旋风式助流清堵技术在原煤仓疏堵方面的应用

张绍兴

(华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204)

0 引言

某公司2台670 MW超临界锅炉为上海电气集团股份有限公司上海锅炉厂设计、生产的参数变压运行螺旋管圈直流炉。锅炉为单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构。锅炉燃烧系统按配低速磨冷一次风直吹式制粉系统设计，每台炉配6台BBD3854型双进双出磨煤机。锅炉原设计燃用晋中贫煤。原煤仓是钢结构圆筒仓，由圆柱形仓筒、圆柱形裙筒、倒置的正圆锥台漏斗和斜椭圆锥台漏斗组成。原煤仓由壁厚10 mm的Q345B钢板焊接而成，其下部煤斗(标高16.7～24.7 m)内壁衬有3 mm厚不锈钢内衬[1]。

1 原煤仓设备现状

近几年受到供煤影响，贫煤煤源比较少，价格偏高，采购的所谓贫煤大多为掺混煤，煤质不稳定，原煤颗粒较小，容易造成原煤仓堵塞；另外煤场没有完全封闭，受天气的影响比较大，尤其是雨季，煤中水分增大，煤黏性增强，特别容易在原煤仓出、入口落煤管处发生堵煤问题。现有的多种处理方法处理效果均不够理想。

原煤仓堵煤存在很大危害： 轻者造成机组出力下降，引起发电量下降；重者造成燃料供应中断，机组被迫投油助燃；再严重者，多台次给煤机同时堵煤，断煤长时间不能得到解决，将导致机组被迫停机。近两年来，该公司曾发生过多次因原煤仓堵煤引起的机组限负荷问题。

2 原疏堵方案介绍

在此之前原煤仓先后采用了4种防堵方法：振打电机法，空气炮法，螺旋疏通机法和人工疏通法。前3种方法可以单独使用，也可以组合使用，在原煤流动性较好时，可以起到疏通效果。但在煤质流动性差时，前3种方法的疏堵效果有限，被迫采用第4种方法—人工疏通法。但该方法疏通时间长、危险性大、工作环境差。

2.1 振打电机法

公司目前采用的是电动式振打器。其原理是在转子轴两端各安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力，如图1所示。在振打过程中，由于粘在仓壁上的煤料同仓壁的材质不同，振动频率存在差异，使煤同仓壁之间产生分离、形成间隙，空气进入间隙之间形成气膜，降低摩擦系数。

振打电机法存在一些问题：此方法只有在振打点下部有空隙时才能起作用，否则会越打越实；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。

图1 振打电机方案结构示意

2.2 空气炮法

空气炮法系统由小型储气罐和喷嘴构成。空气炮一般于煤斗两侧相向布置，为扩大疏通范围上下开，如图2所示。

图2 空气炮方案结构示意

小型储气罐内部有压缩空气，受电磁阀控制。启动空气炮时，压缩空气瞬间打入原煤仓内。放炮时瞬间产生强大的爆炸冲击力，此外力强制将物料向下推进。空气炮法存在的问题有：空气炮放炮点正处在堵塞位置附近时才能发挥其作用，而目前所有的空气炮在料仓上的位置都是固定不变的；如果放炮点处在堵塞点上方时，会造成下面的堵塞点压实；当物料很潮湿，内摩擦系数、黏度较大，放炮后只能打出一个孔洞，堵煤情况依旧存在，清堵效率不高。

2.3 螺旋疏通机法

螺旋疏通机实质是一种刮切式疏通装置(如图3所示)，由电机带动，通过减速机传动带动刮刀旋转。旋切刀、旋转锥体构成螺旋强制输料系统，通过改变仓体内物料的流动状态，使物料的流动状态由中心流恢复为整体流。

图3 螺旋疏通机结构示意

螺旋疏通机法存在的问题有：该方法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，清堵范围太小，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。

