先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)應(yīng)用分析

李志學(xué)

(國家電投集團(tuán)東北電力有限公司撫順熱電分公司，遼寧 撫順 113006)

1 傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)概述

撫順熱電2×300 MW機(jī)組現(xiàn)有HG-1025/17.5-HM5型除灰渣及排灰設(shè)備。1號、2號機(jī)組輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)1電4袋除塵器，每電/袋場4個灰斗，每臺鍋爐20個灰斗。輸灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)，2臺鍋爐共有3座貯灰?guī)?，其?座為粗灰?guī)欤?座為細(xì)灰?guī)欤?座粗灰?guī)旆謩e與細(xì)灰?guī)旎閭溆谩?/p>

a.1電場濃相MD泵輸灰系統(tǒng)

鍋爐正常運(yùn)行時，飛灰沉積在靜電除塵器極板、極線上，在振打力的作用下灰落入靜電除塵器下方的灰斗內(nèi)，經(jīng)灰斗進(jìn)入MD泵，被氣力輸送至灰?guī)?。MD泵入口圓頂閥打開，物料在重力作用下落入MD泵，在物料填充的過程中,排氣閥打開使空氣從MD泵內(nèi)排出，當(dāng)MD泵任一泵內(nèi)料位計(jì)被覆蓋顯示泵已充滿物料時，經(jīng)過短延時，使泵被完全充滿，入口圓頂閥及排氣閥關(guān)閉。當(dāng)所有的入口圓頂閥和排氣都已關(guān)閉并且密封后，經(jīng)過定時延時，進(jìn)氣閥打開，壓縮空氣進(jìn)入所有輸灰泵，將灰通過管道輸送至灰?guī)?。?dāng)物料被輸送至灰?guī)旌螅l(fā)出輸送管道壓力下降的信號，輸送空氣閥關(guān)閉，完成1次循環(huán)。圓頂閥采用充氣密封方式，當(dāng)空氣壓力小于0.3 MPa時，圓頂閥不能密封。

b.脫硝輸灰系統(tǒng)

脫硝輸灰系統(tǒng)采用正壓氣力輸送方式運(yùn)行。每臺鍋爐設(shè)置4個脫硝灰斗，脫硝灰斗設(shè)置4臺AV輸送泵，安裝在空氣預(yù)熱器上部。AV輸送泵采用隔熱高溫陶瓷，設(shè)置1根管道與1電場1根灰管連接，直接輸送至粗灰?guī)欤⒖汕袚Q至另外1座粗灰?guī)臁?/p>

c.氣力輸灰系統(tǒng)

輸送最遠(yuǎn)幾何距離300 m，1號鍋爐水平輸送距離155 m，90°彎頭8個，爬高32 m，當(dāng)量長度259 m。原系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力62.75 t/h，設(shè)計(jì)出力1電場占1號鍋爐總灰量76%，脫硝占5%。

倉泵配置：1電場2.54 m3，2電場1.43 m3，其他電場1 m3，4臺AV輸送泵0.66 m3。

管道配置：1電場4臺AV輸送泵串聯(lián)，設(shè)置1根D219×7 mm灰管；2袋場、3袋場4臺AV輸送泵串聯(lián)，設(shè)置1根D168×7 mm灰管；4袋場、5袋場4臺AV輸送泵串聯(lián)，引出1根D168×7 mm灰管將灰輸送至灰?guī)?；脫硝管道設(shè)置1根D114×6 mm鋼管。

傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)自投運(yùn)以來存在以下問題。

a.輸灰系統(tǒng)用氣量大，輸灰管道內(nèi)介質(zhì)流速高，管道磨損嚴(yán)重，降低了管道使用壽命，尤其彎頭處磨損最明顯。管道磨損泄漏增加維護(hù)量，現(xiàn)場污染嚴(yán)重。

b.輸灰系統(tǒng)每年損耗大量的輸灰用氣，增加了空壓機(jī)運(yùn)行臺數(shù)，機(jī)組廠用耗電率高。

c.壓縮空氣用氣量大，使進(jìn)入輸灰系統(tǒng)內(nèi)的水蒸氣量增多，導(dǎo)致輸灰管道板結(jié)輸灰不暢，嚴(yán)重時機(jī)組被迫降負(fù)荷運(yùn)行，需進(jìn)行事故放灰，造成現(xiàn)場揚(yáng)塵，增加二次處理費(fèi)用，降低細(xì)灰品質(zhì)，增加運(yùn)輸費(fèi)用。

2 氣力輸灰技術(shù)特點(diǎn)

氣力輸灰是利用有壓管流輸送粉粒狀物體的輸送技術(shù)，具有生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡單、可升可降、操作方便、長距離輸送不受地域影響的特點(diǎn)。在輸灰過程中可以進(jìn)行匯合、分流、混合、粉碎、分級、干燥、冷卻除塵等工藝操作，過程封閉既保證物品不受潮、污損或混入異物，又能滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

氣力輸灰分為濃相、稀相、正壓、微正壓、負(fù)壓等多種形式。目前，國內(nèi)使用較多的是濃相氣力輸灰，在濃相氣力輸灰系統(tǒng)中，堵管、磨損、距離遠(yuǎn)相互制約。為了解決堵管，只有增加系統(tǒng)用氣量，導(dǎo)致管道磨損；而一旦發(fā)生堵管處理不及時，容易發(fā)生惡性循環(huán)，造成一系列嚴(yán)重后果，例如除塵器放灰、機(jī)組降負(fù)荷、除塵器跳閘等。傳統(tǒng)濃相氣力輸送控制過程主要分為4個階段，即進(jìn)料、加壓流化、輸灰和管道吹掃[1-2]。

3 先導(dǎo)式氣力輸灰技術(shù)特點(diǎn)

a.永不堵管

可適應(yīng)任何粉體物料，安裝自動成栓閥后系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會發(fā)生堵管，即便人為讓系統(tǒng)堵管幾乎沒有可能，可靠性非常高[3-4]。由于堵管現(xiàn)象消除，節(jié)省了處理堵管時間，提高了輸灰效率，一定程度上保證了系統(tǒng)長時間連續(xù)運(yùn)行，使輸灰系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)。

b.輸送距離遠(yuǎn)

當(dāng)輸灰距離超過800 m時，傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)必須通過合理配氣控制等進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時只能降低系統(tǒng)的灰氣比；當(dāng)輸灰距離超過1200 m時，傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)必須增加管道增壓器，對管道內(nèi)的物料二次流化，防止氣灰分層，又一次降低灰氣比、增加系統(tǒng)流速導(dǎo)致管道磨損[5]。目前國內(nèi)外眾多輸灰設(shè)備廠家唯一可以實(shí)現(xiàn)真正遠(yuǎn)距離輸灰(2000 m以上)且穩(wěn)定運(yùn)行的只有先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)。

c.能耗低、效率高

先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)分為3個過程，即進(jìn)料、加壓流化、輸送，省略了管道吹掃。管道吹掃由于流速高、灰氣比小，浪費(fèi)大量壓縮空氣。先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有物料的滿管輸灰，流速低，倉泵里面沒有灰時可停止輸送，管道內(nèi)的物料不會影響下個過程輸送，不會堵管。同等輸灰管道輸送量是傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)的1倍以上；同等的系統(tǒng)配置，先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸灰能力可提高1倍以上[6-7]。

