正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)改造分析

張瑞峰

正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)改造分析

張瑞峰

(山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司,山西 古交 030206)

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司 2×300 MW發(fā)電機(jī)組于 2005年投產(chǎn),采用的氣力輸灰系統(tǒng)為鎮(zhèn)江紐普蘭正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng) (芬蘭 pneup lan栓塞流氣力輸送技術(shù))。運(yùn)行一年來(lái),出現(xiàn)諸多問(wèn)題,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此,于 2006年機(jī)組 C級(jí)檢修中先后對(duì) 1#、2#爐輸灰系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造。本文針對(duì)二套輸灰系統(tǒng)在該公司改造前后的情況,對(duì)運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行闡述和對(duì)比分析,希望能對(duì)電廠輸灰工作的有一定借鑒作用。

電廠;濃相;氣力輸灰;改造

1 系統(tǒng)概述

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程為 2×300 MW直接空冷凝汽式汽輪機(jī)組。其中鍋爐為哈爾濱鍋爐有限公司生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)汽包爐,四角切圓燃燒、一次中間再熱,燃用洗中煤。電除塵器采用安徽意義 (EE)環(huán)保設(shè)備有限公司制造的意義 (EE)型電除塵,采用美國(guó) EE公司技術(shù)。氣力輸灰系統(tǒng)為鎮(zhèn)江紐普蘭正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng),采用芬蘭 pneuplan栓塞流氣力輸送技術(shù)。

1.1 原系統(tǒng)配置

該公司 1#爐預(yù)除塵器配置雙室二電場(chǎng),每個(gè)電場(chǎng)對(duì)應(yīng)下部 4個(gè)灰斗,灰斗下灰經(jīng)過(guò)下灰手動(dòng)插板門(mén)、卡箍式伸縮節(jié)、進(jìn)料圓頂閥,然后進(jìn)入輸灰系統(tǒng)倉(cāng)泵,按照程序進(jìn)行輸送。除灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力除灰系統(tǒng),每臺(tái)鍋爐設(shè)預(yù)除塵器和后除塵器。輸送距離約 1 030 m,管道配置情況 (見(jiàn)圖 1)：預(yù)除塵器一、二電場(chǎng)左側(cè) 4個(gè)倉(cāng)泵 2個(gè)輸送單元和右側(cè) 4個(gè)倉(cāng)泵 2個(gè)輸送單元各設(shè)置 1根 DN150的輸灰管道。預(yù)除塵器共設(shè)置 2根 DN150的輸灰管道,輸灰管道采用變徑措施：d168×9→d194×10→d219×10。預(yù)除塵器一、二電場(chǎng)的倉(cāng)泵容積為≤2.0 m3。

1.2 原系統(tǒng)存在的問(wèn)題及分析

圖 1 原輸送系統(tǒng)示意圖

1)原輸灰系統(tǒng)主要問(wèn)題：a)出力嚴(yán)重不足。b)對(duì)煤種變化適應(yīng)性差,經(jīng)常堵管。c)系統(tǒng)能耗過(guò)大。d)管道磨損嚴(yán)重。

2)原因分析：

a)原系統(tǒng)所配置的為下引式倉(cāng)泵輸送系統(tǒng),該系統(tǒng)在輸送的過(guò)程中沒(méi)有流態(tài)化過(guò)程,也沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,故在輸送過(guò)程中灰的流動(dòng)性很差。尤其是灰的品質(zhì)發(fā)生變化后,且輸送距離遠(yuǎn),該系統(tǒng)的輸送就很不穩(wěn)定,易堵管,輸送能耗大,系統(tǒng)的磨損也嚴(yán)重。

在實(shí)際運(yùn)行中,該系統(tǒng)堵管體現(xiàn)為兩種工況：

一是下灰結(jié)束后,輸送起始?jí)毫^(guò)高,系統(tǒng)直接堵管,見(jiàn)圖 2。

二是輸送到后期,輸送壓力突然升高,見(jiàn)圖 3。

正常輸灰曲線示意圖,見(jiàn)圖 4。

出現(xiàn)第一種工況的原因?yàn)椋簜}(cāng)泵下灰量過(guò)多或灰堆積密度過(guò)大,灰分流化不好或無(wú)法正常流化,導(dǎo)致大量灰在未流化的前提下直接輸送,介質(zhì)初速?zèng)]有建立,壓力急劇升高,導(dǎo)致堵管。

