电厂原煤仓堵煤治理

火电厂原煤仓堵煤治理

【摘 要】 原煤仓堵煤是国内各个火电厂在运行期间频繁遇到的问题，本文在指出“坍落流动”是引起原煤仓堵煤根本原因的基础上，深入探讨了解决原煤仓堵煤的有效方法，即通过改进原煤仓仓壁材质和原煤仓结构布置，实现原煤在仓中的 “水银流动”。 自2007年起，通过对几十台各种形状原煤仓改造情况分析，验证了“水银流动”改造理论的可行性。

【关键词】 原煤仓; 坍落流动;水银流动;改造

Abstract： Run coal bin coal jamming is the frequently problem during operation of thermal power plant.On the basis of slum flowing is the reason of run coal bin coal jamming ,this article discusses the effective method of solving run coal bin coal jamming problem. Namely, improvement run coal bin wall’s material and structure, realized coal mercurial flowing in coal bin.

key words：Run coal bin;slum flowing; mercurial flowing ; recovery

1 前言

原煤仓是火力发电厂上煤系统极为重要的构件，按制作材料分为钢筋混凝土结构、钢结构和混合结构，按支承方式又分为悬挂式、支承式和支承、悬挂综合式。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，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措施，象变截面原煤仓和半椭圆原煤仓的设计使用、清堵助流装置的加装等。这些措施采用后，解决堵煤的措施较多，推广使用效果却不理想。为此，本文从分析原煤颗粒滞流堵塞产生的原因着手，深入探讨解决原煤仓堵煤的有效方法。 2 常用清堵助流装置介绍 2.1空气炮

工作原理：当原煤仓发生堵煤时，快速打开空气炮储气罐的阀口，让罐内的压缩空气形成高速喷出的强烈气流冲入堵塞区，这种突然释放的膨胀冲击波克服了原煤颗粒间的摩擦，使仓中堵塞的原煤颗粒得以恢复重力流动。

特点：空气在原煤仓中的喷射是瞬间的，每次使用气量有限，不会对仓体结构造成破坏，并且不会产生火花而导致煤粉爆燃。

局限性：工作面积小。当堵塞严重或堵塞部位不在空气炮工作区域内，疏通效果不佳。 2.2疏松机

工作原理：当原煤仓发生堵煤时，高压油泵输出高压油驱动安装在仓壁上的液压缸，液压缸通过连接机构带动清堵板主体沿仓壁内侧做上下往复运动，对堵塞的煤层进行疏松。

特点：从堵塞的原煤颗粒的根部开始疏松，破坏原煤颗粒的基础，解决堵塞彻底，并且疏

1

松面积大。

局限性：该装置安装于易堵塞部位，在不工作时易引发新的堵塞，并且设备磨损件易损坏，维修量较大。 2.3高频振打装置

工作原理：当原煤仓发生堵煤时，激振器带动与原煤仓相联结的两层振动套在轴线方向做阿基米德螺旋线运动、在径向做正弦波振动，使振动套与原煤颗粒相接触的内表面形成一个复合振动场，将粘附在振动套上的原煤颗粒剥离。

特点：将易堵塞部位的原煤仓壁换成振动斗，制造出一个高频振动场，清除堵煤时方便、快捷、彻底。

局限性：激振器激振力小时疏通效果不佳，激振力大时带动整个原煤仓壁振动，对安全极为不利，不适宜在悬挂式原煤仓上安装使用。 3 “坍落流动”是引起原煤仓堵煤的根本原因

原煤在仓中是怎样的一个流动状况呢？目前公认的流动状况是“坍落流动”， 见图三。“坍落流动”是比较传统的一种看法。

“坍落流动”认为：在原煤仓中，煤粒依靠其自身的重力向下流动，在流动过程中受到仓壁受压的反作用力以及煤粒与煤粒之间摩擦力等阻力的影响；流动状态分布上是中间区域煤粒先流动，近壁煤粒不流动，当中间区域煤粒下空后，近壁煤粒坍落到中间区域，形成一种逐渐坍落，连续向下的煤粒流动过程。

