【干货】CFB锅炉给煤系统断煤改造与优化研究

火力发电厂锅炉给煤系统,通常指从锅炉原煤仓到炉膛的部分,承担着将煤炭输送至炉膛,供锅炉燃烧的任务,因此,给煤系统的通畅和连续平稳是燃煤发电机组安全稳定运行的基础｡公司现装机4×90t/h循环流化床锅炉(CFB炉)+3×220t/hCFB锅炉+2×15MW背压式汽轮发电机组,供汽能力900t/h｡锅炉设计燃煤粒度≤10mm,并且d50=2mm的粒度分布50%(注:d50也叫中位径或中值粒径,样品累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径｡物理意义是粒径大于它的颗粒占50%,小于它的颗粒也占50%)｡CFB锅炉给煤系统生产流程,原煤仓→给煤机→落煤管→炉膛｡根据锅炉容量不同,设有不同数量的原煤仓和皮带式给煤机｡采用钢制倒锥形原煤仓,根据给煤机数量,原煤仓下部分隔成对应数量的小锥形煤斗,再以方圆节过渡料斗同给煤机连接,原煤通过给煤机落入落煤管,将原煤输送到炉膛,从而完成原煤的封闭输送｡

机组投运后,原煤仓搭桥棚煤､仓壁粘煤､给煤机容易积煤､皮带跑偏､落煤管频繁堵管,从原煤仓到落煤管整条给煤线无法连续平稳送煤,造成锅炉频繁断煤,燃烧不稳甚至灭火,不得不投油稳燃维持运行,不但影响发电和供热,更是机组安全运行的严重隐患｡

（来源：微信公众号“循环流化床发电”）

1

原因分析

1.1 原煤仓结构设计原因

造成给煤机进煤中断的形式主要有2种,即棚煤和积煤｡原煤在煤仓中搭接架桥形成棚煤,如同在煤仓内架起桥梁,将煤仓完全堵实,尽管棚煤点上方还有大量煤炭,但其下方已经空仓,造成给煤完全中断｡积煤是煤炭颗粒粘结在煤仓某处,堵塞部分煤仓截面,随着时间的推移,以最初的积煤点为中心沿仓壁向周向和轴向发展,最终形成连续的积煤带,煤流阻力越来越大,结果是煤仓四周的煤炭堆积不动,仅煤仓中间的煤炭向下流动,在煤仓中心形成“井筒”,原煤仓有效容积降低50%,仓中虽有大量煤炭,但大多是“死煤”,不得不频繁启动上煤系统向原煤仓补充煤炭,降低上煤系统经济性｡由于仅煤仓中心的煤流动,流动阻力大,下煤缓慢,时断时续,发电机组不得不低负荷运行｡

棚煤主要发生在原煤仓小锥形煤斗上部1m左右区域,积煤主要发生在小锥形煤斗到给煤机入口区段｡

原煤仓壁面倾角影响｡随着煤炭颗粒在原煤仓内向下流动,原煤仓流通截面逐渐缩小,挤压力随之增加,煤粒与煤粒之间､煤粒与仓壁之间的摩擦力越来越大,而煤粒沿仓壁流动的重力分力保持不变,随着煤的流动,锥形煤仓内的等效流动动力越来越小,因此,断煤大多发生在煤仓的中下部位｡

倒锥形原煤仓由不同倾斜角度的4个仓壁组成,显而易见,壁面倾角越大,煤粒与仓壁之间的摩擦力越小,流动性越好,越不容易积煤｡倒锥形原煤仓从上到下采用固定倾角设计,在原煤仓下部用中间分隔板分割成多个小煤斗,小煤斗壁面倾角往往更小,当煤粒流动到小煤斗时,煤粒与仓壁接触面积增大25%,煤粒流动动力突然减小,而中间分隔板如同煤层的支撑梁,因此,在小煤斗上部1m左右的位置经常棚煤｡

小锥形煤斗至给煤机入口段设计不合理｡由于原煤仓宽度与锅炉炉膛宽度不同,给煤机与原煤仓和锅炉就形成不同的连接角度,并且每台给煤机的连接角度各不相同｡小煤斗与给煤机之间2~3m范围内设有方圆节过渡段和插杆阀,以实现煤仓同给煤机不同截面和不同角度的过渡,插杆阀的设置是为了隔断煤流,以便给煤机检修维护｡这个区段截面不规则,四壁角度多变,煤层流动有死角;煤粒在该区段受四面摩擦,容易挂壁积煤,是断煤多发区段,是改造治理的关键部位｡

