工业煤粉锅炉中间仓落料冲击现象研究_潘伟.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月近年来国内市场对高自动化、低燃料消耗、低排放燃煤锅炉的需求不断增长。工业煤粉锅炉系统具有启停速度快、燃料消耗低、污染物排放少、自动化程度高等特点。国内工业煤粉锅炉系统经过近十几年的发展与探索，技术趋于成熟。工业煤粉锅炉系统可分为1 1个子系统，其中煤粉燃料的供料器是煤粉储供子系统的核心设备之一，其燃料输送的稳定性、均匀性都会对下游燃烧系统产生影响1。螺旋输送机作为常用的粉料输送设备已被广泛应用，而在工业煤粉锅炉系统中，螺旋输送机不仅可以当作系统尾部固体粉状废料的输送设备，还可作为优秀的工业煤粉锅炉螺旋供料器2。中间仓是煤粉储供子系统的一部分，用于将储仓排出的煤粉在进入供料器前松散化、流态化，并通过称重实现锅炉运行时煤粉的实时计量功能，保证供料器稳定、均匀地接受煤粉，从而使供料器向下游输送煤粉时更加稳定均匀。在工业煤粉锅炉的燃料储供子系统中，螺旋供料器通常与缓冲仓配合使用3。实践发现，螺旋供料器上游的称重粉仓受料时，锅炉内煤粉燃烧波动增大，使锅炉运行稳定性变差。本文通过分析螺旋供料器的工作特征，以及物料在称重仓内的流动状态，以能量守恒定律与动量定理为理论基础，结合实践经验，寻求解决方案。1螺旋供料器的工作特征在工业煤粉锅炉的燃料储供系统中，螺旋供料器采用螺旋杆拉/推送物料至一次风管。为保证燃烧稳定，应使混有煤粉的一次风尽可能均匀，实现单位时间、单位体积一次风与煤粉燃料的比例相等或减小其误差4。影响风粉比的因素为风机供风量、螺旋下料量的稳定状况。螺旋杆拉送/推送物料方式为：物料填充于螺旋叶片间隙内，通过螺旋杆旋转使物料沿螺旋杆方向运动，螺旋叶片间物料的填充率是影响螺旋杆运送物料的主要因素。影响填充率的主要因素有物料粒径、螺旋杆转速对螺旋杆吃料量的影响、物料运输过程的实际堆密度。研究中，物料为平均粒径7 4m 的煤粉，螺旋杆入料段淹没于煤粉中，故可认为其转速与吃料速度比恒定，落入中间仓之前的煤粉堆密度取0.7t/m3（介于堆积堆密度与松散态之间）。由于细煤粉物料的物理特性，实际煤粉堆密度无法保持0.7t/m3。煤粉流动过程中，气体流化、挤压、冲击、摩擦等都会对煤粉堆密度产生影响。煤粉中间仓落料时，锅炉燃烧波动较大，供料器透气布袋振动明显；推测落料时，由星形卸料阀卸出的煤粉在中间仓收稿日期：2022-06-29第一作者简介：潘伟，1995年生，男，甘肃民勤人，助理工程师，主要从事工业固液废弃物无害化处理及可再生资源化利用综合技术开发方面的研究，微煤雾化背压式热电联产项目运营管理方面的工作。工业煤粉锅炉中间仓落料冲击现象研究潘伟，尹和平，刘凤波，陈忠，辛艳萍（亿利洁能科技（武威）有限公司，甘肃 武威7 3 3 0 0 0）摘要：针对工业煤粉锅炉称重粉仓受料时，炉内煤粉燃烧波动增大，影响锅炉运行稳定性等问题，提出了固定伞帽加导流板的方案，并进行了现场效果验证。验证结果表明：在仓内增加伞帽以减小煤粉物料下落的高差，减小了冲击物料面的单位煤粉质量，使仓内物料面受到的冲击力减弱，有利于仓底排料堆密度的稳定。关键词：落料冲击；煤粉锅炉；导流板中图分类号：T K 2 2 9.6 3文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 0 6 6-0 3Blanking Impact Phenomenon in Intermediate Bin of Industrial Pulverized CoalFired BoilerPAN Wei,YIN Heping,LIU Fengbo,CHEN Zhong,XIN Yanping(Yili Jieneng Technology(Wuwei)Co.,Ltd.,Wuwei 733000,Gansu,China)Abstract:When the weighing powder bin of industrial pulverized coal