电厂锅炉煤仓棚煤问题分析及有效解决方案

摘 要：电厂锅炉煤仓棚煤、堵煤是电厂锅炉运行中普遍存在和影响机组安全平稳运行的一项主要因素，山西兆丰铝电有限责任公司自备电厂经过长期的摸索和实践，在锅炉煤仓棚煤科技攻关中取得了非常宝贵的经验，较好地解决了锅炉煤仓棚煤问题。现对造成煤仓棚煤的主要原因进行分析，并介绍山西兆丰铝电有限责任公司自备电厂煤仓改造经验。

关键词：棚煤;循环流化床;衬板;双曲线

0    引言

山西兆丰铝电有限责任公司自备电厂现有3台蒸发量分别为480 t/h的循环流化床锅炉，主要以阳泉平定当地煤矿的煤矸石为主要燃料，配有3台装机容量135 MW的汽轮发电机组，采用单元制运行方式，其主要为山西兆丰铝电有限责任公司电解铝生产用自备机组，年发电量约24亿MW。每台锅炉配有2座倒金字塔型钢制煤仓，煤仓内采用厚度为10 mm的超高分子量聚乙烯塑料衬板做内衬。多年来煤仓棚煤问题一直困扰着电厂干部和职工，特别是近年来国家环保管控力度加大，一次锅炉棚煤就很可能造成环保排放指标超标而带来不良后果。为了消除棚煤带来的安全和环保隐患，电厂专门成立了攻关小组，经过近两年的科技攻关，彻底解决了锅炉煤仓棚煤问题。

1    造成煤仓棚煤的主要原因

1.1    煤的成分构成对棚煤造成的影响

因山西兆丰铝电有限责任公司自备电厂在建厂之初设计煤种即采用低热值煤（低位发热量14.75 MJ，折合3 523 kcal），锅炉燃煤以煤矿原煤+中煤构成的煤矸石混合配煤為主，这种煤存在硬度高、灰分大、煤泥含量高（黏度大）、水分高、含硫量高等特点。

设计煤种各项指标如表1所示。

锅炉入炉煤主要是由当地矿井选煤厂通过运输皮带输送过来的无烟煤和中煤构成，经过锤式破碎机二次粉碎后进入锅炉煤仓。由于这种煤由矿井直接通过皮带输送机输送过来，煤中煤泥含量高、黏度大，同时煤中水分较高，这就造成煤进入煤仓时流动性较差，从而极易在煤仓仓壁形成挂煤，进而发生堆积和板结，这是造成煤仓棚煤的主要原因。

1.2    煤仓结构对棚煤造成的影响

1.2.1    煤仓外形结构影响

由于原设计煤仓均采用了倒金字塔结构，这种上大下小的倒方锥体结构极易造成煤仓内较湿而又灰分大的煤因其流动性差而在煤仓的四边夹角部位堆积，致使落煤流动不畅，遇到煤中干燥的煤粉后就会越积越硬，最后在煤仓4个边角形成由下至上的大面积堆积，从而产生棚煤、堵煤现象。

此外，原有煤仓堆积角小，锅炉燃烧煤种中所含灰分、水分较大，这种黏性较高的煤在落入煤仓后流动性差，也是导致棚煤的原因。

原有煤仓出口较小，煤在下落过程中不断受到挤压，越接近出口部位，受上部煤位高度影响越大，在煤仓落煤口0.5～2 m处所受到的挤压最大，这种挤压力越大，煤的密实度就越高，越容易出现棚煤现象。

1.2.2    煤仓内衬材料影响

原设计煤仓采用超高分子量聚乙烯塑料衬板，其具有衬板表面光滑，摩擦系数小，吸水性小;耐磨性好，抗冲击性能强;强度高，抗老化，不怕酸碱等腐蚀;耐温性能好，相对物理及化学特性较好等优点。但由于煤矸石硬度高，落煤点对内部衬板的冲击力较大，造成衬板磨损较快，脱落后的衬板掉在煤仓下部窄小的落煤口，容易造成锅炉运行断煤事故;其次，超高分子量聚乙烯塑料衬板用沉头螺栓固定在煤仓铁板上，时间久了，受落煤冲刷影响，连接螺栓磨损，会造成衬板与煤仓外部钢板分离，脱落的衬板极易造成煤仓堵煤，严重时还会导致煤仓下部皮带被掉落的衬板划破，从而造成皮带给煤机停运。