1.2 原煤仓无破堵措施

设计院对原煤仓防堵意识不足,没有设计任何破堵措施,投产后原煤仓断煤严重,不得不配备临时工在原煤仓值守,不断用大锤敲击和开孔拥投,仓壁凹凸不平,加剧堵煤,仍然无法保证供热和机组运行｡积煤严重时,定期安排人员进到煤仓内边运行边清理积煤,容易发生人员伤亡事故｡

原煤仓壁面粗糙,加重积煤｡根据设计图纸,原煤仓整体内衬3mm厚不锈钢板,由于使用效果不理想而没有铺设｡普通钢板壁面光洁度差,加之煤中含有硫､水分,钢板发生腐蚀和氧化,加重钢板的粗糙度,表面摩擦系数大,煤炭容易在仓壁粘附滞留｡

1.3 给煤机制造因素

(1)给煤机入口导料管通径小,制约煤炭通流｡给煤机入口往往采用正方形设计,其尺寸大小由给煤机皮带宽度决定,比给煤机皮带宽度略小｡给煤机同煤斗连接尺寸是500×500mm,而在给煤机内部导料管装有导料板和煤层整形阀,对煤流收缩和整形,以满足电子皮带秤计量需要,经收缩整形后的导料管通流口径只有300×600mm,此处流通面积突然缩小,截面收缩率最大,每次停炉检查,此处总有煤粒粘附板结,实际通流面积进一步缩小,是整个给煤线的卡脖子部位｡

(2)导料管漏煤,滚筒粘煤,皮带跑偏｡给煤机系耐压称重式皮带给煤机,采用环形裙边平皮带,皮带宽650mm,受炉膛正压影响,给煤机运行风压+1kPa左右｡为防止导料管与皮带摩擦而损坏皮带,导料管与皮带之间有80mm的间隙,当皮带上有煤炭时,该间隙达100mm｡断煤恢复时,煤炭从煤仓高处快速下落从导料管与皮带之间的空隙冲出散落到给煤机腔室内,频繁的断煤和恢复,最终造成大量煤炭堆积在给煤机内,卷入皮带与滚筒之间,粘附在滚筒上,造成皮带严重跑偏,触发保护动作而停运给煤机｡必须将锅炉负压抽到-2kPa,才能清理给煤机内积煤,严重影响机组的安全性和经济性｡

1.4 播煤风输送能力差容易堵管

给煤机出口至炉膛这段管道是煤炭输送的最后阶段,虽然只有8m长度,但是,该段落煤管必须将垂直下落的煤炭转弯90°才能送进炉膛,转弯处播煤风的设置是影响落煤管积煤堵管的关键｡给煤机出口采用Dn325的圆形落煤管,落煤管中心线距离炉膛3.7m,煤炭自由下落的动能不足以让煤炭运动进入炉膛,由于播煤风管结构设计不科学,不能将燃煤输送到炉膛,造成煤炭沉积而堵管｡

1.5 煤质劣化加剧断煤

煤炭是成份复杂的石化燃料,不同产地的煤炭其发热量､挥发分灰分､水分等差异很大｡煤炭颗粒的大小､灰分的大小及其组成､水分含量对煤炭的流动性和粘结性起决定性影响｡颗粒度越小､灰分越大､水分越大,煤炭粘结性越强,越容易堵煤｡

CFB锅炉原煤仓储存的是粒径10mm以下的小颗粒煤炭,根据锅炉厂筛分要求粒径2mm以下的占比>50%,整体性状以粉状颗粒为主｡当前煤炭供应完全市场化,电厂燃煤很少有稳定的设计煤种供应,绝大多数来自不同的供应商并且还是不同煤炭的混合煤,有的还掺有煤泥,因此,电厂来煤成分复杂,质量多变｡另外,为降本增效,电厂自身也寻求掺烧煤泥,煤泥是原煤洗选的副产物,其特点是粉末化､灰分大､水分高｡如此,电厂燃煤的变化趋势是颗粒度趋小,灰分和水分趋高,使煤颗粒间更密实,颗粒间咬合能力增强,流动性变差,粘结性变强,加重棚煤和积煤｡