当煤的含水量增加到一定值(尤其掺烧煤泥)，其堵塞的几率会迅速增加，不能彻底解决原煤仓堵塞的问题[1]。

1.2 机械疏通防堵

机械疏通是通过机械的方式对原煤仓堵煤进行治理，主要有：仓壁振动器、液压煤仓疏通机和旋转式煤斗防堵机。

1.2.1 仓壁振动器

仓壁振动器靠高频振动和冲击力，对原煤仓壁产生周期性高频振动使物料与仓壁脱离接触、消除物料与仓壁的摩擦，有效地克服物料的内摩擦力和聚集力，使原煤不容易出现“搭拱”现象而向下流动从仓口排出。仓壁振动器对清理由静力拱引起的煤仓蓬煤、搭拱的效果比较显著。仓壁振动器的优点是体积小、电耗低、安装方便；缺点是只有在振打点下部有空隙时才能起作用，否则会越打越实；另外振动锤在煤仓上安装的位置是不变的，只适用于流动缓慢或振动点下是悬空的情况; 振动电机振动大、有噪音，有时会造成仓壁上的衬板松脱，导致振动电机脱落。

1.2.2 液压输送机

液压煤仓疏通机是由液压泵站、油缸、及刮板等组成的一种防治堵煤的设备，安装在锅炉原煤仓仓壁上，刮板紧贴在原煤仓内壁上，工作时有液压油缸拖动刮板上下往复刮动煤仓内壁，达到疏通堵煤的目的。由于液压煤仓疏通机是直接将活动刮板设置在锅炉原煤仓内壁上，能直接破坏原煤粘附仓壁的基础，所以不管是静力拱堵煤还是粘结堵煤，局部疏通效果比较明显，影响区外区域无法疏通。但刮板容易剪断影响疏通效果；煤仓疏通机不工作时自身刮板容易在原煤仓内造成挂煤，经常出现“自己阻煤自己刮”的现象。仓壁振打器、煤斗疏松人孔、人力破堵方法都是利用的物体间的共振现象，但是长时间使用会破坏仓壁，造成仓壁外部四凸不平，因此不提倡使用，且效果甚微。

1.2.3 旋转防堵机

旋转防堵机可分为仓体旋转和防堵刀旋转两大类，其使用各有优缺点。

仓体旋转防堵机 优点主要集中在防堵刀两端固定，布局合理，结构尺寸不需要太大，更换时无需进入煤仓，只需在检修孔边操作即可。缺点主要在由于防堵截面大，需要驱动动力较大，支撑旋转仓体结构尺寸相应增大，增加制造成本。刀旋转防堵机主要存在检修安全问题及密封可靠性问题，由于防堵刀是悬臂结构，对刚性及强度要求较高，需要大的刚性几何尺寸结构才能实现工作需要，平时增加了堵煤概率，且悬臂结构容易出现刮刀故障，如弯曲变形等问题。

但无论无论仓体旋转和防堵刀旋转仅试用圆筒型落煤管，方形等不规则的形状无法使用，另外相对其它防堵技术而言，尺寸大，改造安装难度大，价格较高，并且只能清除下料段一小段的堵料问题，对上部的蓬煤不起作用，清堵范围小，对整个料仓清堵效果不佳; 当下部堵塞时，疏堵效果差，长时间转动，部件磨损大，维修工作量大。

1.3 气力防堵

1.3.1 空气炮防堵

又名空气破拱器，主要由储气罐、电磁脉冲阀及控制系统等组成。以压缩空气为工作介质，原煤仓内发生堵塞时，瞬间释放出高速空气，直接冲击仓内堵塞部位，以爆破的方式破坏蓬住的煤拱。空气炮的优点为：结构简单；对煤仓损伤小；控制信号可以接到主控室，一旦发生堵煤，可随时用空气炮疏通。但空气炮必须在结拱的位置才能发挥作用，实际生产布置的空气炮时将其布置到易堵点，一般釆取分层布置。其缺点就是空气炮放炮点处在堵塞位置附件时才能发挥其作用，锅炉原煤仓结拱、堵塞位置是不确定的，而空气炮在料仓上的位置时固定不变的；如果放炮点处在堵塞点上方时，会造成下方的堵塞点压实；并且当物料很潮湿，内摩擦系数、黏度大，放炮后会形成“鼠洞”状，再次放炮时 由于有这些“鼠洞”存在，动力顺着“鼠洞”流失，很难达到破堵的目的，堵煤情况依旧存在，清堵效率不高[2]。

1.3.2 脉冲防堵

针对高水份、粘结性强的煤，国外正使用一种脉冲防堵技术。脉冲防堵技术利用压缩空气形成强力辐射脉冲，沿仓壁辐射直径可达近2米，大范围脉冲使物料恢复流动，并防止物料粘壁，实现非常好的防堵效果。

