李 鵬

(江蘇華美熱電有限公司，江蘇 徐州 221141)

0 引言

燃煤成本約占火力發(fā)電成本的70%，降低煤炭采購(gòu)價(jià)格是國(guó)內(nèi)火力發(fā)電企業(yè)控制發(fā)電成本的重要手段。面對(duì)低價(jià)戰(zhàn)略，煤炭供應(yīng)商往往采用多種手段降低煤質(zhì)，以提高利潤(rùn)。雖然電廠采用機(jī)械采樣加人工采樣的手段，但對(duì)入場(chǎng)煤質(zhì)量的控制往往不理想，含水量過(guò)大、顆粒度過(guò)細(xì)、粘土等雜物多等影響煤炭品質(zhì)的因素仍無(wú)法避免。為了解決上述因素造成的煤倉(cāng)頻繁堵煤、蓬煤等問(wèn)題，輸煤系統(tǒng)普遍加裝中心給料裝置。此舉雖能有效解決上述問(wèn)題，但爐前給煤系統(tǒng)卻成為新的堵煤區(qū)域。特別是夏冬2季，某電廠2臺(tái)350MWCFB(CirculatingFluidizedBed，循環(huán)流化床鍋爐)機(jī)組，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)條給煤線同時(shí)堵煤的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)每班需處理2—3條給煤線堵煤，或給煤斜管金屬過(guò)熱變形甚至燒穿的故障，造成機(jī)組無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行。另外，隨著機(jī)組容量增大，循環(huán)流化床鍋爐的爐膛長(zhǎng)寬比加大，爐前給煤均勻性對(duì)床溫的影響變大，給煤量偏差大，容易造成局部床溫降低、流化異常、結(jié)焦，降低了機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行能力，并且對(duì)爐內(nèi)受熱面的使用壽命造成巨大影響。

國(guó)內(nèi)電廠處理爐前堵煤的方法比較單一，一般采用人工定期敲打的方式，利用落煤管的原有捅煤孔進(jìn)行處理。但此方法危險(xiǎn)性大、效果較差，往往無(wú)法徹底解決堵煤?jiǎn)栴}，只能通過(guò)停運(yùn)某條給煤線的方式降負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)多條給煤線同時(shí)出現(xiàn)堵煤時(shí)，就會(huì)被迫選擇停爐處理。為了解決爐前給煤系統(tǒng)的在線清堵問(wèn)題，某電廠對(duì)處理堵煤的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，提出了安全、有效的清堵方案，實(shí)施后取得很好的效果，可作為同行處理此類問(wèn)題的參考。

1 常見(jiàn)的堵煤形式

爐前給煤系統(tǒng)由煤倉(cāng)緩沖錐、曲柄輸送機(jī)、中間料位控制倉(cāng)、稱重給煤機(jī)、帶加熱夾層的給煤斜管等設(shè)備構(gòu)件組成(見(jiàn)圖1)。煤料首先進(jìn)入煤倉(cāng)，由緩沖錐底部的曲柄輸送機(jī)刮送至下部的中間控制倉(cāng)，再由中間控制倉(cāng)下部的稱重給煤機(jī)輸送至爐前給煤斜管，進(jìn)入爐膛。

按照落煤管的截面形狀，循環(huán)流化床爐前給煤系統(tǒng)可分為2類：方形落煤系統(tǒng)和圓形落煤系統(tǒng)。這2類系統(tǒng)堵煤的形式基本相同，相對(duì)于方形系統(tǒng)，圓形落煤系統(tǒng)堵煤的幾率雖低一些，但當(dāng)煤炭含水量過(guò)大、顆粒過(guò)細(xì)、粘土等成分達(dá)到一定比例時(shí)，也會(huì)發(fā)生較為頻繁的堵煤故障。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按照堵煤的初始部位分類，常見(jiàn)的堵煤形式有2種：給煤噴口處堵煤和給煤拐點(diǎn)處堵煤。

1.1 給煤噴口處堵煤

此處堵煤一般發(fā)生在給煤機(jī)煤量突然增加時(shí)，其原因主要有2種：一是鄰近的A給煤機(jī)斷煤，B給煤機(jī)煤量自動(dòng)迅速加大；二是稱重機(jī)構(gòu)過(guò)于靠前，給煤機(jī)自身入煤口處斷煤，皮帶轉(zhuǎn)速突然增高，將皮帶上的存煤快速卸入噴口。當(dāng)發(fā)生噴口堵煤時(shí)，若運(yùn)行人員判斷不及時(shí)，極容易造成整個(gè)爐前落煤系統(tǒng)堵煤，甚至造成皮帶給煤機(jī)機(jī)體內(nèi)塞滿煤，造成檢修工作量巨大。

