新型智能气动防堵清堵系统的开发与应用

李 鹏

（大唐国际张家口发电厂设备部，河北 张家口 075133）

1 锅炉概况

大唐国际张家口发电厂1～8 号机组锅炉均为东方锅炉厂设计制造的亚临界、一次中间再热、自然循环、全悬吊、平衡通风、燃煤汽包锅炉，其中1、2 号锅炉 型 号 为DG1025/177-2，3～8 号 锅 炉 型 号 为DG1025/18.2-Ⅱ4。锅炉制粉系统均采用冷一次风正压直吹式，配有6 个原煤仓和6 台中速磨煤机，正常运行4 台磨能带额定负荷，1 台备用，1 台检修。

2 锅炉原煤仓的结构特点及现状

大唐国际张家口发电厂锅炉原煤仓结构为双曲线钢斗结构，上部接口直径为5 600 mm，下部接口直径为1 000 mm，高度为5 280 mm；圆形钢斗内壁涂抹30 mm 厚铁钢砂浆耐磨层，双曲线煤斗内铺设有耐磨铸石板。由于燃料价格成本的不断攀升，火电企业面临着前所未有的经营压力，为降低燃料成本对企业的影响，配煤掺烧工作是降低燃料成本的重要手段。在火电企业大面积开展配煤掺烧工作的大背景下，配煤掺烧工作力度不断加大，煤质劣化趋势明显。由于劣质煤物料表面粒度较小，粉面比例较多，总水分较大，黏度较高，以及原煤在输煤系统中运输不畅时，需用大量水冲洗，致使原煤中含有大量水分等原因，原煤仓底部及下料口部位产生了煤粘壁的现象，淤积了大量的煤泥，使料仓容积减小，尤其在冬季，含水较高的煤形成冻块，严重影响了下料顺畅，造成原煤仓结拱严重，导致给煤机经常断煤，需人工疏通才能保证设备正常运行。不但影响机组出力、污染环境，同时还存在很大的安全隐患。

3 原煤仓堵塞的形式及部位分析

原煤仓结拱根据部位、形状的不同，基本可分为图1 的4 种形式，大致分为拱状、抛物线状，盲拱状等。堵塞的部位，大多数在原煤仓下部落煤管闸板门上方1.5～4 m 以内，在这个范围内某处开始黏结薄层物料，黏结后原煤仓内壁摩擦力增大，然后沿轴向与径向方向不断延伸，逐步造成粘结物料厚度增加，最终形成不同形状而堵塞，从而造成锅炉制粉系统断流。原煤仓中部双曲线凸起位置搭拱为蓬煤：在煤炭含水量较大，原煤仓停用时间较长的情况下，易造成煤面沿煤仓内壁的板结硬化而蓬煤，使原煤仓中部或上部搭拱堵塞。

图1 原煤仓结拱形式

4 常规疏通方式的局限性分析

4.1 原煤仓堵煤的传统常规疏通方式

原煤仓堵煤的传统常规疏通方式主要有以下几种方式：

1）液压疏通机；

2）外部机械振打；

3）空气炮；

4）内设置机械捣棒或机械搅拌装置；

5）敷设橡胶板。

另外还有加装高分子板、在落煤管易闭塞处开设人孔或手孔、放炮，爆炸破拱等措施。

4.2 常规疏通方式的局限性分析

1）液压疏通机：设备系统复杂、维护工作量大，对原煤仓的形状有特殊要求。

2）外部机械振打：原煤仓内部粘煤板结时，效果较差，无法满足清堵要求。

3）空气炮：空气气流冲击轨迹单一，只能向一个方向喷射气流。

4）内设置机械捣棒或机械搅拌装置：清堵工作区域相对较小，对于处在原煤仓高处的结拱堵煤现象效果较差。

5）敷设橡胶板：橡胶板耐磨性差，长时间运行磨损后，仍然出现结拱堵煤现象。

另外还有加装高分子板、在落煤管易闭塞处开设人孔或手孔、放炮、爆炸破拱等措施，但堵煤现象一直没有得到根治。

目前现有的原煤仓结拱清堵疏通技术只是堵煤后的一种处理方式，不论是哪种技术，都不能保证煤不黏结在煤仓和落煤管内壁上。即使是高分子衬板，虽然摩擦系数很小，但毕竟有摩擦系数，在很多环境或工况下也不能满足运行要求，尤其是在应用一段时间磨出痕迹后，就失去了防堵的作用，导致原煤仓断煤影响机组安全、经济、运行的问题一直存在。