(1)工作原理比较

空气炮：将储罐内所有压缩空气一次性单方向作用于某一特定区域，部分物料在其作用下恢复流动。但是，由于空气炮作用范围有限，仍旧有部分物料保持固化状态或者粘结在内壁上不流动。

脉冲防堵系统：压缩空气通过安装在仓壁上的脉冲模块形成强力辐射脉冲，沿仓壁辐射直径可达近2米，大范围脉冲使所有物料恢复流动，并防止物料粘壁，实现非常好的防止粘壁效果。通过控制，定期使用脉冲防堵系统产生的气刀(平面360度)破坏仓壁与板结煤的粘结，同时气刀也能起到润滑作用，增加了煤的流动性，消除煤与煤仓粘结板结导致堵煤。

空气炮活化效果有限，且不适用于湿度大、粘度大、高油脂、易粘壁等流动性差的物料。空气炮效果受气罐、阀门、吹管、温度等各个因素的影响；脉冲防堵适用于所有物料及容器，包括难流动物料，100%出料，先入先出，而且能够实现非常好的粘壁效果。效果图对比如图1所示。

图1

(2)现场安装比较

空气炮体积大、重量高，安装复杂，需要把空气炮喷管焊接(或用混凝土固接)在仓壁上，安装时需要焊接固定确保牢靠，且对于壁薄料仓及空间受限现场，空气炮无法安装。脉冲防堵系统则直接在仓壁上开孔安装(钢板及混凝土等)，不需要任何其他支架固定等复杂安装工艺及配套。安装空间要求极低，可以直接安装到热态设备或容器，不受环境温度影响，几乎适用于所有的现场及无法安装空气炮现场。现场安装图如图2所示。

图2

(3)运行及维护比较

空气炮：物料正常流动时，不可启动空气炮，避免将物料夯实，造成物料堵塞。空气炮必须在结拱的位置才能发挥其作用，因筒仓的结拱、堵塞位置不确定，位置不断地变化，当空气炮处于结拱位置上面时会使物料越振越密实。将大量的压缩空气一次性快速注入筒仓内。因此，在操作前，应确保给料机及料仓闸门已启动或打开。空气炮必须间隔足够的时间将储罐充满。放完第一炮时，新的堆积马上形成，而且，如果第一炮不能把空气炮推开足够距离，那么堆积将越变越厚。空气炮与仓体内壁连接位置的挡板增加壁面的摩擦系数，增加堵料。

脉冲防堵的脉冲辐射直径高达2米，可以随时启动或根据设定序列自动启动，不影响物料流动，避免堵料，由于单次脉冲耗气量极小，因此不需要考虑泄压问题及其他安全因素。高强度脉冲沿仓壁辐射运动，活化辐射直径大，脉冲间隔时间大大缩短，可以通过增加脉冲频率，实现更好的活化效果，防止粘壁。由于单点的辐射活化范围及脉冲活化效率大大高于空气炮。因此，降低了使用数量，降低了成本。且无需储气罐，不属于压力容器，安全系数高，不存在安全风险。

通过以上比较，脉冲防堵系统无论是在运行成本、运行要求、安全及以及达到的效果上都要优于空气炮。其运行参数对比见表1。

表1 运行参数对比表

设备维护方面，空气炮由一系列复杂的机制及工作步骤相互配合完成任一环节的故障或者设计问题都可能导致空气炮达不到期望效果。而一系列复杂的机制也增加了故障率及后期维护成本。且需要考虑内部排污，确保定期排污，否则影响设备运行。安装及维护难度大，尤其是针对某些安装高度高，空间受限的区。

(4)脉冲防堵装置主要优点如下：

①清堵及适用范围广，不受空间位置、煤仓型式、仓内物料的影响。脉冲模块从下至上可以安装在煤仓的任何位置，可以连续工作，可有效防止粘壁保证物料的流动性使物料一直处于活化状态，同时又可清除拱状堵煤。

②设备稳定可靠，维护工作量极少。该装置几乎没有任何内部运动部件，故障率及维护成本大大降低。且不存在内部排污问题，无需专门维护。系统实现自动密封，防止物料及粉尘等进入。且维护检修无需专业工具，安全简单易操作。

③耗气量非常少，单个脉冲模块平均耗气量20 L/min，可以直接使用电厂已有的压缩空气，不需要再使用单独的空压机及储气罐。

④脉冲模块喷嘴安装到煤仓内，基本与内壁平齐，不像空气跑、旋转刮刀、输送机等进入到仓内的部件较大反而影响物料流动增加其阻力。

1.3.3 脉冲防堵装置主要缺点如下：

(1)要求管道内无坚硬杂质，如焊渣、铁屑等，否则容易导致电磁阀、脉冲模块喷嘴卡死泄漏，影响效果。此缺点可以通过安装过滤器解决。

(2)脉冲防堵装置设计属于事前控制，要高频次的投运，防止煤粘壁，如脉冲频次设置不合适，一旦煤仓内已经形成较厚的板结，再投脉冲防堵装置其效果将受影响。此缺点需要根据煤质及煤仓形式进行设计高频模块及现场调整脉冲频率解决。