圖1 爐前給煤系統(tǒng)示意

1.2 給煤拐點(diǎn)處堵煤

由于煤炭中的水分過(guò)大，粘土、細(xì)顆粒過(guò)多，造成煤炭成團(tuán)地從落煤立管拋落。巨大的反沖力將煤團(tuán)拍成煤餅貼附在靶面上，形成粘附煤團(tuán)，后續(xù)的落煤被其捕捉，煤堆不斷升高下滑，形成較長(zhǎng)的堵煤層，并最終將拐點(diǎn)堵塞，造成落煤管局部堵煤。

2 堵煤燃燒的機(jī)理分析

爐前給煤系統(tǒng)堵煤的最大危險(xiǎn)點(diǎn)在于積煤著火。著火會(huì)導(dǎo)致管道金屬超溫、變形、燒損，影響設(shè)備使用壽命，并對(duì)鍋爐運(yùn)行造成威脅，嚴(yán)重時(shí)可致使機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。因此，處理堵煤須遵循“先防火后清堵”的原則。

爐前落煤采用一次熱風(fēng)作為播煤風(fēng)，其溫度在270℃左右，壓力高于落煤噴口處壓力。正常工況下，爐內(nèi)熱煙氣無(wú)法反竄至落煤管，但是當(dāng)落煤管局部積煤造成給煤通道狹窄、熱量的輸入大于輸出時(shí)，隨著一次熱風(fēng)對(duì)煤層不斷加熱，煤層溫度不斷升高，化學(xué)反應(yīng)速度加快，最終造成著火。

粉末狀的煤屬于固體燃料，它的燃燒為異相化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)研究，褐煤的著火溫度為200—350℃，高揮發(fā)分煙煤的著火溫度為200—400℃，低揮發(fā)分煙煤的著火溫度為300—500℃，無(wú)煙煤的著火溫度最高，為600—700℃。因二次熱風(fēng)溫度超過(guò)除無(wú)煙煤和低揮發(fā)分煙煤以外的其他煤種的最低點(diǎn)燃溫度，因此落煤管內(nèi)積煤被點(diǎn)燃的可能性較大，特別是落煤斜管被全部堵塞時(shí)，積煤局部形成絕熱環(huán)境，時(shí)間較長(zhǎng)后極易著火。

3 防止堵煤燃燒的因素分析

燃料空氣混合物的熱著火溫度與其成分有關(guān)，研究表明：當(dāng)混合物中的燃料比例過(guò)少或者過(guò)多時(shí)，燃料的反應(yīng)速度很低，熱著火困難，著火溫度很高，如圖2所示。圖2中α為空氣系數(shù)，是空氣與燃料之比。

圖2 著火溫度與混合物成分的關(guān)系

圖2中的曲線是在一定的散熱條件、壓力下對(duì)某種燃料畫(huà)出的。散熱沿著箭頭方向增加時(shí)，曲線上移，著火溫度提高。當(dāng)可燃混合物中的燃料濃度過(guò)小(α>>1)或者過(guò)大(α<<1)時(shí)，不易產(chǎn)生著火。

基于上述熱著火的反應(yīng)機(jī)理分析，防止落煤斜管積煤熱著火的途徑為：充分降低或增加可燃物的濃度；降低反應(yīng)溫度。降低可燃物濃度的手段是清理局部積煤，疏通播煤風(fēng)進(jìn)入爐膛的路徑，將可燃物攜帶至爐內(nèi)，從而降低爐前給煤系統(tǒng)煙風(fēng)介質(zhì)的可燃物濃度。增加可燃物濃度的手段是封閉，關(guān)閉給煤機(jī)出口插板門(mén)，關(guān)閉播煤風(fēng)風(fēng)門(mén)，使?fàn)t前給煤系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，提高煙風(fēng)介質(zhì)中的可燃物濃度，提高熱著火的溫度。使用壓縮空氣、軸流風(fēng)機(jī)吹風(fēng)等對(duì)積煤進(jìn)行降溫處理，可以降低反應(yīng)溫度。

4 爐前給煤系統(tǒng)清堵方案

堵煤形式不同，清堵的要點(diǎn)也不同。給煤噴口處堵煤的清堵要點(diǎn)是：封閉、停風(fēng)、放煤、疏通。給煤拐點(diǎn)處堵煤的清堵要點(diǎn)是：停風(fēng)、疏通。下面以方形落煤系統(tǒng)為例，詳述清堵步驟。

