正壓濃相輸灰在大唐國際陡河發(fā)電廠的應(yīng)用

王劍鋒

(大唐國際陡河發(fā)電廠，河北 唐山 063028)

0 引言

大唐國際陡河發(fā)電廠(以下簡稱陡河發(fā)電廠)為緩解環(huán)保壓力，杜絕水力排灰，提高粉煤灰的綜合利用率，2007年對#1～#4鍋爐進(jìn)行了輸灰系統(tǒng)改造。引進(jìn)了某公司設(shè)計的正壓濃相氣力輸灰技術(shù)，全廠8臺機(jī)組全部實現(xiàn)了氣力除灰。由于設(shè)計上的先天不足及機(jī)組燃煤品質(zhì)的變化，輸灰系統(tǒng)運行中經(jīng)常出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，導(dǎo)致電除塵器高料位及輸灰系統(tǒng)故障頻發(fā)，直接威脅著機(jī)組的安全、穩(wěn)定運行。

1 系統(tǒng)概況

#3，#4機(jī)組單機(jī)容量為250 MW，2臺鍋爐容量為850 t/h。

輸灰距離:#3機(jī)組為900 m，#4機(jī)組為850 m，提升高度為30 m。

設(shè)計參數(shù):灰分，45.76%;堆積密度，750kg/m3。

動力氣源:6臺41 m3/h螺桿式空氣壓縮機(jī)。

原始設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 粒度分布原始設(shè)計參數(shù)

初始設(shè)計管道布置情況如下:

(1)省煤器采用4臺輸送泵串聯(lián)，設(shè)置1根管道合并到一電場B側(cè)。

(2)一電場分A，B兩側(cè)的每側(cè)采用2臺輸送泵串聯(lián)，1根管道可進(jìn)入2座粗灰?guī)?，共設(shè)置2根管道。

(3)二電場分A，B側(cè)分別采用2臺輸送泵，然后合并到1根管道;三電場分別采用4臺輸送泵串聯(lián)并與二電場合并到1根管道進(jìn)入粗、細(xì)灰?guī)臁?/p>

(4)四電場、五電場分別采用4臺輸送泵迂回串聯(lián)后與二電場合并到1根管道進(jìn)入粗、細(xì)灰?guī)臁?/p>

2010年，為提高系統(tǒng)可靠性，又增加了輸灰管道。

(1)省煤器及一電場無變化，#3鍋爐二電場A，B側(cè)合并單獨設(shè)置1根管道;三電場單獨設(shè)置1根管道，四電場、五電場共用1根管道。#4鍋爐二電場A，B側(cè)合并單獨設(shè)置1根管道，三電場、四電場、五電場公用1根管道。

(2)#3鍋爐共設(shè)5根輸灰管道;#4鍋爐共設(shè)4根輸灰管道。

2 故障原因分析

2.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性差

在氣力輸灰設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)鍋爐出力、灰?guī)炀嚯x及燃煤灰分情況進(jìn)行計算，選取合適的灰泵型號，配置相應(yīng)的輸灰管道。輸灰管道的內(nèi)徑與灰泵的大小及節(jié)流孔板的孔數(shù)應(yīng)匹配。當(dāng)灰泵型號及輸灰管道確定后，節(jié)流孔板的總孔數(shù)也就基本確定下來。2007年底，#3，#4鍋爐輸灰系統(tǒng)投入運行，在試運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，為此，廠家對該系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，在倉泵間及出口管道上增加濃度穩(wěn)定器和調(diào)整節(jié)流孔板，但效果不明顯。分析堵塞的原因有以下2個方面:

(1)設(shè)計及安裝上存在偏差。

(2)該輸送方式對于長距離輸送適應(yīng)性有限。

由于陡河發(fā)電廠燃煤種類較多，煤質(zhì)變化較大，因此灰質(zhì)極不穩(wěn)定。由于輸灰系統(tǒng)設(shè)計裕量不足，對惡劣工況下其對輸灰系統(tǒng)的影響考慮不周，系統(tǒng)投入初期就表現(xiàn)出適應(yīng)性較差的特點，經(jīng)常出現(xiàn)輸灰不暢及堵管現(xiàn)象。表2為近幾年來燃煤灰分情況。

2011年雖然平均灰分下降，但超設(shè)計灰分的煤質(zhì)達(dá)7次之多，其中灰分最高的達(dá)到了48.96%，創(chuàng)該電廠歷史新高，實際化驗堆積密度達(dá)1060kg/m3。

在正常情況下，濃相單管輸送系統(tǒng)管道中的灰被流動的壓縮空氣懸浮并帶走，但由于灰的重力及受到的阻力，運行速度下降，當(dāng)?shù)陀趹腋∷俣葧r，一部分灰會沉降下來。當(dāng)沉降的灰量在一個輸灰周期內(nèi)不足以堵塞管道時，輸灰正常進(jìn)行，直至輸送周期結(jié)束后通過吹灰程序?qū)⒒夜艿撞康母苫掖祪?。?dāng)沉降的灰量足夠多時，則造成灰管堵塞。

