中南电力设计院湖北武汉430071
摘要：本文结合现行规程对原煤斗设计的规定，并从部分工程现场出现的煤斗堵塞的原因入手，分析煤斗堵塞的原因，推荐在满足煤斗储煤量的前提下，选择合理的煤斗形状，结构尺寸及下部小斗结构，并阐述了各种防堵措施的适用性，为煤斗防堵提供了合理的设计方案。
制粉系统是燃煤火力发电厂的重要组成部分，其运行通畅与否直接影响锅炉运行的安全性与经济性。而原煤斗堵煤导致制粉系统中断的情况又是火电厂经常遇到的问题。当煤斗出现堵塞不能自动或连续均匀下煤时会引发一系列问题，如给煤机断煤，燃烧火焰失稳及运行参数波动等。如果处理不好还会导致锅炉灭火，重者引起煤斗自燃，甚至爆炸，影响正常生产。因此原煤斗堵煤问题已经成为影响部分火电厂稳定运行的主要因素，如何采取有效的措施解决煤斗堵煤已成为火力发电厂重点关注的问题。
对于原煤斗堵煤的问题，各电厂都想尽了很多方法，甚至部分电厂采取的办法是派专人在煤斗旁边看守，人工敲打原煤斗疏通。因此，查明原因，找出合适的方法解决原煤斗堵谋问题对于火电厂的稳定运行有着十分重要的意义。
1煤斗堵塞的原因分析
1.1根据DL/T5145-2002“火力发电厂制粉系统设计计算技术规定”8.1.2，大容量锅炉的原煤仓圆锥形出口段与水平面交角不应小于60°；对于褐煤及黏性大或易燃的烟煤，壁面与水平面交角不应小于70°，这样就会使得煤斗漏斗段的高度远大于直径，即形成煤斗漏斗段高的型式-上口大，下口小，煤斗越往下，面积越小，若没有外力作用，仅靠自重力自上而下流动，当摩擦系数不变，煤越往下流动，在上层煤的重力作用下，煤与煤的摩擦力、煤与仓壁的摩擦力、仓壁对煤的挤压力越大，且煤层高度越高，煤体对煤斗侧壁的压力越大，摩擦力越大，使煤固结强度增加而导致起拱，形成我们常见的压缩拱。另外煤粉在煤斗中降落时，因截面的收缩而逐渐密实导致结拱。
1.2煤粉颗粒较小，只要水分稍大，尤其是雨季，煤斗易生锈，煤的粘附力较大，极易粘附于斗壁上，原煤斗易堵煤，形成芯流状态。此状态下只是由于水分增加，总体颗粒度变小导致内摩擦力增加过大造成的。
1.3常见的冷一次风直吹式制粉系统为正压运行系统，通过给煤机落煤管传到煤斗下部出口的压强有1000Pa以上，产生的阻力N=P×S=1000×0.7×0.75=525N，所以产生气压平衡拱的可能性也很大。这样形成了常说的气压平衡拱。
上述3种类型的结拱如图：
1.3-13种煤斗结拱类型
2原煤斗线型优化
2.1增大煤斗出口面积
根据上述分析，煤斗出口尺寸对煤斗堵煤有很大的影响，解决堵煤最简单而有效的一个办法就是加大煤斗出口面积，而煤斗出口与给煤机进口相连，这一尺寸受给煤机带宽限制，并无很大优化空间，但是通过与给煤机厂家配合后给煤机进口尺寸可适当增大。
2.2煤斗上口形状的选择
传统钢煤斗就其外形来看，主要分为普通矩形煤斗和圆筒形煤斗，圆形煤斗由于其单位容积用钢量少，受力合理明确，可充分发挥钢材的受拉特性，且落煤性能优于矩形煤斗等优点，被广泛采用，但随着火电厂朝大容量、超超临界机组方向发展，大机组对煤斗的容量也随之大幅度提高，如仍简单的采用圆形煤斗，就会产生煤斗本体高度过高，皮带层标高随之上升，从而导致电厂煤仓间框架的造价增加。
