摘要：燃煤电厂输煤系统的堵煤现象在贵州的火力发电厂比较常见，它直接影响输煤系统出力，并直接影响机组运行，并且在清理过程中需投入大量人员清理，人员进入受限空间清理的安全风险大。本文就解决输煤系统堵煤问题降低清理过程的作业安全风险，通过对输煤系统设备结构原因分析改进，利用压缩空气在拉法尔喷嘴收缩扩散后达到超音速气流的原理，用高速气流对输煤系统的积煤进行气力切割吹扫清理，避免出现输煤系统被完全堵塞限制机组负荷，降低人员进入受限空间清理的安全风险。
关键词：堵煤；拉法尔喷嘴；超音速；气流；清理；降低安全风险
引言
贵州金元茶园发电有限责任公司位于贵州省毕节市金沙县茶园镇三和村，地处金沙县东部，机组容量一期建设2×660MW机组，分别于2015年12月，2016年1月完成168小时试运，投入商业运营，机组燃煤采用本地无烟煤。
1 运行现状及问题
茶园电厂运煤系统设置一座汽车卸煤沟，共25个车位，带式输送机共3100m，转运站5座，设3座配煤筒仓。汽车卸煤沟下部A、B侧各设2台叶轮给煤机，每座筒仓下部设4台活化给煤机。由于受煤炭市场因素影响，机组燃煤偏离设计值，且本地煤矿煤质属糯康煤，粘度大，流动性差，给输煤系统设备的正常运行带来严重的影响，特别是汽车卸煤沟、输煤系统转运站落煤管、配煤筒仓活化给煤机下料口、筛碎煤机堵煤较为频繁。
输煤系统汽车卸煤沟、转运站落煤管、配煤筒仓、筛碎煤机堵煤，影响输煤系统的正常出力运行，输煤系统空皮带运行时间长，造成厂用电率高，且不能满足机组带基本负荷的供煤要求。尤其是在输煤系统卸煤沟、筒仓、落煤管堵煤严重时，清理过程中需进入卸煤沟、筒仓、落煤管内部进行清理，工作量大，清理时间长，存在较大的安全风险。
2 输煤系统堵煤影响因素分析
2.1 煤质不稳定因素的影响
机组投产后，由于受煤炭市场的影响，机组燃煤偏离设计值，同时考虑发电成本，不得不掺烧部分低热值泥煤和矸石，来分担发电成本。特别是每日进厂煤量不能满足机组耗煤量，煤质、煤量不稳定性，造成输煤系统堵煤频繁。特别是卸煤沟和配煤筒仓，堵塞后不能及时疏通，严重影响卸煤沟的日常卸煤和筒仓配煤。2016年1月，1、2号机组完成168小时试转相继停运消缺，1号筒仓内存的低热值燃煤未走空，在机组开机后现场检查4台活化给煤机下料口堵煤严重，只有A1活化给煤机能下煤，A2、B1活化给煤机下料口梭成小孔，筒仓壁挂煤严重。同时卸煤沟25个卸煤车位，也只有4-5个车位能卸煤，严重影响收煤效率。本次清理采用外委施工清堵，即清理人员携带清理工具通过软梯进入1号筒仓内部，通过人工清理和专业人员爆破相结合的方式进行清理，历时40天才清理完毕，投入备用。
2.2输煤系统运行方式的影响
机组投产后，由于输煤系统值班人员多为新进厂人员，经验欠缺，尤其对设备结构特性、方式不熟悉，特别是现场调度人员，在上煤过程中只考虑单一的运行方式，完全按照设计的运行方式进行调度。卸煤沟至筒仓上煤过程中，只考虑单一的1号A（B）→2号A→3号A→4号A→筒仓，或1号B（A）→2号B→3号B→4号B→筒仓，卸煤沟存煤只能下一侧，导致另一侧长时间存煤堵塞。筒仓至原煤仓的上煤方式也只考虑单一的上煤方式，未考虑交替运行，也导致筒仓下煤不畅导致活化给煤机下料口堵塞。
2.3 输煤系统设备结构的影响
