火力發(fā)電廠電除塵輸灰系統(tǒng)節(jié)能改造應(yīng)用與測試分析

摘要：輸灰系統(tǒng)是電廠中重要的輸送系統(tǒng)，傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)由于輸送距離長、管道復(fù)雜、易發(fā)生堵塞等問題，運(yùn)行不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低下、用氣量大。山西魯晉王曲發(fā)電有限責(zé)任公司于2022年9月～11月對#2鍋爐電除塵輸灰系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。一單元8臺倉泵串聯(lián)1條輸灰管道至灰?guī)?，二單元、省煤器、脫硝、空預(yù)器合用1條輸灰管道至灰?guī)?。安裝伴氣管道和先導(dǎo)式自動成栓閥，并對輸灰控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級，同時為掌握改造后輸灰系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，開展#2鍋爐電除塵輸灰系統(tǒng)性能試驗(yàn)，對輸灰系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行測試。改造后輸灰系統(tǒng)日均耗氣量為26.4Nm3/t，

改造后對比改造前節(jié)氣率達(dá)55.2%。

關(guān)鍵詞：先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)；節(jié)能改造；耗氣量；節(jié)氣率

引言

山西魯晉王曲發(fā)電有限責(zé)任公司（簡稱“王曲電廠”）#2鍋爐原設(shè)計(jì)輸灰系統(tǒng)采用正壓氣力輸灰系統(tǒng)，每臺爐的輸灰系統(tǒng)從壓縮空氣進(jìn)氣方式上可分成2大部分，分別是A列輸灰單元和B列輸灰單元，每單元又分為5個獨(dú)立的系統(tǒng)。其中，A列輸灰單元包括一單元A列輸灰系統(tǒng)、二單元A列輸灰系統(tǒng)、三單元輸灰系統(tǒng)、四單元輸灰系統(tǒng)、五單元輸灰系統(tǒng)；B列輸灰單元包括一單元B列輸灰系統(tǒng)、二單元B列輸灰系統(tǒng)、省煤器輸灰系統(tǒng)、脫硝輸灰系統(tǒng)、空預(yù)器輸灰系統(tǒng)；電除塵一單元、二單元、三單元、四單元、五單元各有8臺倉泵，一單元A列、二單元A列共用1根DN200的輸灰母管，一單元B列、二單元B列共用1根DN200的輸灰母管；三單元、四單元、五單元共用1根DN150的輸灰母管，省煤器輸灰7個倉泵，脫硝輸灰8個倉泵，空預(yù)器輸灰4個倉泵，3個單元共用1根DN150的輸灰母管，交替進(jìn)行輸送，輸送至機(jī)組對應(yīng)的原灰?guī)?，同時庫頂切換閥使#1、#2原灰?guī)旎閭溆谩?/p>

目前，因摻燒經(jīng)濟(jì)煤種導(dǎo)致王曲電廠#2鍋爐實(shí)際燃煤煤質(zhì)與原設(shè)計(jì)發(fā)生重大變化，正壓氣力輸灰系統(tǒng)出現(xiàn)用氣量大、彎頭、管閥系統(tǒng)磨損嚴(yán)重等問題，特別是省煤器輸灰管道，在投運(yùn)初期，就頻繁出現(xiàn)輸灰管道堵塞的情況，后通過運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，勉強(qiáng)設(shè)備可維持正常，但故障率仍偏高。因此，輸灰系統(tǒng)的用氣量較高，導(dǎo)致被迫啟動備用空壓機(jī)，造成重大的運(yùn)行隱患。為降低輸灰系統(tǒng)能耗，同時解決輸灰管路頻繁堵塞、磨損的問題，將王曲電廠鍋爐的電除塵輸灰系統(tǒng)節(jié)能改造成先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)，改造后輸灰系統(tǒng)耗氣量大幅降低，節(jié)氣效果顯著。

1改造前輸灰系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

王曲電廠鍋爐改造前輸灰系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如表1所示。

2 改造后的先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)