以往火力发电厂主厂房布置常采用炉前内煤仓布置形式，即汽机房，除氧间，煤仓间四列式布置，这种布置形式，通常是煤斗在煤仓间呈一字排开，煤仓间采用两条皮带连续上煤或定点上煤，圆形煤斗和矩形煤斗均满足上煤要求。随着火电厂朝大容量、超超临界机组方向发展，主厂房布置形式也发生了变化，国内越来越多的电厂采用了紧凑型布置，煤仓间由炉前内煤仓转变为侧煤仓，即煤仓间位于两台锅炉之间，这种方案煤斗呈两列布置，通常煤仓间布置3条皮带，两台炉的煤斗共用中间一条输煤皮带机，若煤斗上部仍采用圆形就很难满足此要求，因此煤斗上口一般做成矩形。
2.3煤斗线型优化
在煤斗容积满足设计煤小时数的前提下，适当降低皮带层标高，可降低煤仓间容积，从而降低工程造价。
相对来说，双曲线型小煤斗有着更好的受力情况，也有利于防止堵煤，但是双曲线在制作工艺上较为复杂，特别是空间利用率上较锥形煤斗差，使皮带层标高升高，我院近期部分大容量机组均采用了锥形小煤斗，已经投入运行的华润电力（贺州）有限公司一期2×1000MW机组，华能岳阳电厂三期2×600MW等，煤斗下部均采用的是锥形小煤斗，运行情况良好，现场并未反映堵煤。因此，只要煤斗与水平角度满足规程要求，并辅以其他防堵措施（本文后述部分将介绍），下部煤斗无须采用空间利用率不高的双曲线小煤斗。因此，建议煤斗选取近似双曲线形状的圆锥型小煤斗。
常规的煤斗都有一个对称中心，从受力角度分析，煤斗的对称中心也是煤斗对原煤作用力的汇聚中心，有着这样一个合力对于煤粉的流动来说，对于煤粉的流动来说是非常不利的。
如果能设计一种煤斗，没有这样的汇聚中心，将会对防止煤斗堵煤产生一定积极的影响。
为防止堵煤，煤斗壁面与水平面交角要求较大，按照圆锥形小煤斗高度已经很高，若圆锥形小煤斗段采用不对称中心结构，小煤斗段高度将会更高，势必会增加煤斗总体高度，从而提高皮带层标高，而如前分析，小煤斗段高度过高对煤斗防堵是不利的，若方圆节段采用不对称结构，也会较大幅度的提高煤斗的高度，因此建议采用上部矩形中心线与中部方圆节及小煤斗中心线不重合。
3防止煤斗堵煤其他措施
3.1人工敲打原煤斗疏通
人工敲打原煤斗疏通劳动强度非常大，而且经常事倍功半，时而有影响机组带负荷的情况发生，也与现在精简人员，提高效率的集控运行方式不符。另外，人工敲打对堵煤时间较长时，则无济于事，必须进入原煤斗内部进行彻底清理。
3.2安装仓壁振打器
根据原煤斗结构和现场情况，最易起拱和堵塞部位是安装仓壁振打器重点部位。当发生堵煤时，仓壁振打器动作，便产生了对原煤斗壁的周期性高频振动，由于仓壁振打器的周期性振动，一方面使原煤与仓壁脱离接触、消除原煤与仓壁的摩擦，另一方面使原煤受交变速度和加速度的影响，处于不稳定状态，从而有效地克服原煤的内摩擦力和聚集力，使煤斗落煤通畅。
3.3采用煤斗内衬
煤斗的内衬材料必须保证煤斗的完整性，同时应能经受煤的经常冲击和摩擦，因此要求内衬材料抗冲击、耐磨擦、耐腐蚀、表面光滑等，还要考虑经济合理，目前，煤斗的内衬材料有如下几种。
3.3.1辉绿岩铸石板具有摩擦系数小、耐磨、使用寿命长、价格低廉等优点，但其性脆、抗冲击性能差，维修较困难。
