內(nèi)旁通密相氣力輸灰系統(tǒng)的應(yīng)用

高原

(杭州瑞唐環(huán)保系統(tǒng)工程有限公司，浙江 杭州 310023)

0 引言

氣力輸灰是以空氣為動(dòng)力和介質(zhì)的一種輸送方式，整個(gè)輸送過程在密閉的條件下完成，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。同時(shí)，由于介質(zhì)為空氣，也不會(huì)與灰產(chǎn)生化學(xué)變化，有利于粉煤灰的綜合利用。因此，氣力輸灰系統(tǒng)在電廠得到了大力推廣應(yīng)用并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文以大唐林州熱電有限責(zé)任公司2×350 MW級(jí)熱電機(jī)組工程為例，對(duì)內(nèi)旁通密相氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 氣力輸灰系統(tǒng)概況

依據(jù)粉煤灰在管道中的流動(dòng)狀態(tài)，氣力除灰方式分為懸浮流輸送、集團(tuán)流輸送、部分流輸送和栓塞流輸送等;根據(jù)輸送壓力的種類，氣力除灰方式可分為動(dòng)壓力輸送和靜壓力輸送;根據(jù)輸送壓力的不同，氣力除灰方式又可分為正壓輸送和負(fù)壓輸送。

氣力輸灰在我國電廠除灰系統(tǒng)中應(yīng)用較晚，20世紀(jì)60年代才開始在小容量電廠除灰系統(tǒng)中采用，不能保證長(zhǎng)期、連續(xù)、安全運(yùn)行，只限應(yīng)用在供干灰的輸送支線上;改革開放后，為適應(yīng)電廠機(jī)組容量不斷增大和灰渣綜合利用的需要，于20世紀(jì)80年代開始從國外引進(jìn)氣力除灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，大大推動(dòng)了我國電廠氣力除灰技術(shù)的發(fā)展，通過引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，逐步實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

從引進(jìn)的輸灰技術(shù)來看，其中大部分為稀相氣力輸送技術(shù)范疇，灰氣流速高，輸送濃度低，能耗高，設(shè)備和管道磨損嚴(yán)重，輸送距離受到一定限制。為此，輸送速度低、濃度高的密相氣力輸送系統(tǒng)備受各方關(guān)注。采用密相氣力輸送系統(tǒng)后，也帶來了新的問題。首先，輸灰時(shí)降低其輸送速度，提高灰、氣比，將導(dǎo)致在輸送過程中堵管，威脅系統(tǒng)的運(yùn)行安全，為此不得不在輸灰管沿線設(shè)置吹堵裝置，但在運(yùn)行中有時(shí)由于吹堵不及時(shí)，系統(tǒng)堵管難以避免。其次，密相氣力輸送系統(tǒng)往往要求在1根輸送管線上只安裝1到2臺(tái)發(fā)送器，若安裝多臺(tái)發(fā)送器，在同一時(shí)間內(nèi)也只允許1臺(tái)發(fā)送器送料，這樣，輸送系統(tǒng)中設(shè)置的輸送管線數(shù)量多、閥門多、系統(tǒng)復(fù)雜、輸送效率低，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行帶來很多困難。因此，如何在1根管線上既能串聯(lián)多臺(tái)發(fā)送器并使其同時(shí)工作，又能在低速度、高灰、氣比條件下保證不堵管，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，是當(dāng)前在電廠推廣密相氣力輸灰系統(tǒng)必須妥善解決的重要問題。

近年來，內(nèi)旁通密相氣力輸送技術(shù)發(fā)展很快，內(nèi)旁通密相氣力輸灰系統(tǒng)是在輸灰管道內(nèi)上方配置1根內(nèi)旁通管(即內(nèi)套管)，在內(nèi)旁通管上沿線每隔一定距離在管底開設(shè)1個(gè)孔口并裝設(shè)1個(gè)孔板。內(nèi)旁通技術(shù)是解決大出力輸送高磨損性物料(如鍋爐飛灰)的理想方案。系統(tǒng)通過輸送管道的自調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)輸送并防止堵管。

輸送的空氣同時(shí)經(jīng)過主輸送管和內(nèi)旁通管，在內(nèi)旁通管上特別設(shè)計(jì)的開口在主輸送管上形成紊流，在紊流狀態(tài)下，飛灰積聚并分割成料段。其主要工作原理如下:當(dāng)主輸送管道中物料發(fā)生積聚并可能發(fā)生堵管時(shí)，由于阻力增大，進(jìn)入旁通管的空氣流量增加。當(dāng)空氣進(jìn)入內(nèi)旁通管后，由于2個(gè)氣流射流點(diǎn)間的壓差大于輸送料段的壓力，進(jìn)入旁通管的空氣重新流入主輸送管，重新流入主輸送管的空氣在此區(qū)域形成紊流。這樣，料段不斷分割、移動(dòng)、吹散，將物料不斷向前輸送。