先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)是近年來在應(yīng)對大顆粒物料及降本創(chuàng)收大背景下出現(xiàn)的新型輸灰方式，以壓縮空氣作為動力，通過密封管道切割輸送粉粒狀物料的裝置系統(tǒng)。其工作原理是借助先導(dǎo)氣體作為動作及預(yù)動作信號，實(shí)現(xiàn)料栓的實(shí)時成型，逐級輸送的工作方式[1]。常規(guī)輸灰系統(tǒng)存在管道磨損嚴(yán)重、輸送管道頻繁堵管、輸送壓力高、壓縮空氣耗量大、輸送距離能力有限等諸多問題[2]。而先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)采用切割式低壓滿管輸送方式，不僅可以降低管路摩擦阻力，增加輸送的速度和穩(wěn)定性，還可以減少系統(tǒng)啟動時的瞬時值穩(wěn)定氣體壓力[3]。

相對于傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)，先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)具有適應(yīng)性強(qiáng)、流速低、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)[4]。作為一種新型的輸灰系統(tǒng)，先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)在輸送效率、節(jié)能減排、防堵塞等方面受到了廣泛關(guān)注[5]。先導(dǎo)式自動成栓閥是低壓節(jié)能型先導(dǎo)輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備，它是智能型的全機(jī)械產(chǎn)品，無電控元件，動作準(zhǔn)確使用壽命長（8～10a），無易損件，每隔一定距離安裝在輸灰管道上，可智能感知輸灰管道內(nèi)的壓力，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時可智能開啟、關(guān)閉，無須程序控制，每個自動成栓閥都可以自主工作[6]。

3 先導(dǎo)式輸灰改造施工方案

將電除塵一單元8臺倉泵串聯(lián)，使用1根輸灰管道至灰?guī)?，利舊原管架上一二單元A側(cè)舊輸灰管道。將電除塵二單元8臺倉泵串聯(lián)，使用1條輸灰管道至灰?guī)?，利舊原管架上一二單元B側(cè)舊輸灰管道。省煤器、脫硝、空預(yù)器并入二單元輸灰管道。省煤器、空預(yù)器倉泵間輸灰管道更換為新管道，新管道規(guī)格型號為DN150。沿每個分支、合并后輸灰管道分別布置1條伴氣管道為先導(dǎo)式自動成栓閥提供氣源。沿灰管道每隔一定距離安裝先導(dǎo)式自動成栓閥，倉泵間一般為1.2m/個，水平段或垂直段一般3.5m/個。將輸灰控制系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)控制，對輸灰組態(tài)畫面及控制系統(tǒng)程序修改，根據(jù)運(yùn)行要求對輸灰步序和優(yōu)先級等進(jìn)行優(yōu)化。輸灰系統(tǒng)的配氣系統(tǒng)只保留原來輸送系統(tǒng)的主進(jìn)氣，所有的流化氣、二次氣、防堵氣等全部取消。

4先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)工況實(shí)驗(yàn)與節(jié)氣效果測試

對改造后的先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)進(jìn)行工況實(shí)驗(yàn)和節(jié)氣測試，掌握#2鍋爐一、二單元輸灰系統(tǒng)改造前后日耗氣量與改造后節(jié)氣率及#2鍋爐一單元先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)最大輸灰出力、#2鍋爐一單元輸灰系統(tǒng)輸送流速。

4.1試驗(yàn)工況和條件與參考標(biāo)準(zhǔn)

4.1.1 試驗(yàn)工況

本次性能試驗(yàn)在機(jī)組正常運(yùn)行工況下開展測試工作。

4.1.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)按照6個條件進(jìn)行。①先導(dǎo)式輸灰裝置及輔助系統(tǒng)處于完好狀態(tài)，已正常穩(wěn)定運(yùn)行；②保證試驗(yàn)期間燃煤儲量充足，煤質(zhì)穩(wěn)定；③試驗(yàn)期間鍋爐負(fù)荷按試驗(yàn)要求穩(wěn)定運(yùn)行；④控制系統(tǒng)和主要儀表運(yùn)行正常，指示正確；⑤水、電、氣、汽等消耗品已有足夠保證；⑥試驗(yàn)期間運(yùn)行人員應(yīng)積極配合調(diào)整，試驗(yàn)工況調(diào)整好后，運(yùn)行人員應(yīng)按調(diào)整好的參數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行，不得隨意調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，但在試驗(yàn)中，若遇到異常情況，運(yùn)行人員按操作規(guī)程自行進(jìn)行處理，試驗(yàn)中止。