输煤系统投运初期，由于设备选型是按照厂家统一型号生产，未能考虑现场煤质的特殊性，卸煤沟4台拨煤机的叶片与现场卸煤沟“飞机梁”间距大，有150mm-200mm煤不能拨到，导致积煤从“飞机梁”处堆积，以致整个卸煤沟被堵塞，影响卸煤沟的卸煤和配煤掺烧，同时也影响输煤皮带上煤效率。筒仓活化给煤机下料口调节挡板，由于调试期间煤质好，活化给煤机调节挡板都是按高限来进行调整，仍然有锁不住煤的情况，当煤质变化后未能及时调整放平，导致活化给煤机下料口下煤不畅，最终造成筒仓堵煤，处理不及时，将严重影响机组的正常运行。我厂碎煤机设计的粒径为进料＜300mm，出料粒径＜30mm，由于煤质变化，筛板间隙不能满足正常运行需求，导致碎煤机频繁堵塞，从碎煤机入口一直堵到筛煤机第十组滚轴处，清理难度和工作量大，安全风险高。原煤粘性大时，各运行班组每天清理各点堵塞达27次以上，严重影响现场的安全文明生产。
2.4 输煤系统清理人员欠缺的影响
机组投产初期，由于机组试运期间的煤质完全按照设计煤质来进行调配的，未出现落煤管和筒仓堵煤情况，因此输煤系统未配置落煤管清堵人员，当煤质变化后，由输煤运行人员兼职清理落煤管和筒仓，不能满足机组正常上煤需求。
2.5 输煤系统清堵方法的影响
输煤系统落煤管的清理，在系统调试初期，完全靠传统的捅杆（在∮25mm管的头部焊接宽约100/60mm，长60mm的倒梯形铁板），依靠清理人员的劳力将积在落煤管内壁、筒仓活化给煤机下料口、叶轮给煤机平台清理卸煤沟内积煤，清理效率低。特别是落煤管积煤清理时，工作人员均要持十字镐进入落煤管内部清理，清理过程中必须配备两人，一人监护，一人栓安全带进入落煤管内部进行清理，特别是筛煤机落煤管和5号转运站落煤管，还要栓安全绳进入落煤管内部，清理效率不高且安全风险大。特别是碎煤机堵塞后，需进入筛煤机至碎煤机落煤管内进行清理，由于受空间限制，清理效率不高，影响输煤系统的运行，严重时迫不得已走筛煤机旁路运行，严重影响主机的安全稳定运行。
3 改进措施
针对落煤管积煤清理的重复性和安全性，是公司领导、部门领导和员工最为放不下心的工作，运行人员因害怕落煤管堵煤，输煤皮带的煤量不敢放量，长期维持在700t左右，远远低于额定煤量，不能满足两台机组带负荷的需求，影响机组带负荷。
3.1 解决设备内部结构存在的问题
通过运行和检修技术人员现场的反复观察和对比，卸煤沟4台拨煤机的叶片偏短，导致卸煤沟积煤，电厂技术人员向拨煤机生产厂家技术人员提出改进意见，将拨煤机叶片加长可以预防卸煤沟堵煤，由厂家定做叶片，将B2、A1拨煤机叶片的6块叶片中的3块叶片加长了50mm，另外3块叶片加长了150mm。改造完毕，通过现场试转，达到了预期的效果，拨煤机叶片与卸煤沟“飞机梁”的积煤已能清除，有效预防了卸煤沟堵煤。通过对筒仓活化给煤机调节挡板的现场观察，根据筒仓储存煤质情况，将筒仓活化给煤机调节挡板固化，既能保证能锁住煤，又保证下料口畅通，预防了筒仓下料口积煤。
针对碎煤机筛板易堵的情况，通过运行、检修、生技部技术人员现场检查论证，通过调整碎煤机筛板间隙，将原30mm的筛板间隙调整为60mm，有效的解决了因碎煤机筛板间隙造成的堵煤。
3.2 调整配煤方法和输煤系统设备运行方式
预防输煤系统的积煤和堵煤，除解决设备系统存在的问题，还需通过燃煤掺烧解决根本问题，通过生技部召开每日配煤专题会，由燃料部、综运部、主机部根据当日的负荷曲线，根据入厂煤煤质情况进行合理掺配，既能满足机组带负荷的要求，又能有效预防输煤系统堵煤。另外，合理安排输煤系统皮带的运行方式，即卸煤沟两侧皮带每隔1小时交替运行，及时将卸煤沟内存煤打走，可以预防卸煤沟堵煤。筒仓至煤仓的5至8号A、B皮带每班交替运行，保证筒仓两侧活化给煤机能均匀下煤，保证活化给煤机下料口通畅，有效预防筒仓堵煤。