改造前安裝就地流量計(jì)，對用氣量進(jìn)行計(jì)量，和改造后的用氣量進(jìn)行對比，改造后的節(jié)氣量可達(dá)50%～70%。

d.磨損小

先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)輸灰流速平均不超過5 m/s，灰?guī)於瞬怀^8 m/s。由于流速和磨損成正比，因此管道彎頭磨損比傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)小很多。輸灰設(shè)備、管道材質(zhì)相同的情況下，先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)使用壽命是傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)的2～3倍。

e.配置簡單

系統(tǒng)沒有繁瑣的控制及配氣，倉泵只有主進(jìn)氣1個進(jìn)氣點(diǎn)，所有倉泵的流化、一次氣、二次氣都不需要，減少系統(tǒng)的故障點(diǎn)、控制點(diǎn)。

4 改造效果

為解決傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的堵管現(xiàn)象，保證鍋爐深度摻燒安全，撫順熱電對原輸灰系統(tǒng)進(jìn)行改造，使用先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)。

4.1 改造前運(yùn)行情況

a.空壓機(jī)運(yùn)行情況

1號、2號鍋爐空壓機(jī)為母管串聯(lián)，正常運(yùn)行5臺空壓機(jī)(根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整)?？諌簷C(jī)排氣量44.3 m3/min、功率262 kW、干燥機(jī)功率16.5 kW。

b.1電場輸灰系統(tǒng)運(yùn)行情況

改造前機(jī)組平均負(fù)荷167.82 MW，1電場輸灰系統(tǒng)運(yùn)行9次/h，系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定(機(jī)組啟機(jī)時偶爾會出現(xiàn)堵管或高料現(xiàn)象)。原輸灰系統(tǒng)運(yùn)行曲線如圖1所示。

圖1 原輸灰系統(tǒng)運(yùn)行曲線

流量計(jì)安裝于電除塵灰用壓縮空氣母管，2019年10月10日16:00安裝完成,10月11日08:00開始計(jì)量，最大瞬時流量3526.43 m3/h。1電場輸灰系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

表1 改造前1電場輸灰系統(tǒng)參數(shù)

1電場輸灰系統(tǒng)改造前參數(shù)：①每天耗氣量26 749.64 m3，輸灰9次/h，單次輸灰用氣量為123.84 m3，平均灰耗氣量79.18 m3/t;②空壓機(jī)運(yùn)行臺數(shù)為1.327臺。

c.脫硝系統(tǒng)運(yùn)行情況

改造前因脫硝系統(tǒng)堵管未投入運(yùn)行，輸灰用氣量按設(shè)計(jì)值20 m3/次計(jì)算，24 h輸灰用氣量為4320 m3。

4.2 改造后運(yùn)行情況

a.1電場輸灰系統(tǒng)運(yùn)行情況

改造后2臺鍋爐共運(yùn)行4臺空壓機(jī)，機(jī)組平均負(fù)荷138 MW，1電場輸灰系統(tǒng)運(yùn)行4～5次/h，運(yùn)行曲線如圖2所示。

圖2 改造后輸灰系統(tǒng)運(yùn)行曲線

2019年11月13日，1電場輸灰系統(tǒng)最大瞬時流量為1 419.65 m3/h，參數(shù)如表2所示。

表2 改造后1電場輸灰系統(tǒng)參數(shù)

1電場輸灰系統(tǒng)改造后參數(shù)：①每天耗氣量7148.25 m3，輸灰4次/h，單次輸灰用氣量為74.46 m3/次，平均灰耗氣量16.56 m3/t;②空壓機(jī)運(yùn)行臺數(shù)為0.534臺。

