【doc】火电厂输煤系统堵塞原因分析及治理措施

【doc】火电厂输煤系统堵塞原因分析及治理措施 火电厂输煤系统堵塞原因分析及治理措施 ?8?电力建设1997年第6期 火电厂输煤系统堵塞原因分析及治理措施 AnalysisofCauseforBlockingintheCoalHandlingSystemofthe ThermalPowerPlantwithControlMeasures 隆威 (中南工业大学长沙市410083) 拉 了z?'平 [摘要]文章分析了煤中牯结矿物,燃煤颗粒度,含水量及煤仓内村材料等因素,对电厂jI蠹煤系统堵 ' 治鹈筑,壮结蠊[关键词]火电厂燃煤堵塞牯结静力拱长:擒.一多口々B卜 许多火电厂,尤其是南方火电厂在多雨潮 湿季节常常出现输煤系统堵塞,影响电厂正常 运行关于堵煤原因,过去主要从输煤系统设备 设置,煤仓(斗)结构及干煤栅设置等角度进行 分析研究和治理改造,虽然取得了一些效果,但 由于对引起燃煤堵塞的本质问题——煤质的影 响研究不够,忽视了主要矛盾,所以难以从根本 上解决问题.例如湖南末阳电厂和广东沙角B 厂所在地区,年均降雨量分别为1336mm和 1734mm,日最大降雨量分别为109mll~.和 297ii~.m;末阳电厂设有存煤量为3.6万t的干 煤栅,沙角B厂不设千煤栅,从外部条件来看 末阳电厂明显优于沙角B厂.但由于两厂所用 燃煤不同,末阳电厂用本地小窑煤,煤中粘土类 外来矿物含量多,粒度细(小于2mm的粉煤达 70);沙角B厂用山西大同烟煤,燃煤粒度较 粗(小于2mill的粉煤仅40左右),尤其是煤 中粘结矿物含量少,末阳电厂经常出现严重堵 煤现象,而抄角B厂运行正常.这充分说明了 煤质对输煤系统堵塞有很大的影响.近年来我 们就煤质对电厂输煤系统堵塞的作用原理进行 了分析研究,提出了因煤质不同而引起煤仓粘 结堵塞和静力拱堵塞的作用机理,并分别采用 不同的治理措施,经电厂实际应用取得了良好 的效果. 1堵煤因素 引起输煤系统堵塞的原因除系统设计,煤 仓结构形式等外因外,我们认为主要还有煤中 粘结矿物,含水量,燃煤颗粒度及煤仓内衬材料 等因素 1.1煤中粘结矿物的作用 在成煤,采掘及运输过程中,煤中都会混人 一 些矿物质,他们构成煤的灰分.其中在成煤过 程中混人的称内在矿物质,他们包裹于煤中不 易吸水分散,基本无粘结作用f在采运过程中混 人的为外来矿物质,他们分散混合于煤中,其中 粘结矿物有粘结作用分析明,煤中主要矿物 7成果推广应用情况::辜妻 城市l10kV线路小型化研究成果,19951997年拟在成阳市区新建的2x10kmI10kV 年通过了西北电管局组织的专家评审会,获线路中使用. 收稿日期,l9970110 1997年第6期电力建设?9? 成分为粘土,石英,长石,黄铁矿,绿矾及石膏 等,其中粘土类矿物能吸水分散成胶体粒子,呈 浆糊状,有粘结作用,因此煤中的粘土矿物属牯 结矿物. 常见的粘土矿物有蒙脱石(Mo),高岭石 (Ka),伊利石(I)及埃洛石(Ha)4太类,其成分 主要为含水铝硅酸盐,呈层片状结构,层问吸水 后膨胀分散成微小胶体粒子,因此有较强的粘 结性.吸水膨胀性Mo类可达(5,12)倍,其余 粘土为(1,2)倍;吸水分散性Mo类达(100, 150)mg当量/100g土,其余粘土为(10,40) mg当量/100g土;比表面积MO类达(300, 500)rrt,其余牯土为(50,100)m/g.由此 可知,M0类粘土具有很强的牯结性. 煤中粘土矿物是引起其粘结的主要因素. 试验结果也证明了这一结论.见图1. /* 圈1粘土与粘结力关系 注:试验堞样粒度<2mm,古木量l0 图1说明:(1)不同粘土矿物,其粘结性不 同,Mo类较其他粘土粘结性太,(z)无粘土的 燃煤粘结力c值几乎为0,说明了煤中粘土的 粘结作用}(3)随着粘土的含量m的增加,燃煤 牯结力急剧增大. 