先導(dǎo)栓塞式氣力輸灰系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用

耿衛(wèi)眾

(古交西山發(fā)電有限公司， 山西 古交 030206)

古交西山發(fā)電公司2×660 MW直接空冷燃煤機(jī)組輸灰系統(tǒng)采用雙套管正壓氣力輸灰工藝，運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)套管磨損脫落，起不到雙套管的作用而造成灰管堵塞；整體輸灰管道法蘭連接焊縫處及彎頭、閥門等設(shè)備磨損嚴(yán)重，漏灰補(bǔ)漏頻繁，嚴(yán)重影響系統(tǒng)出力。輸灰系統(tǒng)用氣量大，增加了空壓機(jī)運(yùn)行耗能，導(dǎo)致空壓機(jī)耗電量居高不下。為解決這一問題，該廠對2號機(jī)組輸灰系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將雙套管輸灰系統(tǒng)改造為流速較低的先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)，改造后分析耗氣量及輸送能力，驗(yàn)證改造效果。

1 改造前的輸灰系統(tǒng)

古交西山發(fā)電公司2號鍋爐尾部煙氣采用電袋復(fù)合除塵器除塵，即一級靜電除塵器加二級布袋除塵器。其中靜電除塵器共8個灰斗，布袋除塵器2排8縱，共16個灰斗。其輸灰系統(tǒng)采用雙套管正壓濃相氣力輸灰工藝，電袋除塵器灰斗至灰?guī)燧敾夜艿拦苍O(shè)置3條，其中靜電除塵器灰斗分A、B列共設(shè)2條(每4個灰斗設(shè)1條)DN200/DN250灰管將飛灰送至灰?guī)欤?、二排布袋除塵器設(shè)1條DN150/DN175灰管將飛灰送至灰?guī)臁Ｊ∶浩鬏敾夜艿琅c電除塵 B 列輸灰管合并，脫硝輸灰管道與電除塵A列輸灰管合并。

輸灰系統(tǒng)投運(yùn)以來，機(jī)組燃煤煤質(zhì)較差、灰量大，為提高系統(tǒng)出力，物料流速較高，末端設(shè)計(jì)流速12～14 m/s，輸灰管道磨損嚴(yán)重，電除塵輸灰管道磨損尤其突出。為跨越鐵路,輸灰管道布置在距地面35 m的高空管架上，管道泄露后，補(bǔ)漏比較困難，維護(hù)工作量大，耗時長，影響輸灰系統(tǒng)出力，同時，漏灰極易造成廠區(qū)環(huán)境污染。

為了防止氣灰分層造成堵管，輸灰系統(tǒng)用氣量較大。原設(shè)計(jì)5臺空壓機(jī)可滿足兩臺機(jī)組額定負(fù)荷工況下輸灰系統(tǒng)的要求，實(shí)際額定負(fù)荷工況需啟動7臺空壓機(jī)(其中1臺處于調(diào)峰狀態(tài)，運(yùn)行時有一半時間“加載”出力)才能滿足兩臺機(jī)組輸灰系統(tǒng)的要求，空壓機(jī)運(yùn)行能耗高。

2 輸灰系統(tǒng)的改造與優(yōu)化

本次輸灰系統(tǒng)改造的主要目的是減少輸灰管道磨損泄露的頻次，延長設(shè)備運(yùn)行壽命，提高系統(tǒng)出力；節(jié)約壓縮空氣耗量，減少空壓機(jī)運(yùn)行能耗。

氣力輸送系統(tǒng)的輸送管道及其閥門磨損與輸送速度有關(guān)，然而輸送速度又與輸送管道壓力損失有關(guān)，輸送管道及其閥門磨損取決于輸送管道壓力損失和輸送速度，降低輸送管道初速度是減少磨損的有效措施[1]. 雙套管輸灰系統(tǒng)在倉泵連續(xù)輸灰工程中，其工作過程分為進(jìn)料、充壓、輸送、吹掃4個階段，由于管道吹掃階段流速高、灰氣比小、浪費(fèi)大量壓縮空氣[2]. 因此，在輸灰過程中省略管道吹掃階段，將有助于節(jié)約壓縮空氣，減少空壓機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)。