出現(xiàn)第二種工況的原因?yàn)椋簜}(cāng)泵原本氣灰混合不好,在輸送管路變徑的情況下,介質(zhì)流速驟然降低,壓縮空氣無(wú)法推動(dòng)灰份,氣灰分離,導(dǎo)致灰分大量堆積于管內(nèi),壓力升高,出現(xiàn)堵管的情況。

兩種堵管工況都是下引式倉(cāng)泵系統(tǒng)長(zhǎng)距離大容量輸送系統(tǒng)中,極容易出現(xiàn)的通病。其實(shí)主要還是氣灰混合不好造成灰輸送過(guò)程中輸灰阻力過(guò)高,進(jìn)而形成堵管。在目前的系統(tǒng)中,解決這一問(wèn)題的方法就是加大輸送空氣量,強(qiáng)行對(duì)灰分混合。這也是目前該系統(tǒng)耗氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)耗氣量的主要原因,也是造成管路磨損遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相似系統(tǒng)的主要原因。

b)該公司原氣力輸灰系統(tǒng)一電場(chǎng)的倉(cāng)泵的容積為 2.0 m3,如果系統(tǒng)能正常運(yùn)行的話,一個(gè)單元 2臺(tái)泵輸送一次的最大量是 2.2 t(2×2×0.8×0.7=2.2)。但實(shí)際上,由于這種倉(cāng)泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),每次如果進(jìn)料太多的話,灰的流化效果很差,輸送效率會(huì)很低,為防止不堵管,故每次進(jìn)料一般不能超過(guò) 1/2,故每次輸送的灰量只能達(dá)到 1.1 t/次,輸送相同量的灰,這種倉(cāng)泵的動(dòng)作頻率高,閥門(mén)的壽命低。

c)管道磨損嚴(yán)重。管路介質(zhì)流速對(duì)任何輸灰系統(tǒng)來(lái)講都是關(guān)鍵因素。根據(jù)理論,管路磨損速度與管道介質(zhì)流速的三次方成正比。原系統(tǒng)設(shè)計(jì)耗氣量為原始設(shè)計(jì)耗氣量的 2倍,實(shí)際流速是設(shè)計(jì)流速的 2倍,這樣管路磨損速度就為正常磨損速度的 8倍,所以才造成輸灰管路的大量泄漏。

d)管道配置不合適。預(yù)除塵器一、二電場(chǎng)左側(cè)4個(gè)倉(cāng)泵 2個(gè)輸送單元和右側(cè) 4個(gè)倉(cāng)泵 2個(gè)輸送單元各設(shè)置了 1根 DN150的輸灰管道。當(dāng)一電場(chǎng)的電除塵器發(fā)生故障后,一電場(chǎng)將輸送沉降灰,沉降灰的輸送能力大概是正?；业?1/3,且輸送時(shí)間長(zhǎng),磨損較嚴(yán)重,同時(shí),二電場(chǎng)的電除塵器將承擔(dān)一電場(chǎng)的灰量,故二電場(chǎng)的灰量將達(dá)到正常情況下一電場(chǎng)的灰量,此時(shí)二電場(chǎng)需要不停的輸送,才能達(dá)到出力要求,而一電場(chǎng)的沉降灰也在輸送,且長(zhǎng)時(shí)間占用輸灰管道,使得二電場(chǎng)的灰沒(méi)有時(shí)間輸送,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,一、二電場(chǎng)的輸送系統(tǒng)進(jìn)入惡性循環(huán),系統(tǒng)將崩潰,嚴(yán)重時(shí)將影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 改造措施及新系統(tǒng)介紹