fired boiler receives the material,the fluctuation ofpulverized coal combustion in the furnace increases,which affects the stable operation of the boiler.In order to solve this problem,this paper proposed a scheme of applying fixed umbrella cap and deflector,and verified the field effect.The verification resultsshow that adding the umbrella cap in the bin can reduce the height difference of pulverized coal material falling,reduce the unitmass of pulverized coal impacting the material surface,and weaken the impact force on the material surface in the bin,which isconductive to the stability of the discharge pile density at the bottom of the bin.Key words:blanking impact;pulverized coal fired boiler;deflector（总第2 1 0期）能源产业6 6 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0502 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月内做自由落体运动，对中间仓底部煤粉产生冲击，改变螺旋杆吃料堆密度，从而改变下游风粉管道中的风粉比，这种现象被称为落料冲击。2落料冲击的模型及简单计算中间仓通过星形卸料阀接收来自煤粉储仓的煤粉，煤粉从中间仓的底部排出进入螺旋供料器，如图1所示。图 1 中间仓-供料器设备锅炉正常运转时，上位机实时对中间仓整体称重，设定仓内煤粉上、下限，中间仓内煤粉达到下限时开始由煤粉储仓供料，达到上限时停止供料，整个过程中中间仓底部持续通过锅炉供料器排料。此冲击力向下传导，导致底部出料口煤粉堆密度不断变化，使供料误差增加，不利于下游稳定燃烧5。根据能量守恒定律，星形卸料阀每格卸出煤粉的重力势能通过自由落体运动完全转化为煤粉到达底部时的动能，因此需要减小煤粉对仓内物料面的冲击力。3缓冲方式在中间仓内部沿煤粉下落路径设置伞帽（圆锥形壳体），可使煤粉落在伞帽表面，部分下落动能转化为摩擦势能消除，相当于减小了下落高度；煤粉下落至伞帽表面后向周围散开，离开伞帽时分散下落，减小了冲击物料面每转卸煤粉的质量。研究中分别设计了固定伞帽和旋转伞帽。3.1固定伞帽的设计固定伞帽结构如图2所示。在入料口正下方设置一圆锥体，综合考虑煤粉静态休止角及下落冲量，圆锥表面角度设计为4 5，目的是使星形卸料阀每格卸下的煤粉落至圆锥体表面打散，然后沿圆锥下部散开落入中间料仓底部6。打散后的煤粉沿圆周下落至料仓锥斗，整个过程煤粉经过2次斜面（圆锥伞帽斜面和料仓锥斗内壁斜面），均可将煤粉下落的部分动能转化为摩擦力做功，使煤粉减速。通过2次斜面后，煤粉对底部的冲击得到减缓。图 2 固定伞帽结构3.2旋转伞帽的设计旋转伞帽结构如图3所示。图 3 旋转伞帽结构旋转伞帽是在固定伞帽的基础上，采用电机带动伞帽旋转，利用伞帽斜面缓冲物料下落的同时，通过旋转将物料均匀散开，使物料沿料仓内壁滑落至底部来减小冲力7。为了打散物料，伞帽圆锥表面不能是光滑的，要在圆锥表面做凸起、凹槽或直接穿孔。4旋转伞帽及固定伞帽的应用山西保德选煤厂对煤粉储供系统中的1台中间仓安装了固定伞帽与旋转伞帽。