3.3 改进输煤系统堵煤清堵方法
改进积煤清理工具，通过学习和查阅资料，了解拉法尔喷嘴的工作原理。
拉法尔喷管理论原理：A1：在这一阶段，压缩空气运动遵循"流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，因此气流不断加速。当到达窄喉时，流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，空气扩容流速越快。在A2：气流的速度被进一步加速，为2-3公里/秒，相当于音速的7-8倍，这样就产生了巨大的冲击力。
图1 拉法尔喷嘴原理图
拉法尔喷嘴的制作加工：用长105mm，直径30mm的实心45号钢，中间加工成拉法尔喷嘴的内径，进口侧攻丝与压缩空气管件相连，出口侧制成拉法尔喷嘴的扩散口。如图2所示：
图2 制作的拉法尔喷嘴
管件连接如图3所示：
图3 拉法尔喷嘴与自制管件连接
喷嘴制作完成与管件连接后，最先应用在筒仓活化给煤机下料口的清理。是由于筒仓活化给煤机层配有仪用压缩空气，清理效果好。
由于输煤系统转运站无压缩空气系统，需配备移动压缩空气配合清堵工具使用，通过对移动压缩空气的选型对比，最终选择的空压机型号为：LGY-5/8螺杆压缩机，额定排气压力：0.8MPa,最高排气压力：0.8MPa,额定转速：5290r/min，额定功率：30kw。如图4所示：
图4 螺杆空压机的连接
将压缩空气通过管件连接拉法尔喷嘴对筒仓活化给煤机下料口、转运站落煤管积煤进行吹扫，效果较为明显，让现场清堵工作人员在不进入筒仓、卸煤沟、落煤管就能完成积煤清理，同时不断改进拉法尔喷嘴的尺寸比例，达到了预期的效果，提高了积煤清理效率，同时推广运用到输煤系统卸煤沟、1号至5号转运站及筒仓活化给煤机下料口、碎煤机筛板积煤清理，保证了输煤系统的畅通，同时也降低了清堵过程的安全风险。需要注意的是：压缩空气流量过小或喷口直径过大都不能满足压缩空气扩容提速的要求，是导致压缩空气动能不能满足切割、吹扫的关键因素，在配套空压机出力与喷口截面积匹配性计算和试验是实际应用的关键。
3.4 其他措施
单纯解决堵煤清理是一个被动性的工作，在相关技术人员共同分析，对系统落煤管易堵塞的部位采用光洁度较高的合金板材，对粘性较大的原煤附壁板结堵塞也有积极的意义，降低堵塞的次数明显。减少了运行中清堵的劳动强度，保证输煤系统设备的安全文明生产。
4 效果评估
通过对输煤系统设备的治理，引入压缩空气配备拉法尔喷嘴清堵技术，提高了清堵效率，保证了输煤系统的畅通，同时降低清堵作业人员进入落煤管的安全风险。同时让输煤系统的适用煤种更为灵活，给公司燃料经营提供有力保证，让配煤更为精准，保障了机组的经济稳定运行。
5 结束语
虽然通过拉法尔喷嘴清堵措施，基本解决了输煤系统堵煤疏通问题，但还有设备改造、磨损问题，还需相关技术人员的共同研究改良。
作者简介
廖昌红，大专，助理工程师，国家电投集团贵州金元茶园发电有限责任任公司综合运行部主管，电话：13658576599邮编：551802。电子邮箱：541184231@qq.com。
论文作者:廖昌红
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/26
标签：筒仓论文; 系统论文; 机组论文; 压缩空气论文; 喷嘴论文; 煤质论文; 煤机论文; 《电力设备》2019年第4期论文;