2.1 改造措施

借鑒臺(tái)州電廠、邯峰電廠和山西太原第一熱電廠的成功改造經(jīng)驗(yàn),對(duì)原有預(yù)除塵器一、二電場(chǎng)和后除塵器的氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行改造,把原有系統(tǒng)改造成為XCM型密相流態(tài)化氣力輸送系統(tǒng),徹底改變輸送方式,解決出力不足、堵管、磨損等一系列的問(wèn)題。

a)保留原有系統(tǒng)進(jìn)料閥以上部分不動(dòng),包括 (插板門(mén)、連接短管、伸縮節(jié)、大小頭、進(jìn)料閥等)。

b)把原有預(yù)除塵器一、二電場(chǎng)的下引式倉(cāng)泵改成 XCM 5.0型大容積密相流態(tài)化輸送倉(cāng)泵,該型泵每次理論輸送量是下引式倉(cāng)泵輸送量的 5倍。輸送相同量的灰,XCM型密相流態(tài)化氣力輸送泵的動(dòng)作頻率低,效率高、能耗低、閥門(mén)的壽命長(zhǎng)。

c)引進(jìn)恒壓控制裝置及流量控制裝置。即目前最先進(jìn)的一項(xiàng)氣力輸送技術(shù)“恒壓輸送系統(tǒng)”,解決因灰的品質(zhì)特性經(jīng)常變化,導(dǎo)致輸送困難的問(wèn)題。

d)改進(jìn)管道布置,排除現(xiàn)有輸灰管道布置不合理的安全隱患。

預(yù)除塵器原有 2根 d168×9輸送管道保留 1根,作為二電場(chǎng) 2個(gè)輸送單元共用的輸灰管道。一電場(chǎng)共設(shè)置 2個(gè)輸送單元,每個(gè)輸送單元需增加 1根 d 194×10的輸灰管道,因此,一電場(chǎng)為單獨(dú)的 2根輸灰管道。輸灰管道均采用變徑措施：一電場(chǎng)：d194×10→d219×10;二電場(chǎng)：d168×9→d194×10→d219×10,變徑點(diǎn)較原系統(tǒng)變徑點(diǎn)后移 50 m左右。另外,在每個(gè)輸送單元的輸送管道設(shè)置一套自動(dòng)防堵、排堵系統(tǒng)。

2.2 新系統(tǒng)組成

預(yù)除塵器一電場(chǎng)同側(cè)每二臺(tái)倉(cāng)泵為一個(gè)輸送單元,一電場(chǎng) 4臺(tái)倉(cāng)泵共設(shè)置 2個(gè)輸送單元;二電場(chǎng) 4臺(tái)倉(cāng)泵也設(shè)置為 2個(gè)輸送單元,這 2個(gè)輸送單元共用一根管道,切換輸送。見(jiàn)圖 5。

圖 5 改造后輸送系統(tǒng)示意圖

2.3 新系統(tǒng)運(yùn)行流程及特點(diǎn)

1)運(yùn)行流程：

a)進(jìn)料過(guò)程：關(guān)閉進(jìn)氣閥及輸送調(diào)節(jié)閥,關(guān)閉出料閥,進(jìn)料閥密封卸壓,打開(kāi)進(jìn)料圓頂閥,打開(kāi)平衡閥(排氣閥),倉(cāng)泵上部與灰斗連接除塵器捕集的物料自由落入倉(cāng)泵內(nèi),當(dāng)灰位高至使料位計(jì)發(fā)出料滿信號(hào)或系統(tǒng)進(jìn)料設(shè)定時(shí)間到時(shí),進(jìn)料閥關(guān)閉,密封充壓,進(jìn)料狀態(tài)結(jié)束。

b)加壓流化階段：進(jìn)料階段完成后,系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)氣閥、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥,經(jīng)過(guò)處理的壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣閥進(jìn)入倉(cāng)泵,穿過(guò)倉(cāng)泵底部流化盤(pán)后使空氣均勻包圍在每一灰粒周?chē)?同時(shí)倉(cāng)泵內(nèi)壓力升高,當(dāng)壓力升高至設(shè)定值,系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)出料閥,加壓流化階段結(jié)束。

c)輸送過(guò)程：出料閥打開(kāi),此時(shí)倉(cāng)泵一邊繼續(xù)進(jìn)氣,一邊氣灰混合物通過(guò)出料閥進(jìn)入輸灰管,飛灰始終處于邊流化邊進(jìn)入輸灰管道進(jìn)行輸送,當(dāng)倉(cāng)泵內(nèi)飛灰輸送完后,管路壓力下降,倉(cāng)泵內(nèi)壓力降低。當(dāng)倉(cāng)泵內(nèi)壓力下降至設(shè)定值,壓力傳感器發(fā)出信號(hào),輸送階段結(jié)束,進(jìn)氣閥和出料閥保持開(kāi)啟狀態(tài),進(jìn)入吹掃階段。