2 防堵技术方案的选择及运用

2.1 方案的选择

火力发电厂若长期燃烧高水份经过干燥后的褐煤(干燥前水份65%左右，干燥后水分50%左右，干燥后的煤温度约60度左右)，频繁堵煤，严重影响机组的安全稳定运行，经过国内外煤仓防堵运用的调研，选择了煤仓防堵机+空气炮+仓壁振打组合的方案来防止煤仓堵煤的问题。上述方案通过反复的试验及实践，有效解决供煤系统中咽喉部位的堵塞问题，进而保证整个物料仓物料呈整体流动状态，大大降低了煤仓堵煤的次数及概率，保证了机组安全稳定运行。但上述方案也存在一定的局限性，既需要定期停磨(约4天)对煤仓防堵机上部进行人工清理板结在煤仓上的煤，如果不按期停磨清理则旋转煤仓上部容易会发生蓬煤或堵煤，防堵机防堵作用便随之减弱直至完全消失，虽然安装了空气炮及仓壁振打器但是仍然无法解决。笔者通过长期深入现场的观察，发现造成上部堵煤的主要原因是由于随着煤仓运行时间增长，煤仓防堵机上方煤粘结板结，粘结板结造成原煤流动阻力增加流动性变差，最终导致煤仓防堵机上方堵煤，虽然上方安装了空气炮与仓壁振打器，但是受到其局限性影响，无法解决上述问题。

为了彻底解决上述问题，通过对煤仓容易板结煤位置分析，在21原煤仓旋转刮刀上方容易板结堵塞的位置安装了一套脉冲防堵装置，如图 3 所示，该装置主要由进气控制阀、 脉冲模块、进气管路等组成，其中核心为脉冲模块。21原煤仓AS脉冲清堵装置共13个AS脉冲模块，分成两组共三层安装在旋转刮刀上方，分别由A、B两个控制柜控制运行，按照图3中的序号逐一运行。其中第一层共4个AS脉冲模块安装在距21煤仓转仓刮刀上部610 mm的位置由A控制柜控制运行，脉冲宽度设置为0.25 s，脉冲间隔设置10 s，循环间隔设置为1分；另外9个分两层安装在距21煤仓转仓刮刀上部1 200 mm与1 800 mm的位置由B控制柜控制，脉冲宽度设置为0.25 s，脉冲间隔设置20 s，循环间隔设置为1分。

该装置具有远程和就地启停控制功能，正常运行采用给煤机的信号，给煤机启动跟随启动运行，给煤机停止跟随停止，停止后也可远程或者就地启停运行。

图3

2.2 运用效果比较及存在的问题、建议

2.2.1 运行中比较

运行中比较，见表2。

表2

说明：某公司燃煤通过蒸汽回转式干燥机干燥后的煤，干燥后的煤温度约60度左右，进入煤仓后仓壁温度初期约55度左右，21煤仓仓壁温度始终保持在55度左右，说明脉冲防堵装置起作用，21煤仓内煤在流动没有板结一直处于活化状态，其它煤仓仓壁温度逐渐降低说明仓内逐渐板结增厚。22煤仓与23煤仓由于未安装脉冲防堵装置最多运行4天需要停运制粉系统，拉空煤仓人工清理板结在煤仓上的煤，否则将发生上部蓬煤的问题，21煤仓安装了脉冲装置后能长周期运行，未发生过一次堵煤。

2.2.2 停磨仓内部情况比较

2.2.3 运用中存在的问题

21煤仓运用中存在脉冲电磁阀漏气、脉冲模块不动作等问题。21煤仓停用后对存在问题的电磁阀及脉冲模块进行检查，发现电磁阀漏气、脉冲模块不动作的原因是压缩空气管路中遗留的焊渣等异物将电磁阀及煤仓模块卡住导致漏气、不动作问题发生。将异物清除后电磁阀漏、脉冲模块运行正常。为了防止异物进入系统导致电磁阀漏气、脉冲模块不动作等问题发生，建议如下：务必确保系统洁净，防止杂物将电磁及脉冲模块卡住漏气，影响使用效果；母管至模块的连接管严禁从母管底部接入，需从母管上部接入，防止杂物进入模块；储气罐进口处建议安装过滤器；电磁阀膜片为易损件，建议到期进行更换，确保脉冲模块工作正常。

3 结束语

(1)笔者根据长期燃用褐煤火力发电厂的防堵实践运用总结，脉冲防堵系统能替代空气跑、旋转刮刀等防堵技术全面解决煤仓堵煤问题，确保制粉系统安全稳定长周期运行。

(2)对于新建机组可以采用双曲线煤斗加AS脉冲防堵技术的方案解决煤仓堵煤的问题；对于已经投产的机组可以在现有防堵技术的基础上，针对其现在堵煤特点增加AS脉冲防堵装置既能彻底解决煤仓堵煤的问题，同时又能降低改造成本。