內(nèi)旁通管密相輸送系統(tǒng)同常規(guī)系統(tǒng)相比，物料真正在低速狀態(tài)下輸送，由于速度低，狀態(tài)穩(wěn)定，因此，對(duì)管道和彎頭的磨損可以降到最低，而且內(nèi)旁通管管道的布置可以有多種形式(水平、垂直或傾斜)，因此，該種輸送系統(tǒng)已在燃煤發(fā)電廠中作為主要除灰系統(tǒng)使用。

2 系統(tǒng)配置

大唐林州熱電有限責(zé)任公司2×350 MW級(jí)熱電機(jī)組工程除灰系統(tǒng)采用內(nèi)旁通管密相氣力輸送系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐出力按88 t/h設(shè)計(jì)，灰?guī)炀喑龎m器場(chǎng)地約450 m。系統(tǒng)配置如下:每臺(tái)鍋爐配省煤器灰斗4個(gè)，每個(gè)灰斗用1個(gè)倉泵;配電－袋除塵器灰斗24個(gè)，每個(gè)灰斗下配1臺(tái)倉泵。其中:省煤器配0.3 m3倉泵，共4臺(tái);電－袋除塵器一電場(chǎng)配2.0 m3倉泵，共8臺(tái);電－袋除塵器二、三袋場(chǎng)配1.0 m3倉泵，各8臺(tái);省煤器4個(gè)倉泵與一電場(chǎng)A側(cè)4個(gè)倉泵串聯(lián)組成1個(gè)輸送單元，用1根輸送管線(DN 150);一電場(chǎng)B側(cè)4個(gè)倉泵串聯(lián)組成1個(gè)輸送單元，用1根輸送管線(DN 150);電－袋除塵器二袋場(chǎng)8個(gè)倉泵組成1個(gè)輸送單元，用1根輸送管線(DN 125);電－袋除塵器三袋場(chǎng)8個(gè)倉泵組成1個(gè)輸送單元，用1根輸送管線(DN 125);電－袋除塵器一電場(chǎng)用2根輸送管線輸至原灰?guī)旌痛只規(guī)?，且可以?座灰?guī)熘g切換;電袋除塵器二、三袋場(chǎng)用2根輸送管線輸至細(xì)灰?guī)臁?/p>

每臺(tái)鍋爐空氣耗量為68.2 m3/min，控制用氣量為 1.5 m3/min，布袋反吹用氣量為 4.0 m3/min。

3 技術(shù)參數(shù)和工藝流程

鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)如下:出力，88 t/h;輸送壓力，0.18 MPa;灰氣比，39;總耗氣量，68.2 m3/min;起始流速，4.2 m/s;末端流速，11.9 m/s。

輸灰系統(tǒng)壓縮空氣源工作正常(壓力達(dá)到要求值)，系統(tǒng)投入準(zhǔn)備。開始運(yùn)行→透氣閥開→灰斗下進(jìn)料閥開→單元發(fā)送罐進(jìn)料閥開→發(fā)送罐料滿發(fā)訊(或裝灰時(shí)間到)→灰斗下進(jìn)料閥關(guān)→透氣閥關(guān)→單元進(jìn)氣閥開→混灰器主進(jìn)氣閥開(開始輸灰)→輸灰管道壓力降至設(shè)定值→混灰器主進(jìn)氣閥關(guān)→單元進(jìn)氣閥關(guān)(1個(gè)輸送循環(huán)結(jié)束)。

4 系統(tǒng)實(shí)際輸送情況和分析

該工程輸灰系統(tǒng)采用常壓輸送，即先開出料閥再開單元進(jìn)氣閥。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)以#1鍋爐某輸灰單元為例，打開單元進(jìn)氣閥后輸送壓力為0.18 MPa左右，設(shè)定壓力高值為0.30 MPa，堵管壓力值為 0.40 MPa，輸灰結(jié)束壓力為 0.08 MPa，從裝料開始至輸灰結(jié)束實(shí)際耗時(shí)4 min，系統(tǒng)輸送正常，滿足設(shè)計(jì)要求。

(1)正常的輸灰曲線應(yīng)該是 n形(如圖1所示)，下面分3個(gè)階段進(jìn)行分析。

圖1 正常曲線

1)上升段部分。輸灰開始后，灰被充分氣化，氣－灰混合物充滿整個(gè)管道空間，輸灰壓力在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值，所以，輸灰曲線的上升段基本上是一條豎線。峰值的高低直接受壓力罐中灰量和管道中灰的氣化程度影響。