d)吹掃階段：進(jìn)氣閥和出料閥保持開(kāi)啟狀態(tài),壓縮空氣吹掃倉(cāng)泵和輸灰管道,定時(shí)一段時(shí)間后,吹掃結(jié)束,關(guān)閉進(jìn)氣閥,待倉(cāng)泵內(nèi)壓力降至常壓時(shí),關(guān)閉出料閥,打開(kāi)進(jìn)料閥,進(jìn)入進(jìn)料階段。至此,系統(tǒng)完成一個(gè)輸送循環(huán),自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)輸送環(huán)節(jié)。

2)工作特點(diǎn)：

a)憋壓?jiǎn)?dòng),初始流化好。該系統(tǒng)在輸送初始階段先在倉(cāng)泵流化憋壓,使得氣灰充分混合流化,然后輸送,初速高、輸送時(shí)間短、不易沉降堵管。

b)倉(cāng)泵結(jié)構(gòu)不容易堵管。倉(cāng)泵下部設(shè)置流化盤(pán),且在流化盤(pán)上部設(shè)置一段三通進(jìn)灰管,從而保證了倉(cāng)泵內(nèi)灰進(jìn)入輸送管道的均勻性,平穩(wěn)輸送,不易堵管。

c)新系統(tǒng)可調(diào)性好,針對(duì)煤質(zhì)變化,參數(shù)隨時(shí)可調(diào),以適應(yīng)煤種變化。該系統(tǒng)輸送參數(shù)均設(shè)為可調(diào),因此,針對(duì)不同煤質(zhì),可對(duì)應(yīng)不同的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試輸送。

d)輸送系統(tǒng)自動(dòng)防堵與排堵。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)防堵系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有堵管傾向時(shí),系統(tǒng)通過(guò)對(duì)相應(yīng)閥門(mén)的空氣流量的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防堵。

3 系統(tǒng)改造前后對(duì)比分析

3.1 系統(tǒng)出力

1)理論計(jì)算。

ESP1非脫硫灰質(zhì)參數(shù)：

堆積密度：0.7～0.8 t/m3(注：系統(tǒng)出力以 0.75為基準(zhǔn)計(jì)算)

真實(shí)密度：2.0～2.2 t/m3

堆積角：≤40°

預(yù)除塵器煙氣溫度：126℃

原系統(tǒng)出力：

一電場(chǎng)：G1=Vtρ=2.0×4×0.75×3 600÷(540+25)=38.2(t/h)

二電場(chǎng)：G2=Vtρ=1.5×4×0.70×3 600÷(480+30)=29.6(t/h)

新系統(tǒng)按倉(cāng)泵最小進(jìn)料量計(jì)算系統(tǒng)出力如下：

一電場(chǎng)出力：Q實(shí)際=Vtρ=3.0m3×2×3 600÷(480+25)×0.75 t/m3=32.1 t/h故：

Q一電場(chǎng)=32.1 t/h ×2=64.2 t/h(一電場(chǎng) 2個(gè)輸送單元)

同理,二電場(chǎng)為：

Q二電場(chǎng)=Vtρ=39.9 t/h

2)運(yùn)行 PT圖對(duì)比。

下引式倉(cāng)泵和 XCM型密相流態(tài)化氣力輸送泵同樣輸送 10 t灰不同的 PT圖,見(jiàn)圖 6。

圖 6 下引式倉(cāng)泵和 XCM型密相流態(tài)化氣力輸送泵的 PT圖

從圖 6中可知,XCM型密相流態(tài)化氣力輸送泵的輸送效率較下引式倉(cāng)泵的效率提高了 30%以上。

3.2 系統(tǒng)耗氣量下降

根據(jù)系統(tǒng)配置每根 d168×9輸灰管道耗氣量不大于 26 m3/min,每根 d194×9輸灰管道耗氣量不大于 28 m3/min。根據(jù)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行情況,大部分時(shí)間 2#爐輸送系統(tǒng) 2根或 3根管道同時(shí)運(yùn)行,少部分時(shí)間 1根或 4根管道同時(shí)運(yùn)行。所以,2#爐輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)耗氣量應(yīng)為 52～80 m3/min。