先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)采用切割式低壓滿管輸送方式，徹底解決了系統(tǒng)堵管問題，輸送壓力、管道流速下降，可以減緩管道及閥門的磨損，提高系統(tǒng)的輸送能力，減少輸灰系統(tǒng)耗氣量。

2.1 先導(dǎo)栓塞式輸灰工作原理

先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)輸送狀態(tài)為滿倉泵滿管恒壓恒流輸送，先導(dǎo)式自動成栓閥是輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備，閥體自帶壓力表，每個閥門都有進(jìn)出氣源口，閥與閥之間通過先導(dǎo)管連接，前一個自動成栓閥將輸送介質(zhì)傳遞給后一個自動成栓閥，自動成栓閥自動感應(yīng)輸灰管道壓力，自主開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)功能。栓塞系統(tǒng)是主動力，先導(dǎo)式是預(yù)動力。主動力與預(yù)動力的共同作用相當(dāng)于一個人推車加一人在前面拉車，一推一拉，更有利于飛灰輸送，且輸送要求氣源壓力更低[3]. 在主進(jìn)氣與伴氣管總氣源管道上加裝一臺調(diào)壓閥，使壓力調(diào)整到0.3 MPa左右，讓先導(dǎo)式栓塞閥保持在一個低壓、恒壓狀態(tài)下輸送，在先導(dǎo)功能主動力與預(yù)動力的作用下，整個輸灰管道都在一個較低壓力下工作，所以輸送流速低，平均不超過5 m/s，灰?guī)於瞬怀^8 m/s[4].

2.2 輸灰系統(tǒng)的改造實(shí)施

將2號爐脫硝、省煤器輸灰管道并入布袋除塵器輸灰管道，仍然采用雙套管正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)。電除塵A、B列輸灰系統(tǒng)分別進(jìn)行改造，采用先導(dǎo)栓塞式輸灰工藝。

電除塵輸灰管道布置方式不做改變，在輸灰管道上加裝先導(dǎo)式栓塞閥，每個彎頭前后各1個，水平或垂直管道每隔5 m 1個，倉泵與倉泵之間水平管道平均2 m 1個，先導(dǎo)式栓塞閥安裝與輸灰管角度成35°～45°，便于檢修。先導(dǎo)式栓塞閥與伴氣管的連接件對應(yīng)，用專用的PU管快速連接。在每條輸灰管道旁邊加裝專用的伴氣管道，至廠外灰?guī)於喂?條伴氣管道，給栓塞閥供氣，并在伴氣管的合理位置安裝相應(yīng)的疏水閥門[5].

取消原電除塵輸灰系統(tǒng)的流化閥、補(bǔ)氣閥、助吹閥等輔助進(jìn)氣氣源，在空壓機(jī)房儲氣罐的總?cè)霘庠垂苌祥_口安裝倉泵主進(jìn)氣管道及先導(dǎo)式栓塞閥的伴氣管道。在每個輸送單元的壓縮空氣母管安裝空氣過濾器、阻灰氣、調(diào)壓閥、氣動控制閥，并在氣動調(diào)節(jié)閥后的壓縮空氣母管接引輸灰主進(jìn)氣及伴氣管道，在新接引的主進(jìn)氣管道上安裝壓力變送器及流量表對輸灰系統(tǒng)消耗壓縮空氣量進(jìn)行計(jì)量。