2.4 人工疏通法

堵煤严重时，以上机械方法均无法达到效果，被迫采用人力疏通法。该方法主要通过桶煤棒在通煤孔破拱，用手锤敲击堵煤部位。

人工疏通法存在的问题有：若堵煤位置较高，需要搭设脚手架，人员高空作业，存在安全隐患；疏通效果有限，费时耗力；当敲打无法解决堵煤时，需对原煤仓筒壁进行割孔处理，对仓壁破坏力大，且原煤外露成堆会污染环境。

3 旋风式助流清堵技术

通过多方调研，该公司采用一种新型旋风式气动助流清堵装置，并于2016年4月在堵煤发生率比较高的3C1原煤仓上进行安装及试验。该装置可根据生产实际情况修改清扫频次、清扫时间和清扫位置，疏堵效果良好。

3.1 旋风式气动助流清堵结构及原理

如图4所示，该系统主要由储气罐、进气阀门、控制阀、喷嘴等组成，为了便于运行人员控制，该系统具有远程和就地切换功能，运行人员使用过程中可通过分布式控制系统(DCS)画面分别控制或集中控制各层喷口。

图4 旋风式气动助流清堵结构

在原煤仓清堵段的仓壁上轴向方向，沿螺旋线轨迹径向均匀铺设喷嘴喷气点，喷嘴喷气口紧贴内仓壁沿螺旋角切线方向向下喷射高压气流，在仓壁与物料之间形成旋风式旋转气流。此气流将物料与仓壁短暂分离，降低了物料同仓壁之间的摩擦系数，加大了下滑力，消除了黏壁棚煤。在气流旋转的同时会产生指向中心的推力，气体在料仓内周边密度加大，压力升高，形成高压区；旋风中心区气体密度降低，形成低压区(旋风的特点)。此时周边的高压区气体会向中心的低压区流动，产生翻滚向上的高压气流，此气流在料仓径向方向会产生剪力。同时气体在仓内膨胀后降低了物料的密度和物料的内摩擦系数，减小了内聚力，消除了拱状堵煤[2]。

3.2 技术特点

使用情况证明，该技术具有以下特点。

(1)清堵范围广。本系统多层气刀从下至上对煤仓堵塞处进行分段连续旋切，在清除粘壁蓬煤的同时又可清除拱状堵煤。

(2)系统维护量低。本系统清堵方法先进，没有运动部件，没有易损部件。

(3)对系统影响小。喷嘴喷气时间、时间间隔、循环周期可调，喷嘴喷气能量及冲力在喷射过程中基本保持不变，并能保持在最高值。由于储气罐容积比最大的空气炮容积大几十倍，因而可在短时间内实现多次喷射，使仓内物料产生脉动振荡，并可防止气洞的产生。

(4)安装方便。在安装施工时无须清仓；在不确定堵塞位置情况下，在任意段清堵都不会引起堵塞加重。

(5)电气控制功能强大。可同DCS系统融合并网，实现手动/自动、本地/远程快速转换，运行人员在集控室内可以对该系统进行控制。另外该系统还有多种疏堵模式选择，有轻度疏堵、中度疏堵和重度疏堵模式选择[3]。

3.3 旋风式助流清堵技术与其他技术的对比

采用旋风式气动助流清堵技术的原煤仓堵煤次数显著降低，极大地提高了制粉系统的稳定性，同时也为机组的稳定、经济运行提高了保障。为了检验不同原煤仓疏通装置的效果，自2017年1月1日—2017年12月31日统计安装有不同疏堵装置的原煤仓发生堵煤的次数，通过对比4种清堵方案的运行情况可以看出，旋风式气力助流技术的原煤仓堵塞次数最少(见表1)。

表1 4种清堵方案运行情况对比

注：运行天数365天

4 结束语

该公司对2台670 MW机组原煤仓进行了旋风式气力助流疏堵技术改造，经过实践改造效果良好。改造完成后可有效解决原煤仓堵煤导致的机组降出力问题。该公司的原煤仓气力助流疏堵技术，给国内相似机组的原煤仓疏通技术改造提供了借鉴。