江廣旭，賀翠連，吳曉武

（1.趙樓綜合利用電廠，山東 鄆城 274705；2.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250003）

1 鍋爐概況

某電廠為典型的煤電一體化坑口電廠，一期為1×300 MW 循環(huán)流化床機(jī)組，設(shè)計(jì)燃燒煤種全部為煤礦洗煤廠洗選出的煤泥、矸石、洗混煤，水分12%～14%。洗煤廠的洗混煤和煤泥通過輸煤皮帶送入電廠，煤泥通過專用煤泥泵送系統(tǒng)進(jìn)入爐后中部26 000 mm 處給料口入爐膛燃燒。

鍋爐為單爐膛、單布風(fēng)板300 MW 第二代循環(huán)流化床鍋爐。爐膛寬、深分別為28 275 mm、8 439 mm；鍋爐采用前墻給煤后墻排渣方式，給煤系統(tǒng)采用水冷壁前墻8 點(diǎn)分布式布置，沿爐寬均勻分布，保證給煤均勻；鍋爐采用皮帶一級(jí)給煤，給煤機(jī)平臺(tái)標(biāo)高24 000 mm，給煤口中心標(biāo)高11 000 mm。輸煤系統(tǒng)是用來把破碎合格的煤輸送到爐前煤斗，煤斗里的煤通過稱重皮帶計(jì)量式給煤機(jī)，輸送至爐前落煤管，經(jīng)播煤風(fēng)送入爐內(nèi)。鍋爐內(nèi)物料的循環(huán)是依靠送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)提供的動(dòng)能來流化和推動(dòng)燃燒。從一次風(fēng)機(jī)出來的空氣分成3 路送入爐膛： 第1 路，經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后的熱一次風(fēng)從兩側(cè)進(jìn)入爐膛底部的水冷風(fēng)室，通過布置在布風(fēng)板上的風(fēng)帽后使床料流化，并形成向上通過爐膛的氣固兩相流；第2 路，熱一次風(fēng)經(jīng)給煤增壓風(fēng)機(jī)后，用于爐前氣力播煤；第3 路，一部分未經(jīng)空預(yù)器加熱的冷一次風(fēng)作為給煤皮帶的密封用風(fēng)。

2 給煤系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問題

鍋爐在試運(yùn)階段就開始出現(xiàn)不同程度的堵煤、斷煤。開始8 號(hào)給煤管路堵煤嚴(yán)重，組織人員進(jìn)行疏通，處理過程中又接連出現(xiàn)1 號(hào)落煤管堵煤、7 號(hào)落煤管堵煤，為了保證機(jī)組正常運(yùn)行，組織20 多人敲擊和疏通處理，最終因1 號(hào)、7 號(hào)、8 號(hào)落煤管堵煤嚴(yán)重、給煤口燒紅，鍋爐嚴(yán)重偏燒，只能維持在較低負(fù)荷下運(yùn)行。在疏通堵煤過程中8 號(hào)爐前落煤管道膨脹節(jié)燒壞，串煙冒火，無法隔離，不得不停機(jī)處理。

停爐檢查發(fā)現(xiàn)8 個(gè)給煤口有7 個(gè)變形嚴(yán)重，通流面積不到設(shè)計(jì)值的一半，須檢修更換。檢查處理爐前落煤管堵煤嚴(yán)重部位： 一是給煤機(jī)出口垂直段落煤管天方地圓收口處；二是鍋爐廠設(shè)計(jì)爐前落煤管垂直與傾斜段交叉煤流變轉(zhuǎn)向處；三是爐內(nèi)給煤口鑄件，見圖1。

圖1 給煤系統(tǒng)的燒壞變形位置

3 原因分析

3.1 煤質(zhì)

電廠設(shè)計(jì)煤種為煤泥、煤矸石、洗中煤、天然焦、原煤等，因天然焦儲(chǔ)存條件無規(guī)律、開采巷道成型和頂板支護(hù)困難且成本高，難以利用；現(xiàn)燃燒煤種為煤礦洗煤廠的洗混煤、煤泥和矸石，洗混煤水分12%～14%。自電廠調(diào)試以來，由于洗混煤含粗煤泥、持水性強(qiáng)，極易吸附給煤管、溜槽等造成堵煤停爐，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，洗混煤水分大，爐前落煤管道堵煤嚴(yán)重，給煤口、播煤風(fēng)、落煤管道出現(xiàn)不同程度的燒壞。