4.1 給煤噴口處堵煤的清堵方案

給煤噴口處堵煤往往從給煤噴口到給煤機(jī)出口段都有積煤，且噴口處有大量的煤堆積，并且在爐膛內(nèi)高溫?zé)煔獾募訜峒包c(diǎn)燃作用下，處于熔融狀態(tài)，粘附在噴口壁面，較難清理。具體清理步驟如下。

(1)封閉。為了避免清煤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起積煤燃燒，首先對(duì)落煤管內(nèi)積煤進(jìn)行封閉，降低煙氣中的可燃物比例。具體做法是關(guān)閉給煤機(jī)出口插板門(mén)，在插板門(mén)上部采用爐渣進(jìn)行封閉，并開(kāi)啟密封風(fēng)，風(fēng)門(mén)盡量開(kāi)大。

(2)關(guān)閉播煤風(fēng)。由于給煤噴口處已被堵塞，播煤風(fēng)進(jìn)入爐膛的通路被切斷，無(wú)法攜帶可燃物進(jìn)入爐膛。相反，溫度較高的播煤風(fēng)卻對(duì)積煤產(chǎn)生加熱作用，當(dāng)積煤的溫度達(dá)到熱著火溫度時(shí)會(huì)導(dǎo)致局部起火。另外，一小部分播煤風(fēng)沿著積煤空隙下行，到達(dá)給煤噴口附近，為已被點(diǎn)燃的積煤提供氧氣，會(huì)導(dǎo)致積煤向上繼續(xù)燃燒。隨著燃燒的深入，煤層產(chǎn)生空隙并逐步坍塌，上部積煤在播煤風(fēng)的作用下塌落，為瀕臨燃盡的煤層提供燃料。因此堵煤發(fā)生時(shí)，首先要實(shí)施封閉，停止播煤風(fēng)并檢查各風(fēng)門(mén)的實(shí)際開(kāi)度，減少漏風(fēng)。落煤管積煤著火演示如圖3所示。

圖3 落煤管著火演示

(3)放煤。一般采取2段式放煤，分別在落煤斜管上部第2，3播煤風(fēng)上部管段側(cè)面開(kāi)孔，加裝耐熱快關(guān)門(mén)。當(dāng)發(fā)生堵煤時(shí)，先放空落煤立管中的煤，再打開(kāi)第2層播煤風(fēng)上部放煤孔，利用專用工具快速疏通內(nèi)部積煤，并將放煤孔以上的積煤全部放出。放煤時(shí)注意觀察放煤口的煙氣反竄情況，并對(duì)放煤口下部區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)溫，注意溫度變化。若溫度升高較快，或者是煙氣反竄量較大，則關(guān)閉放煤孔，待溫度降低后繼續(xù)放煤。上層積煤放空后，打開(kāi)下部放煤孔進(jìn)行放煤。放煤人員要穿防火服，并準(zhǔn)備好冷卻設(shè)備。一般采用吹掃降溫法，氣源引自廠用壓縮空氣系統(tǒng)。根據(jù)超溫點(diǎn)情況(落煤斜管壁溫300℃以上)，搭設(shè)多根降溫用壓縮空氣吹掃管。特別是放煤后期，由于煙氣通路貫通，會(huì)導(dǎo)致下部積煤引燃，造成落煤斜管管壁溫度陡然升高，并變紅甚至變形，此時(shí)需要將冷卻用壓縮空氣管固定到燃燒位置進(jìn)行定點(diǎn)降溫。

管內(nèi)積煤燃燒時(shí)，應(yīng)控制管壁溫度不升高，以利于清理內(nèi)部積煤。當(dāng)2個(gè)放煤孔上部的積煤全部清空后，進(jìn)行下一步疏通作業(yè)。

(4)疏通。疏通的要點(diǎn)是清理干凈堵塞在給煤口最外沿的煤焦。這部分煤焦形成時(shí)間較長(zhǎng)，主要是因?yàn)橄旅毫枯^大時(shí)，風(fēng)帽底部局部流化不均，部分煤顆粒被加熱到一定溫度(一般為350—450℃)時(shí)，產(chǎn)生大量氣液固3相混合的膠質(zhì)體，與煤粒、灰粒互相黏結(jié)后，粘附在給煤口下部的澆注料臺(tái)上。隨著溫度升高，煤灰顆粒達(dá)到熔融及軟化狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一系列過(guò)程，最終形成較為堅(jiān)硬的煤焦塊。這樣的煤焦塊隨著入爐煤的沖擊以及密相區(qū)床料的橫向沖刷，不斷的斷裂、剝離。若燃用含煤泥量較大的入爐煤時(shí)，大塊煤泥容易粘附在焦塊上，導(dǎo)致給煤口堵煤。因此，需要徹底清理給煤口處掛壁上的煤焦，才能防止給煤口上部的煤炭滑落形成新的堵煤點(diǎn)，避免清堵工作反復(fù)、設(shè)備燒損。