2)頂端部分。輸灰曲線的頂端部分實(shí)際上是輸灰過程，在此過程中，灰管沿線被氣化的灰充滿，沿程阻力保持穩(wěn)定，系統(tǒng)中偶然有積灰現(xiàn)象，壓力上、下波動(dòng)幾次，但總的趨勢(shì)是1條接近水平的直線，持續(xù)時(shí)間一般在4 min左右。

3)下降段部分。輸灰接近尾聲時(shí)，管道豁然開朗，其沿程阻力降到0.08 MPa以下，所以，輸灰曲線下降至一定的值后基本穩(wěn)定，該值接近空吹壓力值。

(2)不論是管道原因還是灰的物理性質(zhì)的因素，均可造成輸灰不暢，表現(xiàn)出來的輸灰曲線變形基本一致。異常的輸灰曲線典型如圖2、圖3所示，現(xiàn)就此次出現(xiàn)的異常輸灰曲線分3個(gè)階段進(jìn)行分析。

圖2 異常曲線

1)上升段斜率變小。在管路異常或灰粗的情況下，均會(huì)出現(xiàn)灰不能被很好氣化的現(xiàn)象，在管道后半段甚至出現(xiàn)氣、灰分離現(xiàn)象，灰管頂部相對(duì)阻力較小，壓縮氣體在管道上部的泄漏量加大，進(jìn)入管道的灰逐漸形成堆積，壓力隨著灰的堆積而變高，所以，輸灰曲線在上升段表現(xiàn)出斜率遞減現(xiàn)象。

圖3 異常曲線

2)頂部變尖。隨著灰的堆積，雙套紊流管開始發(fā)揮作用，紊流擾動(dòng)增強(qiáng)，消除管內(nèi)下部堆灰，當(dāng)堆積的灰被徹底吹掃后，管道頂部豁然開朗，輸灰壓力急劇下降，導(dǎo)致輸灰曲線形成尖頂，但在該過程中，輸灰壓力都偏高，一般需要使用混灰器大量補(bǔ)氣。當(dāng)輸灰管線壓力下降后，曲線開始恢復(fù)正常。

3)輸灰曲線波動(dòng)。圖3所示亦為較典型的異常輸灰曲線，頂端出現(xiàn)水平段連續(xù)波動(dòng)的情況，可能是輸灰量過大導(dǎo)致輸灰過程中吹掃時(shí)間較長(zhǎng)使系統(tǒng)反復(fù)自動(dòng)吹掃所致。在這種情況下，實(shí)際輸送到灰?guī)斓幕伊靠赡芨。敾医Y(jié)束后，最好空吹1次以減少管道內(nèi)積存的余灰。

比較圖2、圖3可知，若再發(fā)生同類情況，選擇圖2方式輸灰較好。

5 影響輸灰曲線的其他因素

除了管路特性、灰量、灰性質(zhì)等影響輸灰曲線的主要因素外，下列因素對(duì)輸灰曲線的影響也不容忽視。

(1)系統(tǒng)各手動(dòng)閥門的開度調(diào)節(jié)。手動(dòng)閥門的開度在正常工況下應(yīng)遵循設(shè)定開度(由專家在額定工況下利用儀器測(cè)算的最佳開度)。當(dāng)工況發(fā)生變化后，應(yīng)不斷進(jìn)行調(diào)整比較，尋找最佳開度。這些手動(dòng)閥門包括大小旁路隔離閥、壓力罐上下部進(jìn)氣閥及單元進(jìn)氣閥等。

(2)壓力罐料位計(jì)是否工作正常。壓力罐料位計(jì)不僅決定輸灰單元是否輸灰，而且保證所有壓力罐不出現(xiàn)滿料位，以利于灰的輸送。由于在設(shè)計(jì)中發(fā)送罐均設(shè)有噴嘴和備壓裝置，如果系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)送罐裝料過滿則其備壓將失去效果而影響輸灰(料位計(jì)一般要求在發(fā)送罐裝料至理論容積的85%時(shí)報(bào)警，可以有效防止裝料過滿)，同時(shí)，發(fā)送罐裝料過滿還可能影響進(jìn)料閥及透氣閥的開關(guān)，所以，應(yīng)及時(shí)修復(fù)故障的高料位計(jì)。