3.3 恒壓輸送系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯

目前,國(guó)內(nèi)在運(yùn)行正壓濃相輸送系統(tǒng)都為恒流輸送系統(tǒng),所謂恒流輸送系統(tǒng)是系統(tǒng)通過(guò)孔板或節(jié)流閥使進(jìn)入發(fā)送器的各路氣量處于恒定,從而使發(fā)送器排出的灰氣兩相流的混合比相對(duì)穩(wěn)定 (原有的氣力除灰系統(tǒng)就屬于恒流輸送系統(tǒng))。由于在輸送過(guò)程中氣量的不可調(diào)節(jié),為了防止輸送管道堵塞,系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合比的取值較為保守、偏低,而輸送速度取值較高。并且,一旦所送的物料特性發(fā)生變化時(shí),就會(huì)發(fā)生輸送效率低下,甚至無(wú)法輸送的問(wèn)題。如當(dāng)電廠的燃煤品種發(fā)生變化或一電場(chǎng)的灰變成沉降灰等情況發(fā)生時(shí),就會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。

改造后的恒壓輸送系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)意義上的輸送系統(tǒng),它將流量控制概念引入到輸送系統(tǒng)中,使輸送系統(tǒng)在整個(gè)輸送過(guò)程中輸送空氣流量動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的依據(jù)是輸送管道壓力,當(dāng)輸送壓力發(fā)生變化時(shí),調(diào)節(jié)空氣流量及其配比,使整個(gè)輸送過(guò)程中輸送壓力保持恒定。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸送,自動(dòng)適應(yīng)灰的品質(zhì)特性變化。

恒壓輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)首先在于超低速輸送,最大限度地降低磨損。系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合比的取值較高,而輸送速度取值卻較低,使系統(tǒng)在動(dòng)壓沸騰的臨界狀態(tài)下輸送。其次,由于輸送空氣流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),從而解決了堵管問(wèn)題,同時(shí)解決了較難輸送物料的輸送：如省煤器灰、一電場(chǎng)沉降灰、脫硫灰等。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)改造以來(lái)的運(yùn)行情況看,由于倉(cāng)泵本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu) (均流進(jìn)灰)決定了系統(tǒng)在輸送的初始階段不可能堵管,灰輸送到后期由于是恒壓輸送,根據(jù)輸送管道壓力隨時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量,因此,確保該系統(tǒng)在正常情況不會(huì)發(fā)生堵管。該系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)均為外部輸入、隨時(shí)可調(diào),如初始憋壓出料閥開(kāi)啟壓力、系統(tǒng)高低限壓力、進(jìn)氣閥開(kāi)度、開(kāi)助吹壓力等,在煤質(zhì)變化或電場(chǎng)未投輸送沉降灰等情況下,通過(guò)調(diào)整運(yùn)行參數(shù),確保系統(tǒng)穩(wěn)定輸送。在維護(hù)方面,維護(hù)量較以前系統(tǒng)減小了許多,由于輸送壓力降低導(dǎo)致如閥門(mén)及管道的磨損、密封圈的損壞等維護(hù)工作大大減少。因此,此項(xiàng)改造對(duì)老電廠的輸灰改造或是新建電廠輸灰系統(tǒng)選型,都有較好的借鑒作用。

[1] 謝德宇.飛灰正壓濃相氣力輸送技術(shù)的應(yīng)用[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2000,16(3)：42-48.

Analysis on Positive Pressure Dense Phase Pneumatic Conveyance Ash System Transformation

Zhang Rui-feng

Shanxi Xingneng Power Generation Co.2×300 MW generating units put into operation in 2005,which uses the dense phase pneumatic conveying system of Zhenjiang pneuplan.There are many problems in running more than one year,therefore,a comprehensive transformation is executed during the maintenance in 2006.This paper describes and analyzes the situation that two sets of conveying system in the plant before and after reconstruction,include the operation and maintenance.Hope that have some reference to ash conveying in power plant.

Power plant;Dense phase;Pneumatic conveying ash;Transformation

TD612

A

1672-0652(2011)03-0004-04

2011-02-09

張瑞峰 (1982—),男,內(nèi)蒙古烏蘭察布人,2009年畢業(yè)于華北電力大學(xué),助理工程師,主要從事電廠除塵脫硫點(diǎn)檢工作,(E-mail)kexiang_911@163.com