由肢体理论及物理化学理论可知,粘土对 煤粉的粘结力主要由下述各项作用力组成:(1) 颗粒之闻的万有引力;(2)相邻颗粒互相接近, 使表层分子的力场互相重叠而产生的分子闻引 力;(3)离子交换而使其颗粒表面带电产生的静 电引力}(4)极性分子的氢键作用;(5)颗粒破碎 (分散)使其表面带负电,吸附极性水分子后形 成粘结性水化膜,并由颗粒之间共用而产生的 湿态粘结力等.从上述作用性质可知,粘结矿物 吸水分散性越好,其粒度越细,比表面积越大, 表面电荷越多,牯结力就越大,由于Mo类牯土 易吸水膨胀分散成极小的胶体粒子,因此其粘 结性最强 1.2煤中含水量的影响 如前述,粘土只有吸水后才能膨胀分散,才 能在表面形成粘结性水化膜,起粘结作用,因 此,水分是燃煤产生牯结的必要条件. 试验结果(见图2),表明:(1)煤中含水量 小于5时,颗粒表面难以形成粘结性水化膜 或水化膜太薄,粘结力很小,一般不易产生粘结 堵煤;(2)随着含水量增加,牯结矿物逐步吸水 膨胀分散成胶体粒子,颗粒表面形成粘结性水 化膜,粘结力随之增大并达到极值;(3)含水量 再增加,颗粒表面的水化膜增厚,逐步形成可流 动的自由水层,阻止了颗粒之间的紧密接触,使 牯结力不断减小. 图2含水?w与粘结力c的关系 注:试验煤样粒度<2mm 从试验来看,燃煤含水量在某一区域内,使 煤间粘结力达较大值,易引起燃煤牯结堵塞.燃 煤中矿物成分及含量不同,粒度分布各异,故各 煤样引起牯结的含水量区间也不同,经大量试 验结果统计,一般引起燃煤粘堵的含水量为 (7,13). 但另一方面,对于粗粒煤来说,含水量的影 响就不一样了.由于颗粒较粗,颗粒之间粘结力 较小,不易产生粘结堵塞,但颗粒间在压力作用 下可由于互相咬合使内摩擦力(用内摩擦角 表示)增大而失去流动性.粗粒煤中含水量对内 ?10?电力建设1997年第6期 摩擦角和粘结力C的影响如图3,图4所示 (试验煤 受】0 暑 × \05 图3含水量与内摩擦角关系 05101520 IV/ 围4含水量与粘结力关系 试验结果表明:(1)由于煤中易粘结的粉煤 含量及牯结矿物均较少,所以粘结力C值较 小,对堵煤影响不大,且含水量对粘结力的影响 规律与前述细粒煤样相同;(2)含水量增大,煤 粒表面形成自由水层,在颗粒之间产生润滑作 用,使颗粒间内摩擦阻力减小,有利于其流动, 但值对值影响较小. 另一方面,颗粒表面吸附水分形成水化膜 后,由于虹吸作用使颗粒之间产生虹吸引力,起 粘结作用,影响其流动性,因此综合来看,无论 是粗粒煤还是细粒煤,都应尽量减少煤中水分 含量,尤其是避开易引起燃煤粘结的含水量区 域[一般为(7,13)],以防止燃煤堵塞. I.3燃煤颗粒度的影响 燃煤粒度大小分布对其流动性好坏影响较 大.图5,图6为燃煤粒度大小(含<2mm粉 煤,比例)对粘结力c及内摩擦力(值表示) 的影响(试样含水量为10). 试验结果表明:(1)燃煤机械强度高,颗粒 度分布粗,颗粒间粘结力C小,而颗粒间互相 围5粒度大小与粘结力关系 图6粒度大小对值影响 咬台产生的内摩擦力大,燃煤不易产生牯结, 但受压时可能产生静力拱堵塞;(2)燃煤粒度 细,粉煤含量多时,由于其比表面积大,表面电 荷多,静电引力及分子间引力增大,另外吸附水 分子多,湿态粘结力也增大.由于其粘结力大, 粘结作用强,所以易产生粘结堵塞.同时,粒度 细可压缩性强,仓中燃煤在压力作用下产生塑 性变形也易被压实而失去流动性.生产现场实 际情况也如此,从煤仓壁上粘结的煤团中取样 分析表明,94以上粒度小于2mm. 1.4煤仓内衬材料的影响 试验表明,燃煤与各种内衬材科之间摩擦 阻力(用摩擦角.9表示)不同,因此采用不同的 内衬材料,对燃煤流动性影响就不同另外,不 同燃煤对同一种内衬材料的摩擦力也不一样. 