5 新型智能气动防堵清堵系统介绍

5.1 防堵清堵理念

解决堵煤问题首先要做到的是预防，一味的清堵永远被动的。因此，制粉系统迫切需要一种能够预防性主动防堵的设备彻底解决原煤仓堵煤的问题。

5.2 智能气动防堵系统的特点

1）解决潮湿、黏结、油腻等物料的卸料堵塞问题；

2）预防性主动防堵；

3）阀体采用不锈钢材料，无堵塞设计；

4）冲击头和伸缩弹簧的寿命近100 000 次来回，硬度（HRC）达到28～32；

5）低空气消耗，单一气喷器耗气小于0.09 m3/每脉冲；

6）可安装在金属，混凝土，玻璃纤维等材料上，安装简单，对容器不造成伤害；

7）使用温度最高可达260 ℃（华氏500℉）。

智能气动防堵系统投入运行后，设备可处于7×24 h 长期稳定的工作状态。在冲击头的作用下，提前预防堵煤现象的发生。确保煤仓下料顺畅，避免每年多次的人工清堵工作，节省人力成本，达到节能降耗及安全运行的目的。

5.3 智能气动防堵设备的系统构成

一套典型的智能气动防堵设备的系统里包括若干个重要位置的气喷器、高速卸气电磁阀门、电气控制仪和空气储罐（如图2 所示）。整个系统可以独立操作，也可轻易和其他设备或自动系统结合使用。根据卸料要求不同，系统可按顺序从容器壁喷出高速气流，强劲的空气冲力使其脱离料仓内壁，物料自然的落在排料口处，即使是8 m 直径的物料，也可以在每次气波冲击下排出，而且是均匀排出。

图2 智能气动防堵设备简图

5.4 气喷器的工作原理介绍

新型智能气动防堵清堵系统的核心部件为气喷器，气喷器的工作原理是利用高压气体和金属冲击头组合对落料仓壁进行冲击和360°圆形高压气扫，能够有效避免物料贴壁、结拱、

鼠洞等现象的出现，是由高压气体、金属冲击头、高速卸气电磁阀等组成的预防性主动防堵系统，系统工作由PLC 控制，在0～500 ms 的时间内将冲击头迅速打开，气体喷出并在物料和仓壁间形成圆形清扫面（直径500～1 000 mm），使得湿粘的物料没有机会挂在仓壁上（如图3 所示）。

图3 气喷器的工作原理

6 原煤仓智能气动防堵系统改造方案

6.1 智能气动防堵系统设计

自给煤机落煤筒直管向上，空间高度从双曲线煤斗的下锥口开始起往上0.5 m 处，按间隔1 m，自下而上安装四层气喷器，每圈均布安装的数量为3、3、4、5。在圆形钢斗距过渡锥斗上部0.3 m 高处均布一层，安装5 个气喷器，共计20 个（如下页图4 所示）。

图4 气喷器安装布置示意图

由于本防堵系统创新理念是：设备工作于7×24 h 预防性主动防堵的工作状态。所以，只要保证双曲线煤斗部分不发生堵煤，其它地方的堵煤就会迎刃而解。

6.2 安装步骤

1）根据具体型号，在原煤仓壁上预先开好孔，安装时首先在外壁上开孔位置固定焊接好法兰（内螺纹）。

2）测量好冲击头进入仓内的距离后把有螺纹的冲击头本体旋进去再锁紧紧固螺栓（如图5 所示）。

图5 气喷器安装示意图