表2 2008—2011年灰分情況

干灰懸浮速度與干灰特性及輸灰壓力密切相關(guān)，當(dāng)干灰粒徑增大時，輸送速度要相應(yīng)提高，否則，會引起堵管。特別是在一電場停運時，堵管現(xiàn)象尤為突出，可見大粒徑灰比例很大。

原因分析:

(1)干灰粒徑的偏差。設(shè)計計算中干灰的粒徑是取中粒徑平均值，實際上，由于鍋爐燃燒狀況、煤種等原因，在一電場停運時，可能會導(dǎo)致大粒徑干灰比例增大。如果這些干灰不是集中沉積在某一管段，也不會發(fā)生堵管。反之，如果它們集中沉積在某一管段，則會發(fā)生堵管。

(2)實際輸送速度的偏差。氣力輸送系統(tǒng)的輸送初速度是指空氣在管道內(nèi)的流速，該值由倉泵容積、輸送管道內(nèi)徑及輸送壓力等確定。在低濃度輸送時，干灰與空氣的流速基本一致。在輸送濃度較大時，由于干灰與空氣之間存在阻力以及灰粒本身的重力作用，干灰與空氣的流速不同，隨著粒徑的增大其差異隨之增大。當(dāng)干灰粒徑大到一定程度時，其流速低于懸浮速度，這部分干灰將沉積下來，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時，則產(chǎn)生堵管，一電場典型灰質(zhì)粒度分布情況見表3。

由于灰質(zhì)變化較大，輸灰系統(tǒng)適應(yīng)性差，輸灰系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生輸灰不暢及堵管，輸灰系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。

2.2 系統(tǒng)缺陷頻發(fā)

2010年6—12月系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計情況見表4。

表3 一電場典型灰質(zhì)粒度分布 %

2010年6—12月，因設(shè)備缺陷造成干灰系統(tǒng)停運1247.0 h，月均停運207.8 h。其中一電場停運951.0 h，占總停運時間的76.0%。產(chǎn)生高料位893次。其中輸灰管道泄漏停運253次，累計時間453 h，占全部停運時間的36.3%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)生高料位的直接原因是設(shè)備存在缺陷而停運，6—12月停運次數(shù)中高料位比例達(dá)71.6%之多 ，其他因素雖未產(chǎn)生高料位，但也直接導(dǎo)致灰斗料位升高。設(shè)備停運缺陷中以輸灰管道泄漏所占比例為最高(31.4%)且頻次較高，其次為圓頂閥缺陷(16.0%)。

電除塵器高料位會造成灰斗灰托灰、陰陽極板變形、電場短路、電場參數(shù)下降及掉電場，嚴(yán)重時會導(dǎo)致灰斗崩塌及脫落。

長時間高料位、積灰造成電場參數(shù)下降，會對后續(xù)設(shè)備(如吸風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)葉片)造成磨損，大量飛灰進(jìn)入脫硫系統(tǒng)會導(dǎo)致漿液中毒，從而影響脫硫效率，同時對脫硫裝置產(chǎn)生較大磨損。

2.3 壓縮空氣裕量不足

壓縮空氣是氣力輸灰的原動力，輸灰壓力直接影響著氣力輸灰的正常進(jìn)程。陡河發(fā)電廠氣力輸灰壓縮空氣裝置的壓力設(shè)計最低值為0.55MPa，在灰泵送灰過程中，若壓力低于該值，則會出現(xiàn)2種情況:一是輸灰管道容易堵塞，灰泵送不出去灰;二是輸灰時間增長。若灰泵輸送完泵內(nèi)的灰時，壓縮空氣壓力尚未達(dá)到最低值，循環(huán)停滯，灰泵不進(jìn)料，待壓縮空氣壓力達(dá)到最低值后，灰泵再進(jìn)行下一個循環(huán)。

造成壓縮空氣裕量不足的因素有以下幾個方面:

(1)在設(shè)計空氣壓縮裕量時，技術(shù)人員未能充分考慮電廠燃煤復(fù)雜的現(xiàn)實，設(shè)計空氣裕量不足，沒有充分考慮備用干灰系統(tǒng)的壓縮空氣裕量。

(2)燃煤品質(zhì)變差，為保證除灰系統(tǒng)的順利進(jìn)行，必須增加輸灰用壓縮空氣流量。

表4 2010年6—12月系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計

(3)經(jīng)過改造的#3，#4機(jī)組輸灰管道，增加了壓縮空氣需求量。

陡河發(fā)電廠原設(shè)計6臺空氣壓縮機(jī)，其中4臺運行、2臺備用，在系統(tǒng)投入初期即存在裕量不足的問題。在燃煤異常變差的工況下，6臺空氣壓縮機(jī)運行，無備用，2010年被迫增加2臺空氣壓縮機(jī)。