(3)壓力罐內(nèi)進(jìn)氣噴嘴是否完好無損。在歷次灰系統(tǒng)檢查中，發(fā)現(xiàn)發(fā)送罐下進(jìn)氣噴嘴(包括支架)有掉落現(xiàn)象，有時(shí)甚至多個(gè)脫落。實(shí)踐證明:發(fā)送罐下進(jìn)氣噴嘴掉落雖然不會(huì)對(duì)輸灰能力造成過大影響，但對(duì)輸灰效果影響頗大，通過調(diào)整噴嘴壓力和進(jìn)氣閥門開度可優(yōu)化輸灰系統(tǒng)，所以，對(duì)發(fā)送罐下進(jìn)氣噴嘴的作用不能等閑視之。實(shí)際上，發(fā)送罐下進(jìn)氣噴嘴具有氣化作用，如果噴嘴掉落或壓力調(diào)整不當(dāng)，會(huì)影響氣化效果，進(jìn)而影響輸灰系統(tǒng)。

6 造成輸灰不暢的主要原因及處理原則

造成輸灰不暢的主要因素是煤質(zhì)、灰的物理特性及系統(tǒng)中閥門的使用情況。首先，若煤質(zhì)變差使灰量增加，會(huì)直接導(dǎo)致輸灰系統(tǒng)出力達(dá)不到要求;其次，雙套管輸送系統(tǒng)對(duì)灰的粒徑和含水率有一定要求(50 μm ＜粒徑(90% 灰)＜150 μm，含水率小于1%)，如果實(shí)際運(yùn)行中灰粒徑和含水率超標(biāo)，也會(huì)使輸灰不暢，甚至難以輸送;最后，輸灰系統(tǒng)中各種手動(dòng)閥門的開度都有要求，系統(tǒng)投運(yùn)后每個(gè)閥門都發(fā)揮相應(yīng)作用，如果閥門出現(xiàn)故障(如磨損或開度調(diào)整)，會(huì)直接影響輸灰系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致輸灰系統(tǒng)癱瘓。

輸灰系統(tǒng)運(yùn)行不暢可以從輸灰曲線來直觀判斷，輸灰曲線異常主要表現(xiàn)為輸灰曲線上升段斜率變小、輸灰壓力偏高、輸灰曲線尖頂或波動(dòng)、輸灰后期不能很快卸壓(即拖尾現(xiàn)象)、輸灰時(shí)間過長(zhǎng)等。

當(dāng)輸灰系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，應(yīng)根據(jù)處理的難易程度采用排除法分步進(jìn)行分析。

(1)檢查各手動(dòng)閥門的開度及進(jìn)灰時(shí)間、輸灰時(shí)間和輸灰壓力是否在設(shè)定值或設(shè)定范圍內(nèi)，排除運(yùn)行調(diào)整原因。注意:閥門開度、進(jìn)灰時(shí)間不要拘泥于設(shè)定值或設(shè)定范圍，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整以排除運(yùn)行調(diào)整原因。

(2)檢查系統(tǒng)各閥門是否有內(nèi)漏及開關(guān)是否正確。特別是管路和壓力罐的透氣閥，必須保證關(guān)閉嚴(yán)密，相關(guān)單元的輸灰閥必須保證開關(guān)正確，大、小旁路進(jìn)氣閥必須保證動(dòng)作正常。

(3)注意觀察閥門的動(dòng)作順序、輸灰過程及其他單元的輸灰情況，分析判斷輸灰程控是否正確，排除輸灰控制原因。

(4)檢查輸灰空氣壓縮機(jī)、灰?guī)炫艢怙L(fēng)機(jī)的工作情況，通過方式切換，排除氣源及排氣原因。

(5)在排除上述原因之后，可能的原因是灰的性質(zhì)問題，可以取現(xiàn)場(chǎng)灰進(jìn)行化驗(yàn)，檢測(cè)灰的顆粒度和含水率是否在合理的范圍內(nèi)。

(6)上述問題排除后，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行檢查，在檢查管道是否滿足安裝要求的同時(shí)，檢查管內(nèi)是否有異物堵塞，必要時(shí)進(jìn)行管路對(duì)接(用完好的管路進(jìn)行試驗(yàn))來確認(rèn)和排除管路問題。

總之，應(yīng)采用排除法進(jìn)行輸灰不暢的原因分析，側(cè)重于輸灰管路及灰性質(zhì)的影響，同時(shí)，要求在盡量短的時(shí)間內(nèi)檢查系統(tǒng)，以免影響正常輸灰。

7 結(jié)束語

國內(nèi)燃煤發(fā)電廠鍋爐燃用煤種多而雜，煤質(zhì)差異很大，鍋爐燃煤制粉系統(tǒng)所采用的磨煤機(jī)類型也不完全一樣，因此，在燃煤發(fā)電廠中存在多種形式的氣力除灰系統(tǒng)，而內(nèi)旁通管氣力除灰系統(tǒng)特別適合粉煤灰的輸送。筆者對(duì)大唐林州熱電有限責(zé)任公司2×350 MW級(jí)熱電機(jī)組工程氣力除灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況進(jìn)行了總結(jié)，希望對(duì)氣力除灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有所幫助。