300 MW CFB 鍋爐燃用高水分洗混煤堵煤對策

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 循環流化床機組，設計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進入爐后中部26 000 mm 處給料口入爐膛燃燒。

鍋爐為單爐膛、單布風板300 MW 第二代循環流化床鍋爐。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，給煤系統采用水冷壁前墻8 點分布式布置，沿爐寬均勻分布，保證給煤均勻；鍋爐采用皮帶一級給煤，給煤機平臺標高24 000 mm，給煤口中心標高11 000 mm。輸煤系統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量式給煤機，輸送至爐前落煤管，經播煤風送入爐內。鍋爐內物料的循環是依靠送風機和引風機提供的動能來流化和推動燃燒。從一次風機出來的空氣分成3 路送入爐膛： 第1 路，經空氣預熱器加熱后的熱一次風從兩側進入爐膛底部的水冷風室，通過布置在布風板上的風帽后使床料流化，并形成向上通過爐膛的氣固兩相流；第2 路，熱一次風經給煤增壓風機后，用于爐前氣力播煤；第3 路，一部分未經空預器加熱的冷一次風作為給煤皮帶的密封用風。

2 給煤系統在運行中存在的問題

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

停爐檢查發現8 個給煤口有7 個變形嚴重，通流面積不到設計值的一半，須檢修更換。檢查處理爐前落煤管堵煤嚴重部位： 一是給煤機出口垂直段落煤管天方地圓收口處；二是鍋爐廠設計爐前落煤管垂直與傾斜段交叉煤流變轉向處；三是爐內給煤口鑄件，見圖1。

圖1 給煤系統的燒壞變形位置

3 原因分析

3.1 煤質

電廠設計煤種為煤泥、煤矸石、洗中煤、天然焦、原煤等，因天然焦儲存條件無規律、開采巷道成型和頂板支護困難且成本高，難以利用；現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%。自電廠調試以來，由于洗混煤含粗煤泥、持水性強，極易吸附給煤管、溜槽等造成堵煤停爐，嚴重影響正常生產，洗混煤水分大，爐前落煤管道堵煤嚴重，給煤口、播煤風、落煤管道出現不同程度的燒壞。

3.2 給煤口開口位置

給煤口開口中心線距布風板1.0 m，除去布風板澆注料厚度0.15 m，實際給煤口中心線距布風板為0.85 m。由于燃用低熱值燃料，滿負荷時每臺給煤機均超過30 t／h，一旦斷煤，給煤自動會增加同側其他給煤量。單個給煤口煤量超負荷運轉，造成煤流量大。而給煤口在背壓較高的密相區，單位面積上的堆積煤流過大，流化效果變差，導致給煤口區域流化擴散效果差，連續煤流加重了給煤口的流化載荷，使得該區域流化減弱，出現播撒緩慢、流化不良等，造成給煤口積煤蒸餾，出現煤焦油等干餾結焦。停爐后發現給煤口附著焦塊。給煤口擴散性能差，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的復雜環境，冷熱交替頻繁，嚴重的變形后影響風、煤的分布，播煤效果變壞，容易導致堵煤［1］。

3.4 播煤風量

播煤風主要功能在溜煤槽底部形成氣墊，提高氣流噴速，達到播煤的目的。設計原則上播煤風量不低于總風量的8%，而實際上播煤風量不到總風量的6%。風量小、風速低，播煤風動量不足，難以達到將煤顆粒拋開并拋灑均勻的目的。在給煤量不均嚴重時，給煤量較大的給煤管因阻力大，播煤風會明顯小于其他各管。較低的播煤風動量加劇了堵煤的發生。爐膛兩側的給煤管線是最容易發生堵煤的位置，這也說明了播煤風對堵煤問題的影響。

4 主要改造方案

4.1 防燒壞耐磨型澆筑一體化給煤口

給煤口變形嚴重，經調研多家同類機組電廠，給煤口均出現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［2］。割除給煤口鑄件變形部分約300 mm，利用耐熱鋼筋、龜甲網做成一個給煤口框架，用鋯鉻剛玉可塑料進行澆筑，和水冷壁形成一體，密封盒內一半使用可塑料，一半使用保溫澆注料進行密封澆筑。防燒壞耐磨型澆筑一體化給煤口如圖2 所示。

圖2 給煤口優化

通過反復試驗，耐磨可塑料耐高溫達到1 700 ℃不會變形燒壞，而給煤口使用耐高溫的稀土合金鑄件，最高運行溫度1 200 ℃，給煤口一旦堵煤，會出現堵煤在給煤口內燃燒，其溫度達到了1 400 ℃，超過了給煤口鑄件鋼板的極限溫度，每次停爐發現給煤口都均有不同程度的變形和燒熔現象。經過試驗摸索，割除變形燒壞的給煤口鋼板，采用耐高溫耐磨可塑料進行修補，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