3.2 給煤口開口位置

給煤口開口中心線距布風(fēng)板1.0 m，除去布風(fēng)板澆注料厚度0.15 m，實(shí)際給煤口中心線距布風(fēng)板為0.85 m。由于燃用低熱值燃料，滿負(fù)荷時(shí)每臺(tái)給煤機(jī)均超過30 t／h，一旦斷煤，給煤自動(dòng)會(huì)增加同側(cè)其他給煤量。單個(gè)給煤口煤量超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成煤流量大。而給煤口在背壓較高的密相區(qū)，單位面積上的堆積煤流過大，流化效果變差，導(dǎo)致給煤口區(qū)域流化擴(kuò)散效果差，連續(xù)煤流加重了給煤口的流化載荷，使得該區(qū)域流化減弱，出現(xiàn)播撒緩慢、流化不良等，造成給煤口積煤蒸餾，出現(xiàn)煤焦油等干餾結(jié)焦。停爐后發(fā)現(xiàn)給煤口附著焦塊。給煤口擴(kuò)散性能差，播撒阻力大，也是造成堵煤原因之一。

3.3 給煤口幾何形狀

給煤口末端長(zhǎng)為1 220 mm，垂直高度為141 mm，鋼性差，易變形。給煤口位于爐膛密相區(qū)的復(fù)雜環(huán)境，冷熱交替頻繁，嚴(yán)重的變形后影響風(fēng)、煤的分布，播煤效果變壞，容易導(dǎo)致堵煤［1］。

3.4 播煤風(fēng)量

播煤風(fēng)主要功能在溜煤槽底部形成氣墊，提高氣流噴速，達(dá)到播煤的目的。設(shè)計(jì)原則上播煤風(fēng)量不低于總風(fēng)量的8%，而實(shí)際上播煤風(fēng)量不到總風(fēng)量的6%。風(fēng)量小、風(fēng)速低，播煤風(fēng)動(dòng)量不足，難以達(dá)到將煤顆粒拋開并拋灑均勻的目的。在給煤量不均嚴(yán)重時(shí)，給煤量較大的給煤管因阻力大，播煤風(fēng)會(huì)明顯小于其他各管。較低的播煤風(fēng)動(dòng)量加劇了堵煤的發(fā)生。爐膛兩側(cè)的給煤管線是最容易發(fā)生堵煤的位置，這也說明了播煤風(fēng)對(duì)堵煤?jiǎn)栴}的影響。

4 主要改造方案

4.1 防燒壞耐磨型澆筑一體化給煤口

給煤口變形嚴(yán)重，經(jīng)調(diào)研多家同類機(jī)組電廠，給煤口均出現(xiàn)不同程度的燒壞變形。主要處理方案為增加給煤口鑄件的壁厚，由原來的20 mm 增加至40 mm，但仍然存在變形問題。組織澆注料廠家、鍋爐廠充分論證，采用澆注料澆筑型給煤口代替耐熱鑄鋼件給煤口，提高給煤口耐高溫等級(jí)［2］。割除給煤口鑄件變形部分約300 mm，利用耐熱鋼筋、龜甲網(wǎng)做成一個(gè)給煤口框架，用鋯鉻剛玉可塑料進(jìn)行澆筑，和水冷壁形成一體，密封盒內(nèi)一半使用可塑料，一半使用保溫澆注料進(jìn)行密封澆筑。防燒壞耐磨型澆筑一體化給煤口如圖2 所示。

圖2 給煤口優(yōu)化

通過反復(fù)試驗(yàn)，耐磨可塑料耐高溫達(dá)到1 700 ℃不會(huì)變形燒壞，而給煤口使用耐高溫的稀土合金鑄件，最高運(yùn)行溫度1 200 ℃，給煤口一旦堵煤，會(huì)出現(xiàn)堵煤在給煤口內(nèi)燃燒，其溫度達(dá)到了1 400 ℃，超過了給煤口鑄件鋼板的極限溫度，每次停爐發(fā)現(xiàn)給煤口都均有不同程度的變形和燒熔現(xiàn)象。經(jīng)過試驗(yàn)摸索，割除變形燒壞的給煤口鋼板，采用耐高溫耐磨可塑料進(jìn)行修補(bǔ)，基本解決了堵煤燒壞給煤口的問題，最終形成澆筑一體化的耐高溫耐磨可塑料給煤口方案，如圖3 所示。