2.4 輸灰系統(tǒng)磨損嚴(yán)重

為適應(yīng)煤質(zhì)變化，增強(qiáng)輸灰系統(tǒng)適應(yīng)性，保證輸灰系統(tǒng)的正常進(jìn)行，在惡劣煤質(zhì)條件下，不斷提高壓縮空氣流量，降低灰、氣比，以減少輸灰堵管的發(fā)生。

該系統(tǒng)設(shè)計循環(huán)時間為6.91 min/次，間隔時間為4.04 min，實際運行狀況是輸灰時間為4～5 min，可連續(xù)輸灰，可見輸灰速度增加較多。磨損與輸灰速度的3次方成正比，輸灰速度與空氣耗量成正比。從表4可以看出，輸灰管道泄漏是發(fā)生頻率最高的缺陷。因此，輸灰系統(tǒng)磨損的增加不僅導(dǎo)致穩(wěn)定性降低，進(jìn)而降低輸灰系統(tǒng)的出力，增加系統(tǒng)維護(hù)量，同時也會使經(jīng)濟(jì)性降低。

3 設(shè)備改造

(1)通過增加備用空氣壓縮機(jī)，保證了輸灰動力氣源穩(wěn)定，同時通過治理空氣壓縮機(jī)及干燥設(shè)備，提高了氣源品質(zhì)，解決了壓縮空氣裕量不足的問題。

(2)先后對#3鍋爐二電場、三電場及#4鍋爐二電場單獨設(shè)立輸灰管道，提高了一電場故障情況下的輸灰能力，系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)，但導(dǎo)致系統(tǒng)耗氣量增加。

(3)為解決一電場頻繁堵管的問題，對一電場輸灰系統(tǒng)進(jìn)行了改造。對一電場4臺倉泵增加出料閥控制，通過壓力調(diào)節(jié)出料閥，從而控制給料量，同時增加硫化加壓。該方案實施后，有效地緩解了輸灰堵管問題，但也限制了輸灰出力的提高，同時，氣耗量明顯增加。

4 煤質(zhì)變差運行狀況的應(yīng)對策略

4.1 根據(jù)氣力輸灰實時曲線進(jìn)行運行調(diào)整

(1)開啟備用空氣壓縮機(jī)，保證輸灰壓力低限值。輸灰管路壓力(聯(lián)鎖)設(shè)定應(yīng)不低于最低限值。當(dāng)輸灰壓力低于限值時，程序限制系統(tǒng)啟動。應(yīng)及時調(diào)整母管制壓縮空氣系統(tǒng)的輸灰程序，避免多個輸灰進(jìn)程同時進(jìn)行，使輸灰壓力維持相對穩(wěn)定。

(2)當(dāng)輸灰時間拉長時，應(yīng)及時調(diào)整裝料時間(降低)，保證輸灰進(jìn)程。

(3)在運行中發(fā)現(xiàn)輸灰有拉尾現(xiàn)象，輸灰管道有可能輸送不凈，應(yīng)視情況及時停運吹掃。

(4)對于灰斗未安裝氣化風(fēng)的輸灰系統(tǒng)，應(yīng)對電除塵器料位及倉泵裝料情況加強(qiáng)監(jiān)視，防止因落回不暢造成電除塵器高料位的出現(xiàn)。

(5)對進(jìn)料及輸灰周期等參數(shù)及時調(diào)整，保證輸灰達(dá)到最大出力且不堵管。

4.2 根據(jù)輸灰歷史曲線進(jìn)行系統(tǒng)配氣調(diào)節(jié)

在正常情況下，氣力輸灰的實時曲線沒有大的變化，通過裝灰計時器或料位優(yōu)先方式的運行，循環(huán)周期一般在7 min左右。當(dāng)曲線發(fā)生突變時，說明輸灰系統(tǒng)出現(xiàn)了異常，應(yīng)結(jié)合曲線狀況認(rèn)真進(jìn)行系統(tǒng)的綜合分析，必要時對氣力輸灰系統(tǒng)的節(jié)流孔板進(jìn)行調(diào)整。

4.3 輸灰系統(tǒng)異常處置預(yù)案

制訂輸灰系統(tǒng)異常處置預(yù)案，在緊急條件下予以實施，應(yīng)包含以下措施:

(1)做好燃煤摻配工作，控制入爐煤的發(fā)熱量、灰分及硫分等。

(2)必要時降低機(jī)組負(fù)荷運行。(3)做好故障放灰的準(zhǔn)備。

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