试验证明,对同一种煤,在高强塑科板和不锈钢 板上流动性较好}而对同一种内衬材料,粒度 细,牯结矿物含量高的燃煤流动性差. 1997年第6期电力建设 2堵煤机理分析及治理措施 通过对堵煤原因的分析研究,我们将煤仓 堵塞分成粘结堵塞和静力拱堵塞两种堵煤机 理.并据此提出治理措施,经几家电厂输煤系统 技改应用取得了良好的效果,证明此项研究是 有实用价值的. 2.1粘结堵煤机理及治理措施 如前述,粒度较细,含一定粘结性矿物和合 适的含水量的燃煤容易产生粘结,它们在皮带 传输中易粘结成团.进入煤仓时,在落差产生的 冲击力作用下,粉煤粘结吸附在仓壁上并不断 增厚.致使煤仓间有效容积变小,煤流量越来越 小,仓壁上粘聚的煤粉越来越厚,直至最后煤仓 全部堵塞造成断煤.这些吸附在仓壁上的煤团 粘结很牢,现场采用振动器,空气泡等解堵措施 均无效,只能将』,吊进仓内用钢钎敲下,由此可 见粘结作用造成堵仓的严重性.粘结堵煤是由 于煤中粘结矿物在水分作用下对煤粉产生粘结 作用所致,主要矛盾是粘结力.产生粘结堵塞的 原因是煤中含有较多的粘结矿物,燃煤颗粒度 分布较细及含水量合适.地方小窑煤,强度低粒 度分布细的无烟煤,褐煤等均容易产生粘结堵 煤. 对于燃用粘结性燃煤的电厂,解决输煤系 统堵煤的措施主要有以下几条:(1)建干煤棚, 严格控制进仓燃煤含水量在(7,13)的敏感 区域外,(2)采用煤场混煤,提高燃煤粒度组成, 减小粘结矿物相对含量,尤其是小窑煤最好与 大矿煤混用;(3)尽量减小输煤系统各环节的落 差高度,控制进仓燃煤落点,避免其直接冲击仓 壁产生粘结;(4)煤仓内衬材料采用摩擦阻力 小,不吸水的高分子塑料板或不锈钢板,可防止 或减小煤粉粘结于仓壁;(5)煤仓内设置搅动或 犁煤装置,发现燃煤堵塞及时清刮解堵,严禁采 用振动器等解堵方法.另外,电厂还应结合本厂 实际情况采取一些切实可行的方法,如加强煤 场管理.控制进厂燃煤质量等综合措施.预防输 煤系统堵塞. 2.2静力拱堵煤机理及治理措施 所谓静力拱堵煤是指机械强度较高,颗粒 度较粗的燃煤在煤仓内停止放料而静置时,由 于进仓燃煤的冲击力和上部煤的压力作用,使 仓底燃煤颗粒之间互相咬合架桥,摩擦阻力增 大,逐渐形成静力拱而失去流动性.根据散粒体 理论可知,该时最大应力集中于静力拱中心(即 煤仓中心),现场表现为停止放料一段时间后煤 仓全部堵死,出料口无料流出. 如前述,形成静力拱堵煤的原因主要是由 于煤粒之间互相咬合,使内摩擦阻力增大(即 值增大),导致剪切力增大,燃煤流动性变弱.此 时内摩擦力是主要矛盾,粘结力C作用不大, 由于煤粒互相咬合而产生应力集中,解堵关键 是破坏该应力. 对于静力拱堵煤,一般可采用以下方法预 防或治理:(1)控制仓中燃煤储量,诚小仓底燃 煤压力,是防止产生静力拱堵煤的关键,尤其是 暂停放料时,应尽量减少仓中燃煤储量;(2)形 成静力拱后,可采用空气泡,振动器或破拱帽等 解堵方法,破坏拱中15应力集中点即可消除静 力拱.恢复燃煤流动;(3)尽量采用对燃煤摩阻 小的仓壁内衬材料.总之,对于静力拱堵煤,适 当采取预防措施一般均可避免. 我们认为,燃煤性质对输煤系统运行影响 很大,应引起重视,煤质是引起输煤系统堵塞的 主要因素,因其性能不同,引起堵煤方式不一 样,相应的预防或治理措施也各异.在电厂设计 或改造前,应将所用燃煤进行合理的,系统的成 分分析及物理力学性能试验,根据煤质试验结 果分析其对输煤系统的影响,作为确定输煤系 统设计或改造的依据.许多电力设计院根 据我们的煤质试验结果完成的新电厂输煤系统 设计和老电厂改造均取得了很好的效果,消除 了堵煤现象.提高了发电能力.因此,重视对燃 煤的性能研究,是预防和解决电厂输煤系统堵 塞的重要保证,设计管理部门及电厂对此应充 分认识,给予重视.