1.2.3    煤仓落煤口插板门结构影响

原有煤仓落煤口设计为矩形单向电动插板门，单向插板门存在闸板体型较大，容易受外力影响产生变形;开关时行程较长，全程开关耗时较长，不易迅速关断等缺点。为了减少其受力时变形，许多插板门生产单位在阀体中间增加了横向加强拉筋，这也造成了煤仓下煤时受阻不畅而出现堵煤现象，还会造成煤仓衬板脱落时脱落的衬板架在加强拉筋上，导致整个煤仓落煤受阻而形成锅炉给炉机断煤。

受煤质和煤仓结构不合理的影响，每年电厂至少要对每个煤仓进行两次清理，才能保证锅炉的平稳运行。但因煤仓内部封闭空间属于瓦斯积聚部位，而清理煤仓又属于有限空间作业，其安全风险极高，一直是电力生产企业中严格管控的一项施工作业。为减少运行中煤仓棚煤及堵煤现象的出现，降低清理煤仓过程中的安全风险，对煤仓进行改造势在必行。

2    煤仓改造实施方案

依据对造成锅炉煤仓棚煤各种因素的分析，攻关小组认为，由于当地地质结构形成的煤质特性已基本使锅炉燃烧用煤品质固定、不易调整，因此将煤仓改造纳入改造实施才是更为合理和有效的方法。

2.1    改造煤仓结构

针对原有倒金字塔方锥形煤仓四个夹角容易由下向上积煤的结构特征，煤仓由原来的倒金字塔方锥形改为双曲线椭圆形，改造部分采用方变圆仓+双曲线+长圆形出口过渡仓的组合形式。保留原有煤仓顶部方锥形钢结构与厂房混凝土建筑结合部位不变，此次煤仓改造在煤仓上部进煤口皮带落煤点即煤仓标高点29.42 m处开始切割，将原有煤仓的普通钢结构材料改为用厚度为12 mm的201E不锈钢板代替，同时仓壁与水平夹角由原来的最小68.1°增加到75°，增加了坡度，从而减少了黏煤堆积的可能性，在原有同样的高度下增大了下部落煤口直径，同时增大了煤仓出口的通流面积，也降低了下部落煤口处的挤压强度。改造后的煤仓各处均为圆弧角，避免了方锥煤仓夹角积煤现象;因双曲线结构煤仓对出口的煤有减压作用，从而降低了煤与仓壁的摩擦力，增加了煤的流动性。

2.2    取消煤仓衬板

由于改造部位使用了201E不锈钢材料作为煤仓壁板，201E不锈钢具有密度高，耐酸、耐碱性能好，材质中无气泡、无针孔等优点，所以改造后的煤仓内部取消了超高分子量聚乙烯塑料衬板，完全避免了衬板磨毛、变形、脱落造成的煤仓堵煤和锅炉断煤的安全隐患。

2.3    改造煤仓附属设备

在煤仓落煤口选用了12Cr13不锈钢双向液压插板门，取代了原有矩形单向电动插板门。双向液压插板门具有开关灵敏、动作时间短、密封性良好、开关平稳等特点，同时由于采用了双向开关形式，中间减少了加强筋，避免了原有矩形单向电动插板门由于行程较长、中间增加加强筋从而在结构上存在缺陷造成的堵煤现象。

此外，在新改造的煤仓中安装了加强型疏松器，当煤在煤仓中的流动性变差时，人工启动疏松器，疏松器沿着煤仓内壁上下往复运动，切断煤与煤仓的粘结，破坏掉棚煤支撑点，减少了煤在煤仓中板结的概率;并将原有煤仓空气炮由16个减少至4个，这样不但减少了由于原有煤仓空气炮较多在使用中带来的压缩气体浪费，还减少了由于空气炮击打造成的煤在煤仓中密实度增加从而板结的可能性，提高了设备运行的安全性。

改造前后煤仓外观对比图片如图1所示。

3    结语

经过对兆丰铝电公司自备电厂锅炉煤仓的改造，锅炉安全运行周期明显得到延长，经过改造的煤仓运行一年多以来再未出现锅炉停炉清理煤仓的现象，煤仓也再未出现棚煤、断煤现象，降低了运行中清理煤仓棚煤可能造成的有限空间作业带来的安全风险，同时也减少了清理煤仓的费用和锅炉降负荷带来的经济损失。2019年，循环流化床锅炉的运行周期达到了202天，创造了自2006建厂投产以来单炉运行的最好纪录，由此凸显了改造带来的经济效果。

收稿日期：2020-04-14

作者简介：张学海（1971—），男，河北井陉人，热动工程师，研究方向：电厂锅炉、环保。