3 應(yīng)用效果及結(jié)果分析

3.1 壓縮空氣耗量統(tǒng)計(jì)分析

因改造前未對2號爐輸灰管道安裝壓縮空氣計(jì)量表，耗氣量無法統(tǒng)計(jì)，但改造前1號爐與2號爐輸灰系統(tǒng)均采用雙套管正壓氣力輸灰，工藝相同，為便于對2號爐輸灰系統(tǒng)技術(shù)改造前后的壓縮空氣耗量進(jìn)行比對，因此在1號爐電除塵輸灰管路A、B側(cè)各安裝2臺流量計(jì)對輸灰耗氣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，安裝位置分別為電除塵輸灰管路A、B側(cè)主進(jìn)氣、補(bǔ)氣管道。流量計(jì)于2021年10月1日全部安裝完成，累計(jì)流量于2021年10月1日24：00開始統(tǒng)計(jì)。

2號爐電除塵輸灰系統(tǒng)改造后，取消了原輸灰系統(tǒng)的流化閥、補(bǔ)氣閥、助吹閥等輔助進(jìn)氣氣源，在空壓機(jī)房儲氣罐的總?cè)霘庠垂苌祥_口安裝倉泵主進(jìn)氣管道及先導(dǎo)式栓塞閥的伴氣管道，并在新接引的主進(jìn)氣管道上安裝流量表對輸灰系統(tǒng)耗氣量進(jìn)行計(jì)量。流量計(jì)在輸灰管路改造期間安裝，累計(jì)流量于2021年10月1日24：00開始統(tǒng)計(jì)。

2號爐電除塵輸灰系統(tǒng)改造完成后對輸灰系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，于2021年10月08日調(diào)試基本完成，輸灰系統(tǒng)運(yùn)行正常，因此，將10月08日作為2號爐輸灰系統(tǒng)改造前后采集數(shù)據(jù)的分界點(diǎn)，即：因1號爐輸灰系統(tǒng)未進(jìn)行改造，將10月08日之前的數(shù)據(jù)作為2號爐輸灰系統(tǒng)改造前的數(shù)據(jù)；2號爐10月08日后的數(shù)據(jù)作為2號爐輸灰系統(tǒng)改造后的數(shù)據(jù)。

1) 1號爐輸送噸灰耗氣量。

1號爐電除塵輸灰耗氣量記錄時間為2022年10月02日—2022年10月08日(各氣力輸送設(shè)備正常運(yùn)行)，平均噸耗氣量為116.146 m3/t，各參數(shù)見表1.

表1 1號爐電除塵輸灰管路輸灰量及壓縮空氣耗量表

10月02日—07日1號爐共燃煤35 718 t，平均灰分29.03%，產(chǎn)生飛灰8 596.04 t，其中電除塵輸灰管路輸送的飛灰量為6 876.83 t；消耗氣量798 713 m3. 輸送1噸灰平均耗氣量為116.146 m3/t.

2) 2號爐輸送噸灰耗氣量。

2號爐輸送噸灰耗氣量記錄時間為2021年10月09日—2021年10月16日，平均噸耗氣量為70.341 m3/t，各參數(shù)見表2.

表2 2號爐電除塵輸灰管路輸灰量及壓縮空氣耗量表

10月09日—16日2號爐共燃煤33 672 t，平均灰分31.86%，產(chǎn)生飛灰4 897.54 t，其中電除塵輸灰管路輸送的飛灰量為9 119.97 t，耗氣量513 205 m3，輸送1噸灰平均耗氣量為70.341 m3/t.