供料对锅炉燃烧的稳定性起着极其重要的作用，因此可通过系统正常运行时炉膛负压的波动范围来判断供料的稳定程度。通过观察锅炉控制室上位机获得的炉膛负压波动实时监测曲线发现，中间仓加装固定伞帽后，炉膛负压短周期振卸料回转阀煤粉注入称重传感器中间仓螺旋供料器风粉混合物一次风卸料回转阀煤粉注入称重传感器伞帽中间仓卸料回转阀煤粉注入称重传感器旋转伞帽中间仓潘 伟，等：工业煤粉锅炉中间仓落料冲击现象研究6 7 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月图 4 固定伞帽加导流板结构幅波动没有明显改善；中间仓加装旋转伞帽后，炉膛负压的长周期和短周期振幅波动均有所改善。由实际运行时的炉膛负压曲线判断，中间仓加装伞帽后，供料稳定性确有改善，炉膛负压波动减弱，且长周期内波动范围更稳定，说明伞帽对供给锅炉煤粉堆密度的稳定起到了积极作用。但是，伞帽也存在一些问题。由于煤粉的粉体特性，为了防止煤粉在伞帽与中间仓壁面架拱，设计时固定伞帽最大直径需小于中间仓内径6 0 0 7 0 0m m。当煤粉堆积高度达到固定伞帽时，由于粉体不能像液体一样流动，物料无法进入圆锥伞帽内部而导致空间的浪费，在锅炉运行过程中由于中间仓容积的减小导致卸料频率提高，而伞帽无法完全消除落料冲击现象，因此在长周期范围内增加了供料波动的不稳定性8。煤粉在落到旋转伞帽圆锥面之后，在离心作用下被甩到仓壁，使得仓内空间被充分利用，相比固定伞帽，对中间仓内容积的影响较小。但从加工和使用角度看，电机带动伞帽旋转，涉及传动体系的动平衡问题，伞帽圆锥体直径约8 0 0m m，转动时锥体外沿线速度为2.5m/s（转速6 0r/m in），如果传动不稳定，将会对传动轴、轴承、密封等部件产生过量磨损，使得传动系统不能长期稳定运行，增加维护成本。影响动平衡的因素有卷制伞帽钢板厚度的均匀性、卷制圆锥圆度的可控性、焊接质量。如果伞帽表面的凸起、凹槽或开孔不均匀，转动时会产生偏心。实际加工过程中要达到均布公差精度要求比较困难。增加传动机构的同时也增大了维护检修的工作量，增加了隐含的故障点。加装2种伞帽之后，锅炉运行效果均有所改善，但减弱炉膛负压波动的效果有限，同时旋转伞帽对加工精度、中间仓结构及后期维护要求较高。因此，既要减弱煤粉下落对物料面的冲击力，又要不影响中间仓的容积，同时降低制造维护成本，避免使用动设备9，提出第3种方案，即固定伞帽加导流板，如图4所示。由图4可知：采用更小直径的固定伞帽，在物料经伞帽打散下落的过程中，在下部再设置1个导流板及顶部开口的小伞帽，目的是增加物料下落过程中的运动行程，导流板与伞帽斜面之间相对垂直；当物料由一斜面流经另一斜面后可充分减速；在物料经过不同的导流板时，利用物料自身对导流板的冲击使物料充分破散，物料经小伞帽流出后下落至粉仓圆锥内壁上，可继续沿斜面滑落；物料流经的导流板边缘可设置尖刺或其他方式的破拱机构，防止物料在伞帽边缘架拱；而下方小伞帽顶部开口可有效防止伞帽内部没有物料填充，避免了空间的浪费。该方案成本增加少，装置不需要维护，且制作简单。5结语根据动量定理，物料下落对仓底物料堆密度的影响主要由物料下落的高差及单位物料的质量决定，高差越小、单位物料质量越小，物料下落对仓内物料面的冲击力越弱。在仓内增加伞帽以减小煤粉物料下落的高差，同时通过锥形面对煤粉的分散作用，减小了冲击物料面的单位煤粉质量，使仓内物料面受到的冲击力减弱，有利于仓底排料堆密度的稳定。实践证明，中间仓内增加伞帽对稳定供料有积极影响，但伞帽形式的选择需要综合考虑制造与使用成本。旋转伞帽虽然比固定伞帽的效果更佳，但综合考虑实际制造以及维护成本，其性价比不高。固定伞帽由于它固定的高度导致减小高差的效果有限，并且由于粉体的流动特性，使得煤粉垂直下落后仓内空间的利用率不高，且如果直径过大则容易使煤粉在伞帽边缘与仓内壁之间形成架拱。因此在固定伞帽的设计基础上，减小伞帽直径、增加流经斜面的数量、设置不同高度的斜面，以最大程度适应不同高度的物料面为原则，提出固定伞帽加导流板的方案。参考文献：1 尚庆雨.我国煤粉工业锅炉