4.2 加大給煤口的幾何高度

結(jié)合國內(nèi)外的工程實(shí)例，給煤口的開口高度不應(yīng)固化不變，而應(yīng)根據(jù)燃燒煤種來定。不完全統(tǒng)計(jì)（FW、ALSTOM、上海鍋爐廠、哈鍋廠爐型）給煤口一般設(shè)計(jì)在距布風(fēng)板1.5～2.5 m［3］。經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)設(shè)計(jì)煤種為揮發(fā)分高且發(fā)熱量低的煤種時(shí)，特別是高水分和粘結(jié)性強(qiáng)的燃料，可以考慮提高給煤口設(shè)計(jì)位置。原因是揮發(fā)分高燃燒較快，而發(fā)熱量低，單位面積上的給煤量會(huì)增加，適當(dāng)提高給煤口高度，減少給煤口擴(kuò)散背壓，提高入爐煤的射流質(zhì)量。經(jīng)討論決定提高給煤口設(shè)計(jì)位置，由原設(shè)計(jì)距布風(fēng)板1.0 m 提高至距布風(fēng)板1.87 m 處。

圖3 澆筑一體化給煤口

實(shí)踐證明，300 MW 循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)床壓為7.9 kPa，正常運(yùn)行料層差壓約為6～8 kPa，物料濃度衰減區(qū)域密相區(qū)約3 m 以內(nèi)，對(duì)于給煤口的設(shè)計(jì)高度應(yīng)綜合考慮給煤點(diǎn)投料位置和煤流進(jìn)入爐膛后的擴(kuò)散效果，防止出現(xiàn)給煤口播撒阻力增加，擴(kuò)散效果差。

4.3 增設(shè)空氣炮

在給煤管線上容易發(fā)生堵煤的位置增加空氣炮設(shè)置。

在鍋爐每個(gè)落煤管49°的彎度斜角處加裝2 臺(tái)KQP-B-300L 空氣炮，共計(jì)16 臺(tái)。每臺(tái)空氣炮可實(shí)現(xiàn)程控、手動(dòng)兩種控制方式?？諝馀诓贾梅桨溉鐖D4所示。

圖4 落煤管底部堵煤處增加空氣炮

正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)視播煤風(fēng)、密封風(fēng)量。一旦發(fā)現(xiàn)密封風(fēng)壓升高，超過7 kPa，判定落煤管內(nèi)的積煤已經(jīng)很多。立即停止該給煤機(jī)進(jìn)行觀察，停運(yùn)5 min 利用高溫播煤風(fēng)進(jìn)行干燥后，再進(jìn)行空氣炮疏打?？諝馀谑褂梅椒ǎ合却蛳虏侩x爐膛最近的空氣炮，5 min 后，再打上面空氣炮。嚴(yán)禁同時(shí)進(jìn)行疏打，防止煤量集中下落，導(dǎo)致堵煤。

4.4 播煤風(fēng)改造

增加底部播煤風(fēng)強(qiáng)度和播煤風(fēng)量［4］，由原來單排播煤風(fēng)孔改為雙排播煤風(fēng)孔，提高播煤動(dòng)量。播煤風(fēng)管徑由原直徑219 mm 改為直徑329 mm 管徑，提高風(fēng)量，如圖5 所示。

4.5 增加爐前落煤管道吹堵裝置

定期進(jìn)行吹堵疏通，一旦堵煤，可進(jìn)行壓縮空氣吹掃疏通或人工疏通，提高煤流的輸送能力，如圖6所示。

圖5 改造后的雙排播煤風(fēng)孔

圖6 爐前落煤管道增加吹掃輸送裝置

4.6 煤斗破拱技術(shù)及大口徑落料口

煤斗采用破拱技術(shù)及寬口徑落煤口防堵技術(shù)，使煤斗出口尺寸足夠大（2 000 mm×900 mm）。大開口矩形破拱煤斗，能避免煤向下流動(dòng)過程的“瓶頸”現(xiàn)象。該尺寸的大小還與給煤機(jī)有關(guān)，如果給煤機(jī)允許的入口能夠做地更大，將對(duì)解決堵煤?jiǎn)栴}有更大的幫助［5］。