4.1.3試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

先導(dǎo)式輸灰裝置性能試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

4.2耗氣量、節(jié)氣率、輸灰系統(tǒng)最大出力和輸送流速計(jì)算

4.2.1耗氣量

根據(jù)#2鍋爐電除塵一、二單元輸灰系統(tǒng)壓縮空氣用氣管道渦街流量計(jì)讀取其累計(jì)流量數(shù)值，得到既定一段時間內(nèi)累計(jì)用氣量。根據(jù)該時間段入爐煤煤量、入爐煤灰分及灰渣比，得到輸灰系統(tǒng)輸灰量。按照式（1）計(jì)算得到輸送1t灰的耗氣量。

式中 Qs—耗氣量，Nm3/t；Q—既定的一段時間內(nèi)壓縮空氣消耗量，Nm3；m—既定的一段時間內(nèi)入爐煤煤量，t；A—既定的一段時間內(nèi)入爐煤平均灰分，%；a—灰渣中灰所占比例，取0.9。

4.2.2節(jié)氣率

根據(jù)改造前后所得到的耗氣量，按照式（2）計(jì)算節(jié)氣率。

式中" "J—節(jié)氣率，%；Qs1—改造前耗氣量，Nm3/t；Qs2—改造后耗氣量，Nm3/t。

4.2.3輸灰系統(tǒng)最大出力

待#2機(jī)組電除塵器一單元灰斗有一定量的積灰時，操作一單元倉泵落料裝灰，將8個倉泵全部裝灰至接近滿泵，再進(jìn)行輸送，以輸灰壓力低于0.1MPa為結(jié)束，記錄輸送時間。根據(jù)單次輸送灰量和時間按式（3）計(jì)算1h輸灰系統(tǒng)的最大出力。

式中 M—輸灰系統(tǒng)最大出力，t/h；Qm—倉泵容積，m3；H—倉泵數(shù)量，個；λ—倉泵充滿系數(shù)，取0.8；γ—飛灰堆積密度，取1000kg/m3；Σ—單位時間內(nèi)輸送次數(shù)，次（Σ=60/Qmh，Qmh為單次輸送時間）。

4.2.4 輸送流速

輸送系統(tǒng)氣流的截面輸送流速按式（4）計(jì)算。

式中 —輸送系統(tǒng)氣流的截面平均初速度，m/s；—單位時間壓縮空氣體積流量，Nm3/s；—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力，0.1MPa；—輸灰管路測點(diǎn)壓力，0.25MPa；—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，K；—輸灰管路溫度，K；D—輸灰管路管徑，m。

4.3試驗(yàn)與測試結(jié)果

4.3.1 輸灰系統(tǒng)改造前后全天耗氣量及改造后節(jié)氣率

4.3.1.1輸灰改造前全天耗氣量

測試時間為2022年9月13日9：00至2022年9月19日9：00。

測試方法是隔24h讀取渦街流量計(jì)累計(jì)流量數(shù)值，以及記錄該時段內(nèi)#2機(jī)組入爐煤總量與入爐煤灰分，計(jì)算耗氣量。

連續(xù)運(yùn)行24h情況下，輸灰系統(tǒng)改造前平均耗氣量為59.0Nm3/t，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如表3所示。