b.脫硝系統(tǒng)運(yùn)行情況

脫硝系統(tǒng)改造后運(yùn)行穩(wěn)定，輸灰用氣量17.3 m3/次，24 h輸灰用氣量為1660.8 m3。

4.3 改造前后效果對比

a.1電場輸灰系統(tǒng)改造前后對比如表3所示。

表3 1電場輸灰系統(tǒng)改造前后對比

改造后節(jié)約用氣量73.27%；節(jié)約空壓機(jī)臺數(shù)為0.307臺。

b.脫硝系統(tǒng)改造前后對比如表4所示。

表4 脫硝系統(tǒng)改造前后對比

改造后節(jié)約用氣量61.56%；節(jié)約空壓機(jī)臺數(shù)為0.042臺。

1號鍋爐1電場輸灰系統(tǒng)和脫硝系統(tǒng)改造后，其節(jié)約用氣量71.65%；節(jié)約空壓機(jī)臺數(shù)為0.349臺。

4.4 投資節(jié)約分析

4.4.1 能耗率核算

a.按節(jié)約空壓機(jī)臺數(shù)核算

節(jié)約電量為78.64 kWh;節(jié)約廠用電率為0.0218%。

b.按空壓機(jī)瞬時負(fù)載核算

改造前空壓機(jī)瞬時負(fù)載為173.8 kWh;改造后空壓機(jī)瞬時負(fù)載為71.79 kWh;節(jié)約廠用電率為0.028 22%。

按空壓機(jī)瞬時負(fù)載核算與按節(jié)約空壓機(jī)臺數(shù)核算存在偏差，考慮空壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行及用氣量，最終按空壓機(jī)瞬時負(fù)載進(jìn)行核算，并通過空壓機(jī)實(shí)際廠用電率進(jìn)行驗(yàn)證。

2019年11月7—11日，空壓機(jī)用電量占廠用電率為0.335 7%，同比降低0.025 3%?？紤]去年同期脫硝系統(tǒng)未正常投運(yùn)，節(jié)約廠用電率0.003 4%，故今年同比廠用電率降低為0.028 7%。

4.4.2 節(jié)約費(fèi)用

1號機(jī)組按每年運(yùn)行7320 h計(jì)算。改造前空壓機(jī)耗電量為127.22萬kWh，耗電費(fèi)用為43.76萬元；改造后空壓機(jī)耗電量為52.55萬kWh，耗電費(fèi)用為18.08萬元。節(jié)約空壓機(jī)耗電費(fèi)用為25.68萬元。改造后每年節(jié)約維護(hù)費(fèi)用8.2萬元。

5 改造后存在問題

a.僅對1電場輸灰系統(tǒng)及脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造，輸灰量為估算數(shù)，對2—5布袋輸灰系統(tǒng)未進(jìn)行改造。

b.改造前，1號鍋爐脫硝系統(tǒng)由于管道內(nèi)進(jìn)雜物，平移閥故障頻繁等，未能準(zhǔn)確計(jì)量氣量。

c.由于數(shù)據(jù)采集時間較短，得出的數(shù)據(jù)相互存在偏差，因此需要采集長時間數(shù)據(jù)作為最終結(jié)果。

d.改造后由于時間過短，加之煤種、負(fù)荷變化，對先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)不堵管、磨損小等特點(diǎn)無法驗(yàn)證。

e.鍋爐長周期大負(fù)荷運(yùn)行時未進(jìn)行試驗(yàn)，需進(jìn)一步觀察。

6 結(jié)論

a.本次1號鍋爐1電場輸灰系統(tǒng)和脫硝系統(tǒng)改造符合技術(shù)要求，超過預(yù)期改造目標(biāo)(節(jié)氣率50%以上)，平均節(jié)氣率可達(dá)71.65%。改造后短期徹底解決了輸灰堵管問題，脫硝系統(tǒng)正常輸灰，大大降低了輸灰設(shè)備故障率，使輸灰系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán),但各項(xiàng)功能還需要進(jìn)一步長期觀察。

b.先導(dǎo)式氣力輸灰系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)低壓、恒速、恒流、恒壓輸灰，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、降低磨損的功能，節(jié)能效果最低為50%。在輸灰過程中，堵管點(diǎn)的自動成栓閥可以自動打開下個成栓閥，提前對管道進(jìn)行吹掃，清除障礙，使輸灰更流暢，降低了伴氣管道與輸灰管道的壓差，以最少的進(jìn)氣量達(dá)到最高的輸灰效率。解決了傳統(tǒng)輸灰過程中的多種難題，具有很好的應(yīng)用效果。