針對(duì)煤倉堵煤等問題，除增大了落煤口的面積外，還采用雙電動(dòng)插板門的擴(kuò)口防止堵煤破拱技術(shù)，給煤機(jī)接口為2 500 mm×800 mm 的落煤口。

5 運(yùn)行效果

防燒壞耐磨型澆筑一體化給煤口方案實(shí)施已經(jīng)運(yùn)行4 年，再?zèng)]有出現(xiàn)給煤口燒壞的問題，徹底解決了因堵煤燒壞給煤口難題，減少了鍋爐給煤口頻繁檢修工程量，提升了鍋爐運(yùn)行周期。

給煤口高度提升后，入爐煤流擴(kuò)散效果明顯改善，沒有出現(xiàn)給煤口下方結(jié)焦問題。

增設(shè)空氣炮后，定期投用能有效預(yù)防堵煤。但是一旦煤的水分增加到一定程度，僅靠空氣炮很難疏通堵塞的給煤管，有時(shí)還需要人工進(jìn)行清理。

定期進(jìn)行吹堵可有效疏通或降低給煤管線的堵塞風(fēng)險(xiǎn)。同空氣炮一樣存在一定的局限，煤的水分過高時(shí)，吹堵能力有限，有時(shí)還需要人工進(jìn)行清理。

優(yōu)化設(shè)計(jì)采用大口徑的落料口、煤斗破拱技術(shù)等措施，經(jīng)過幾年來的投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，幾乎沒有發(fā)生過堵煤?jiǎn)栴}，實(shí)踐證明了優(yōu)化技術(shù)改造的可行性。

6 結(jié)語

經(jīng)驗(yàn)表明，只要降低入爐煤的水分低于8%以下，幾乎不會(huì)出現(xiàn)堵煤。洗混煤水分為12%～14%且含有煤泥，不易分離，黏性較大，流動(dòng)性差。高揮發(fā)分煤在爐膛高溫物料的卷吸下?lián)]發(fā)分吸出，伴隨著煤焦油的吸出，增加了煤的黏性，導(dǎo)致給煤口出現(xiàn)干餾焦，在給煤口區(qū)域呈現(xiàn)干餾結(jié)焦?fàn)顟B(tài)，形成掛焦后，阻礙了煤流正常進(jìn)入爐膛。因此煤的水分及著火性能決定是否發(fā)生堵煤和爐膛給煤口下方區(qū)域結(jié)焦問題的關(guān)鍵因素。根據(jù)自身運(yùn)行條件實(shí)施一系列的技改后，很好克服了爐膛結(jié)焦和給煤管線堵煤的問題，大大提高了運(yùn)行的可靠性。

根據(jù)技術(shù)改造前后的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出建議如下：1）通過配煤，降低入爐煤的水分有效地解決了爐前落煤管堵煤?jiǎn)栴}；2）設(shè)計(jì)方面，根據(jù)煤種的含水量，來設(shè)計(jì)播煤風(fēng)，增加播煤風(fēng)壓頭、風(fēng)量，提高播煤風(fēng)動(dòng)量，增加攜帶煤流能力，也是緩解堵煤的主要方法；3）給煤口設(shè)計(jì)為澆筑一體化模式，給煤口和水冷壁一起進(jìn)行整體澆筑，徹底決給煤口變形燒壞問題；4）根據(jù)入爐煤為煙煤特性，揮發(fā)分較高，提高給煤口的高度，由原來距布風(fēng)板1.0 m，提高至1.87 m，減少給煤量帶來的堆積密度，提高擴(kuò)散速度，避免干餾焦或流化不良結(jié)焦的危險(xiǎn)；5）設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮爐前落煤管道按照一定的間距留有捅煤孔，設(shè)置捅煤通道，以便堵煤時(shí)進(jìn)行疏通；同時(shí)增加落煤管空氣炮，提升防止落煤管堵煤的措施。