4.3.1.2輸灰改造后全天耗氣量

測試時間為2022年11月6日9：00至2022年11月12日9：00。

測試方法是每隔24h讀取渦街流量計(jì)累計(jì)流量數(shù)值，以及記錄該時段內(nèi)#3機(jī)組入爐煤總量與入爐煤灰分，計(jì)算耗氣量。

連續(xù)運(yùn)行24h情況下，輸灰系統(tǒng)改造前平均耗氣量為26.4Nm3/t，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如表4所示。

#2鍋爐一單元、二單元輸灰系統(tǒng)改造前平均耗氣量為59.0Nm3/t，改造后的先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)平均耗氣量為26.4Nm3/t，改造后平均節(jié)氣率為55.2%。

4.3.2先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸灰出力

測試時間為2022年11月8日10：30～

11：00。

測試方法是手動操作一單元倉泵落料裝灰，將8個倉泵全部裝灰至接近滿泵，再進(jìn)行輸送，以輸灰壓力低于0.1MPa為結(jié)束，記錄輸送時間。根據(jù)單次輸送灰量和時間按式（3）計(jì)算1h輸灰系統(tǒng)的最大出力。

試驗(yàn)當(dāng)天的10：30開始進(jìn)行試驗(yàn)，輸送壓縮空氣氣源母管壓力為388kPa，開始裝灰，就地人員敲擊倉泵，確認(rèn)裝灰情況，8個倉泵裝灰量均接近滿泵；10：32：15開始進(jìn)氣輸送，10：44：55輸送結(jié)束，結(jié)束壓力100kPa，本次輸送共計(jì)用時約10.67min，用氣量483Nm3。然后繼續(xù)手動裝灰，就地人員確認(rèn)有6個倉泵裝灰量接近滿泵，2個倉泵灰量在60%左右，10：47：45開始進(jìn)氣輸送，10：56：45輸送結(jié)束，結(jié)束壓力100kPa，本次輸送共計(jì)用時9min，用氣量464Nm3；10：54：45開始投自動運(yùn)行，設(shè)定裝灰時間120s，循環(huán)周期時間0s，結(jié)束壓力0.1MPa，恢復(fù)一單元輸灰系統(tǒng)自動運(yùn)行。根據(jù)試驗(yàn)過程記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算得到#2鍋爐一單元先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸灰出力約為108t/h。

4.3.3先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸送流速

測試時間為2022年11月08日10：30～11：00。

測試方法是在進(jìn)行最大輸灰出力試驗(yàn)期間，記錄單次輸送的用氣量，計(jì)算得到單位時間壓縮空氣體積流量。結(jié)合測量得到的輸灰系統(tǒng)管道溫度，根據(jù)式（4）計(jì)算先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸送流速。

試驗(yàn)期間，測量各倉泵間管道的溫度，取平均值約為63.4℃。根據(jù)試驗(yàn)過程記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算得到#2鍋爐一單元先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸送流速約為8.2m/s。

結(jié)論

山西魯晉王曲發(fā)電有限責(zé)任公司#2鍋爐電除塵輸灰系統(tǒng)節(jié)能改造前輸灰系統(tǒng)日均耗氣量為59.0Nm3/t，改造后日均耗氣量為26.4m3/t，改造后對比改造前節(jié)氣率達(dá)55.2%。先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)一單元輸送最大出力約為108t/h，先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸送流速為8.2m/s，先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)輸送壓力平均為0.25MPa，最高值小于0.35MPa。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，改造后的先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)節(jié)氣量達(dá)到55.2%以上，灰在管中流速相對均勻，由雙套管技術(shù)20m/s降至8.2m/s，灰氣比由原來的20：1提高至40：1，明顯減少用氣量及空壓機(jī)用電量，降低輸灰管路、閥門及彎頭的磨損，不僅降低了系統(tǒng)維護(hù)量、提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，而且防堵塞效果顯著，實(shí)現(xiàn)了輸灰系統(tǒng)的平穩(wěn)、快速、高效運(yùn)行。

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作者簡介

姜志勇（1989—），男，漢族，山東臨沂人，工程師，技師，大學(xué)本科，主要從事鍋爐設(shè)備檢修運(yùn)維管理工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-04-22