在“坍落流动”中，近壁煤粒是滑动摩擦力较大的煤粒与煤粒间的相对运动，不是滑动摩擦力较小的煤粒与光滑仓壁间的相对运动，近壁煤粒处于滞流状态。近壁煤粒越长时间滞流越容易被压实，越使煤粒与煤粒间以及煤粒与光滑仓壁间的静摩擦力增大，也就是说这部分近壁煤粒越容易滞流不动而贴壁生根。

在中间区域煤粒流经贴壁生根煤粒过程中，若流动煤粒的重力小于煤粒与煤粒间的滑动摩擦力时，流动煤粒将粘附到贴壁生根煤粒上而静止不动，随着时间的推移，煤粒与煤粒间的静摩擦力不断增大，静止煤粒逐渐成为了生根煤粒。由于生根煤粒的不断增高增厚，蓬煤堵塞也就形成了。所以说“坍落流动”是引起原煤仓堵煤的根本原因。 4 “坍落流动”形成的条件

4.1 “坍落流动”产生在变截面区域上

以下对“坍落流动”做一个简单的力学分析：

在不考虑其它煤粒挤压、阻塞影响的情况下，从图一中可以看出：煤粒A靠近仓壁，煤粒A若向下移动，须GA＞f1/sinθ+f2，GA为煤粒重力，θ为仓壁面与水平面的夹角，f1为煤粒A与仓壁的静摩擦力， f2为煤粒A与煤粒B的静摩擦力；煤粒B远离仓壁，煤粒B若向下移动，须GB＞f2+ f3， f3为煤粒B与煤粒C的静摩擦力。

f30f2A， f1＜f3，A煤粒先移动，B煤粒后移动，A煤粒不存在滞流；对于C=90B竖直仓壁θ，sinθ=1θ倾斜仓壁θ＜90，sinθ＜1，θ存在一个角度，使得f1/sinθ＞f3，B煤粒先移动，A煤粒后

GB 0GAf1圆锥体静止状态下的A、B两个煤粒若要向下移动，这主要取决于f1/sinθ与f3的大小。对于

φ25002

空气炮φ1200双曲线体

移动，A煤粒存在滞流。θ越小，越易出现煤粒滞流现象而形成“坍落流动”。 4.2 “坍落流动”存在于过大截面积以及流速突变的区域内

依据连续流动性方程可知，在流量一定条件下，流速与面积成反比。在原煤仓的上部，由于截面积较大，原煤的流动存在着“坍落流动”。表1为某公司一期#1、#2锅炉原煤仓下部各截面原煤流速比较数据，图二为其结构图。

表1 原煤仓下部各截面原煤流速

序号 1 2 3 4 5 6

四棱体上部与双曲线体下部属于同一横截面，从表1中可以看出同一横截面上发生了流速的突变，极易在四棱锥体四角出现原煤颗粒的滞流。当煤湿的时候，原煤颗粒间摩擦力增大，将进一步加重该区域原煤颗粒的滞流程度。

变截面原煤仓，虽然能起到松散原煤增强流动性的作用，却使仓壁θ变小，原煤颗粒连续均匀流动状态被截断，促发了“坍落流动”的形成。因此，在煤湿的情况下，这种结构不但不能减缓原煤仓堵煤，反而加剧了原煤仓堵煤现象的发生。 5 原煤仓设计原则

一般最容易起拱堵塞的部位是在垂直仓壁与锥形仓壁的结合部以及下部给煤机入口截门的上方横截面突变的部位。为此，《火力发电厂设计技术规程》重点强调了此二处的设计要求：

1） 大容量锅炉的原煤仓宜采用钢结构的圆筒仓形式，下接圆锥形或双曲线出口段； 2）非圆筒仓结构的原煤仓内壁表面应光滑耐磨，其相邻两壁交线与水平面夹角不应小于55，壁面与水平面夹角不应小于60。对褐煤及粘性大或易燃的烟煤，相邻两壁交线与水平面夹角不应小于65，壁面与水平面夹角不应小于70，相邻两壁交角的内侧应做成圆弧形。 6 解决原煤仓堵煤的着手点