改造后節(jié)氣率：

(1-70.341÷116.146)×100=39.44%

3.2 輸送能力分析

2號爐電除塵輸灰系統(tǒng)改造后，對系統(tǒng)的輸灰能力進(jìn)行了試驗(yàn)。

3.2.1 試驗(yàn)參數(shù)

倉泵的堆積密度取0.8 t/m3；充滿系數(shù)根據(jù)各倉泵實(shí)際裝灰情況取值。

3.2.2 計(jì)算方法

Gm=Vp×n1×ψ×Yh×n2

式中，Gm為單位時間輸灰量,t；Vp為單個倉泵幾何容積,m3；n1為倉泵數(shù)量；Yh為堆積密度，t/m3；ψ為倉泵充滿系數(shù)；n2為單位時間輸送次數(shù)。

3.2.3 試驗(yàn)過程

2號機(jī)電除塵輸灰系統(tǒng)改造后輸灰能力試驗(yàn)于2021年10月12日進(jìn)行。根據(jù)機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行情況及產(chǎn)灰量將2號爐電除塵輸灰系統(tǒng)停運(yùn)進(jìn)行攢灰，保證灰斗存灰量，以滿足試驗(yàn)要求，并計(jì)算出力結(jié)果。

2021年10月12日 10:00開始停運(yùn)2號爐A側(cè)輸灰系統(tǒng)，灰斗進(jìn)行攢灰。11:00啟動2號爐A側(cè)輸灰系統(tǒng)進(jìn)行輸灰，減壓閥壓力不做調(diào)整，減壓閥后壓力0.26 MPa，1 h可輸灰7次。14:00開始停運(yùn)2號爐B側(cè)輸灰系統(tǒng)，灰斗進(jìn)行攢灰。15:00啟動2號爐B側(cè)輸灰系統(tǒng)進(jìn)行輸灰，減壓閥壓力不做調(diào)整，減壓閥后壓力0.28 MPa，1 h可輸灰8次。

3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1) 2號爐電除塵輸灰管路A側(cè)輸灰能力試驗(yàn)期間輸灰曲線見圖1.

2號爐電除塵輸灰管路A側(cè)1 h可輸送飛灰7次，其中第4、5次輸灰各倉泵裝灰全觸發(fā)高料位，第1、2次輸灰，各倉泵裝灰充滿度在75%以上，第3、6、7次輸灰，各倉泵裝灰充滿度應(yīng)在85%以上，因此倉泵整體充滿度取85%. 根據(jù)計(jì)算方法可知電除塵輸灰管路A側(cè)出力為57.12 t/h.

圖1 2號爐電除塵輸灰管路A側(cè)輸灰曲線圖

2) 2號爐電除塵輸灰管路B側(cè)輸灰能力試驗(yàn)期間輸灰曲線見圖2.

圖2 2號爐電除塵輸灰管路B側(cè)輸灰曲線圖

2號爐電除塵輸灰管路B側(cè)每小時可輸送飛灰8次，其中第1—3次，各倉泵裝灰充滿度應(yīng)在70%以上，第4—8次，各個倉泵均能觸發(fā)高料位，因此倉泵整體充滿度取85%. 根據(jù)計(jì)算方法可知電除塵輸灰管路B側(cè)出力為65.28 t/h.

因此，試驗(yàn)期間電除塵輸灰總出力為：57.12+65.28=122.4 t/h.

系統(tǒng)出力試驗(yàn)在輸灰系統(tǒng)正常輸送情況下進(jìn)行，若提高減壓閥后輸送壓力，系統(tǒng)出力將進(jìn)一步提高，能夠滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求。

4 結(jié) 語

先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)低壓、恒速、恒流、恒壓輸送，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、降低磨損的功能。經(jīng)過改造后，2號爐電除塵輸灰管路節(jié)氣效果明顯，不同工況運(yùn)行時，比改造前節(jié)約1.5臺空壓機(jī)，用氣量減少了100.5 m3/min，輸送1噸灰的耗氣量較改造前減少39.44%；實(shí)際輸灰能力可達(dá)122.4 t/h，滿足機(jī)組正常運(yùn)行時的輸灰要求。經(jīng)驗(yàn)證，使用先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)從根本上解決了原輸灰系統(tǒng)存在的耗氣量大、飛灰流速高導(dǎo)致輸灰管路頻繁泄露的問題，輸灰系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性得到提高，具有顯著的應(yīng)用推廣前景。