結合國內外的工程實例，給煤口的開口高度不應固化不變，而應根據燃燒煤種來定。不完全統計（FW、ALSTOM、上海鍋爐廠、哈鍋廠爐型）給煤口一般設計在距布風板1.5～2.5 m［3］。經驗表明：當設計煤種為揮發分高且發熱量低的煤種時，特別是高水分和粘結性強的燃料，可以考慮提高給煤口設計位置。原因是揮發分高燃燒較快，而發熱量低，單位面積上的給煤量會增加，適當提高給煤口高度，減少給煤口擴散背壓，提高入爐煤的射流質量。經討論決定提高給煤口設計位置，由原設計距布風板1.0 m 提高至距布風板1.87 m 處。

圖3 澆筑一體化給煤口

實踐證明，300 MW 循環流化床鍋爐設計床壓為7.9 kPa，正常運行料層差壓約為6～8 kPa，物料濃度衰減區域密相區約3 m 以內，對于給煤口的設計高度應綜合考慮給煤點投料位置和煤流進入爐膛后的擴散效果，防止出現給煤口播撒阻力增加，擴散效果差。

4.3 增設空氣炮

在給煤管線上容易發生堵煤的位置增加空氣炮設置。

在鍋爐每個落煤管49°的彎度斜角處加裝2 臺KQP-B-300L 空氣炮，共計16 臺。每臺空氣炮可實現程控、手動兩種控制方式?？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

正常運行時監視播煤風、密封風量。一旦發現密封風壓升高，超過7 kPa，判定落煤管內的積煤已經很多。立即停止該給煤機進行觀察，停運5 min 利用高溫播煤風進行干燥后，再進行空氣炮疏打?？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。嚴禁同時進行疏打，防止煤量集中下落，導致堵煤。

4.4 播煤風改造

增加底部播煤風強度和播煤風量［4］，由原來單排播煤風孔改為雙排播煤風孔，提高播煤動量。播煤風管徑由原直徑219 mm 改為直徑329 mm 管徑，提高風量，如圖5 所示。

4.5 增加爐前落煤管道吹堵裝置

定期進行吹堵疏通，一旦堵煤，可進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 煤斗破拱技術及大口徑落料口

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

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

5 運行效果

防燒壞耐磨型澆筑一體化給煤口方案實施已經運行4 年，再沒有出現給煤口燒壞的問題，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，提升了鍋爐運行周期。

給煤口高度提升后，入爐煤流擴散效果明顯改善，沒有出現給煤口下方結焦問題。

增設空氣炮后，定期投用能有效預防堵煤。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，有時還需要人工進行清理。

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

優化設計采用大口徑的落料口、煤斗破拱技術等措施，經過幾年來的投運經驗，幾乎沒有發生過堵煤問題，實踐證明了優化技術改造的可行性。

6 結語

經驗表明，只要降低入爐煤的水分低于8%以下，幾乎不會出現堵煤。洗混煤水分為12%～14%且含有煤泥，不易分離，黏性較大，流動性差。高揮發分煤在爐膛高溫物料的卷吸下揮發分吸出，伴隨著煤焦油的吸出，增加了煤的黏性，導致給煤口出現干餾焦，在給煤口區域呈現干餾結焦狀態，形成掛焦后，阻礙了煤流正常進入爐膛。因此煤的水分及著火性能決定是否發生堵煤和爐膛給煤口下方區域結焦問題的關鍵因素。根據自身運行條件實施一系列的技改后，很好克服了爐膛結焦和給煤管線堵煤的問題，大大提高了運行的可靠性。

根據技術改造前后的運行經驗，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問題；2）設計方面，根據煤種的含水量，來設計播煤風，增加播煤風壓頭、風量，提高播煤風動量，增加攜帶煤流能力，也是緩解堵煤的主要方法；3）給煤口設計為澆筑一體化模式，給煤口和水冷壁一起進行整體澆筑，徹底決給煤口變形燒壞問題；4）根據入爐煤為煙煤特性，揮發分較高，提高給煤口的高度，由原來距布風板1.0 m，提高至1.87 m，減少給煤量帶來的堆積密度，提高擴散速度，避免干餾焦或流化不良結焦的危險；5）設計上應考慮爐前落煤管道按照一定的間距留有捅煤孔，設置捅煤通道，以便堵煤時進行疏通；同時增加落煤管空氣炮，提升防止落煤管堵煤的措施。