清堵助流装置是原煤仓堵煤现象出现后的疏通装置，它并不能防止原煤仓堵煤的发生。若要防止原煤仓堵煤的发生，还需从解决“坍落流动”上去着手。

通过改进原煤仓仓壁的材质以及原煤仓结构的布置，形成一种近壁煤粒先流动，中间区域煤粒后流动的滑动流动状态，不存在近壁煤粒的长时间滞流，解决原煤仓堵煤问题就能迎刃而解。由于这种流动状态与水银在漏斗中的流动状态比较相似，因此本文作者将原煤在仓中这种流动状态称之为“水银流动”，见图四。

3

0

0

0

0

部位名称 给煤机输煤槽 四棱体下部 四棱体上部 双曲线体下部 双曲线体中部 双曲线体上部 2面积 0.3m 0.6m 1.8m 0.5m（直径800mm） 1.13m（直径1200mm） 4.87m（直径2500mm） 22222面积比 1 1：2 1：6 1：1.7 1：3.8 1：16.2 流速 0.08 m/s 0.04 m/s 0.014 m/s 0.048 m/s 0.02 m/s 0.005 m/s

为使原煤仓中煤粒形成理想中的“水银流动”，可以从下面几方面去着手：

1）原煤仓下半部分的锥形仓壁材质应采用耐磨不锈钢板制作或内衬耐磨不锈钢板。 2）原煤仓上半部分的柱形仓壁可内衬抗阻燃高分子耐磨衬板或内衬耐磨不锈钢板。 3）原煤仓下部横截面不易设计过大，双曲线形应为最佳选择。

4）在相同面积下，圆形的线周长最短，原煤颗粒与仓壁间的摩擦力最小，原煤仓底部横截面采用圆形为最佳方式。

5）最大限度地减少圆锥形仓壁上的开孔数量。

6）在满足给煤机出力的范围内尽量放大原煤仓底部口颈直径。 7）给煤机入口截门应优选插棍门。

8）原煤仓长时间不运行，出口处潮湿原煤颗粒被风干硬化，出口处易出现起拱现象，此时必须辅助于清堵助流装置。在清堵助流装置中选择空气炮安装到出口上部较为合适。 7 解决原煤仓堵煤的具体事例

某公司二期#3、#4机组为660MW燃煤发电机组，分别于2009年3 月和2009年10月投入商业运行。锅炉原煤仓为全钢结构，共由上部圆柱体、下部圆锥体、直管段和给煤机入口闸板门、伸缩节五部分组成。原煤仓下部圆锥体仓壁为12mm厚普通钢板，内衬有3mm厚0Cr13不锈钢板。

原煤仓堵煤问题该公司表现的较为严重，在雨季堵塞严重时，直接影响到锅炉出力，6套制粉系统满足不了机组满负荷运行需要。表2为该公司燃烧煤种特性值。表3为该公司原煤仓堵煤、影响负荷及投油助燃用量情况统计。

表2 燃烧煤种特性值

名 称 碳（收到基） 氢（收到基） 氧（收到基） 氮（收到基） 符号 Car Har Oar Nar 单位 设计煤种 校核煤种1 校核煤种2 实际运行煤质 % % % % 52.09 2.85 4.29 0.91 48.78 3.18 5.48 0.87 56.37 2.92 3.75 1.00 45.87 2.63 4.01 0.81