4.2 給煤拐點(diǎn)處堵煤的清堵方案

給煤拐點(diǎn)處堵煤不同于給煤噴口處堵煤，兩者的主要區(qū)別在于積煤的位置及形成過(guò)程不同。給煤拐點(diǎn)處堵煤是因?yàn)槿霠t煤從直管段穿出后，直接粘附在斜段的靶面位置，并隨著煤的不斷沖擊，積煤面向下延伸。當(dāng)粘附煤的數(shù)量多于滑落煤的數(shù)量時(shí)，靶面的煤層不斷加厚，并將立管與斜管結(jié)合部堵死，無(wú)法正常下煤。這種形式的堵煤沒(méi)有對(duì)給煤噴口產(chǎn)生影響，若處理及時(shí)也不會(huì)形成較大的燃燒面，因此處理難度相對(duì)于噴口處堵煤要低一些。

發(fā)生拐點(diǎn)處堵煤時(shí)要及時(shí)停運(yùn)給煤機(jī)。一般可以從密封風(fēng)壓力的變化預(yù)判是否堵煤，密封風(fēng)的正常工作壓力在3.0kPa左右，若壓力不正常升高到5.0kPa，并有持續(xù)上升的趨勢(shì)，可判斷為給煤拐點(diǎn)處堵煤。此時(shí)應(yīng)及時(shí)停運(yùn)給煤機(jī)，并增大密封風(fēng)流量，通知檢修人員處理。具體處理步驟如下。

(1)關(guān)閉播煤風(fēng)。與給煤噴口處堵煤處理方案停運(yùn)播煤風(fēng)的目的相同，利用密封風(fēng)對(duì)煤層進(jìn)行冷卻。密封風(fēng)取自一次冷風(fēng)，溫度接近環(huán)境溫度，并且可將積煤形成的可燃物帶入爐膛，從而抑制積煤燃燒。

(2)疏通。給煤拐點(diǎn)堵煤面一般位于第2層、第3層播煤風(fēng)之間，呈坡?tīng)睿喜亢裣虏勘?，如圖4所示。疏通順序遵循從下到上的原則，逐段敲擊疏通。疏通過(guò)程中，當(dāng)煤炭較濕敲擊效果不明顯時(shí)，可適當(dāng)開(kāi)播煤風(fēng)干燥，并觀察內(nèi)部燃燒情況。當(dāng)溫度超過(guò)300℃時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉播煤風(fēng)，并繼續(xù)敲擊疏通。注意密封風(fēng)壓力變化，當(dāng)密封口壓力恢復(fù)正常時(shí)，可打開(kāi)播煤風(fēng)，正常投運(yùn)給煤機(jī)，少量給入，并對(duì)拐點(diǎn)部位定期敲打，直到恢復(fù)正常煤量后可判斷為疏通工作完成。

圖4 落煤管積煤厚度指示線

5 爐前給煤系統(tǒng)清堵效果

通過(guò)在落煤斜管上新增若干快開(kāi)門(mén)，并加裝壓縮空氣防竄火裝置;現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備不銹鋼捅煤管、壓縮空氣管、防火服等工具及防護(hù)用品，發(fā)生堵煤后，按照上述方案進(jìn)行處理，處理時(shí)間大大降低，由原來(lái)的3個(gè)班次處理一條堵煤線減少為每4h即可處理一條堵煤線。為了在發(fā)生堵煤事件時(shí)及時(shí)預(yù)警，在給煤機(jī)密封風(fēng)支管上加裝了壓力測(cè)量裝置，運(yùn)行人員可根據(jù)壓力的突然變化情況以及落煤管溫度變化，進(jìn)行預(yù)判斷，為檢修人員處理堵煤贏得了寶貴的時(shí)間。

6 結(jié)論

總結(jié)了對(duì)循環(huán)流化床爐前給煤系統(tǒng)堵煤的常見(jiàn)形式，分析了落煤管積煤著火的影響因素，按照“先防火后清堵”的原則，根據(jù)堵煤形式的不同，提出了相應(yīng)的清堵方案，可實(shí)現(xiàn)在線、安全、快速的解決爐前堵煤?jiǎn)栴}，為循環(huán)流化床鍋爐的穩(wěn)定燃燒、高負(fù)荷率提供了保障。

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