3.3.2铸铁块造价低，耐磨性好，但性脆易砸坏，故较少使用。
3.3.3不锈钢钢板抗冲击、光滑及耐磨等性能好。目前国内已经运行的电厂大多采用不锈钢内衬板。
3.3.4UHMW-PE型超高分子聚乙烯塑料板
1）磨损率较低；2）煤块与UHMW-PE之间摩擦系数低，这样煤斗内的煤形成均匀流态，从而不易堵煤；3）具有一定的耐冲击的强度，但此种内衬煤斗施工难度高，价格偏高，本身具有可燃性。
3.4空气炮清堵空气炮利用空气动力原理，介质为压缩空气，由一差压装置和可实现自动控制的电磁阀、瞬间将空气的压力能转变成空气射流动力能，产生强大的冲击力。当原煤斗发生堵塞时，快速打开空气炮储气嘴的喷射口，空气炮储气罐内压缩气体受压力差的作用，形成高速喷出的强烈气流。
这种突然释放的超音速气流所产生的冲击力作用在煤斗内的物料上，克服了物料的摩擦，使粘结、压实、拱的物料产生破裂和位移，从而恢复了仓中堵塞煤粒的重力流动。一般整套的空气炮组件是由储气罐、气缸、电磁阀以及相关的管路阀门等组成。
一般最易起拱，堵塞的部位往往是在垂直仓壁与锥形料斗的结合部以及下部给煤机入口的方圆节处，所以布置空气炮的重点也应在此区域。应根据实际情况，在最易发生堵塞的部位按角度、分层次布置空气炮若干台，以组成一个操作系统来工作。
3.5煤斗疏松机清堵方法
疏松机采用液压驱动，由液压泵站，刮板，电控系统，断煤信号等组成，疏松器刮板紧贴煤斗内壁，依靠上部液压缸及其连接管路带动疏松器的疏松刮板，沿煤斗内壁上下往返运动，切除、破坏堵煤的洞拱基础，使之崩溃，达到疏松目的。在原煤斗外部设置油箱，与原煤斗内安装的液压缸通过管路连接，液压动力系统动力大、换向平稳，使堵煤的洞拱基础的切除、破坏更加彻底。
如上所述，人工敲打原煤斗疏通劳动强度非常大，而且经常事倍功半，也与现在精简人员，提高效率的集控运行方式不符。
在原煤斗外壁上装设振打器，只要装设位置合适，会达到一定的疏通效果。其结构简单，易于安装和维修，缺点就是疏通无效时振动反而加重堵塞，另外对设备的损害也较大。
采用空气炮需要配置压力容器、提供压缩空气，布置、系统都很复杂，即使对单个原煤斗也要采用多套装置，同时还存在外力不均匀，局部作用的缺点。
煤斗加内衬是通过降低外摩擦力来处理蓬煤，但如果内衬受到冲刷磨损，表面粗糙度增加，摩擦系数增大，就会对解决堵煤起不到很大的作用，仅仅通过增加煤斗内衬而不加装其他措施是远远不够的。
煤斗疏松机是通过进行内部扰动，“协助”原煤克服外摩擦力，同时起到诱导活化原煤的作用，削弱内摩擦力，不发生蓬煤。采用疏松装置改动工作量较小，且能够自动工作。
4结论
（1）煤斗内储存的煤粒度一般较小，因此煤斗易堵，燃用水分小的煤是防堵的有效措施之一，有条件时加大干煤棚的面积。
（2）煤斗进出口尺寸尽量不要相差太大，以便形成整体流。煤斗线型应尽量采用等截面变化率的双曲线或近似双曲线的圆锥型煤斗。
（3）降低煤斗高度，减少煤斗的垂直摩擦力。
（4）原煤斗堵煤一般采用疏松装置较为适宜，可以有效地解决蓬煤。
作者简介：
徐志英（1982.11-），女，湖北武汉，硕士，工程师，主要从事火力发电厂热机专业设计。