4

名 称 硫（收到基） 全水分 灰分 水分（空气干燥基） （无灰干燥基） 符号 Sar Mar Aar Mad Vdaf 单位 设计煤种 校核煤种1 校核煤种2 实际运行煤质 % % % % % kJ/kg - - % % % % % % % % % % % % ℃ ℃ ℃ 0.30 8.0 31.56 0.64 25.23 20030 81 2.77 60.94 28.80 3.98 1.55 0.58 0.64 1.32 1.08 0.51 0.001 >1500 >1500 >1500 0.43 9.0 32.26 0.81 33.11 19150 69 1.40 61.76 28.66 3.98 1.02 0.57 0.74 1.33 0.86 0.49 <0.001 >1500 >1500 >1500 0.33 7.0 28.63 0.59 20.89 21420 92 2.45 60.81 26.69 5.02 2.16 0.67 0.99 1.40 1.22 0.52 0.001 >1500 >1500 >1500 0.90 6.0 38.33 1.39 29.73 17.26 57.90 26.11 5.18 3.43 0.72 1.76 1.04 1.48 0.44 0.18 1.76 低位发热量（收到基） QLHV 哈氏可磨系数 冲刷煤损指数 灰质资料 二氧化硅 三氧化二铝 三氧化二铁 氧化钙 氧化镁 三氧化硫 二氧化钛 氧化钾 氧化钠 二氧化锰 五氧化二磷 其他 灰的熔融性 灰变形温度 灰软化温度 灰熔化温度 HGI Ke SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 K2O Na2O MnO2 P2O5 DT ST FT 表3 该公司3、4号机组原煤仓堵煤影响负荷及投油助燃用量情况统计

序号 1 2

为解决原煤仓堵煤，该公司运用“水银流动”改造理论对原煤仓下部煤斗进行了双曲线改造。图五为其改造图，照片一为其改造形状。该公司原煤仓改造后，经受了梅雨季节的检验，

项目 3号锅炉原煤斗 4号锅炉原煤斗 2009-2010年度断煤次数 355次 307次 耗助燃油 54.39T 30.39T 影响负荷 1966MW 843.2MW

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没有再出现堵煤现象。因此，对于原煤仓易堵煤的电厂，在实地考察的基础上，可以考虑选用“水银流动”改造理论进行验证。

改造方案：

1）将原煤仓下部Ф2800mm处以下拆除，制作成双曲线煤斗，上部口径Ф2800mm，下部口径Ф660mm，高度6000mm，与原煤仓对接组装，煤斗内表面保持平整，纵横方向的焊缝采用T形交叉。

2）仓体采用厚度δ＝10mm的不锈钢板（0Cr18Ni9）制作。 3）给煤机入口截门改为插棍门，安装于给煤机上部600mm处。 4）伸缩节改为波纹管式，安装于给煤机上方200mm处。 给煤机

8、改造后总体情况

下表为#3、4炉四台原煤斗改造前后的情况对比

表4 #3、4炉四台原煤斗改造前后的情况对比

序号 2009-2010项目 3号炉1 C、E原煤斗 2 4号炉A、B原改造时间 年度断煤次数总计 2010.6.24 2010.10.25 2010.9.10 2010.10.29 118次 改造后断煤次数总计 6次 改造前耗助燃油 27.39T 改造后耗助燃油 1.08T 改造前影响负荷 866MW 改造后影响负荷 0.95MW 波纹管伸缩节双向插棍门60602800双曲线煤斗660 图五 改造图 105次 4次 10.39T 0.93T 473.2MW 0.7MW

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煤斗

从上表可以看出3、4号炉C、E、A、B原煤斗改造后断煤次数有很大程度降低，而改造后出现的几次断煤分别是改造初期由于原煤斗内壁不光滑造成的，运行一段时间后，四台原煤斗基本未出现堵煤现象。改造后助燃用油消耗及对负荷的影响大幅下降，按2009年3月#3机组投产至两台原煤斗改造为18个月、2009年10月#4机组投产至两台原煤斗改造11个月计算：

四台原煤斗改造后每年减少耗油损失为：

[（27.39*12/18+10.39*12/11）/2－（1.08+0.93）]*10000万元/t＝12.79万元/年 四台原煤斗改造后减少影响负荷损失为：

[（866*12/18+473*12/11）/2－（0.95+0.7）]*397元/Mwh＝43.33万元/年

四台原煤斗改造后不但彻底解决了原煤斗堵煤的问题，而且每年可减少经济损失合计为56.12万元。目前其他未改造的原煤斗存在堵煤问题，若两台机组共12台原煤斗改造后预计年可节约费用168万元，经济效益非常显著。

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