干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)的優(yōu)化及應(yīng)用

解金祿，沈洪清，蘇富強(qiáng)

(1．華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150024;2．浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315010;3．杭州華電華源環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310053)

1 問(wèn)題的提出

近年來(lái)，干排渣技術(shù)由于受到國(guó)家政策的鼓勵(lì)在我國(guó)燃煤電廠中的應(yīng)用已進(jìn)入快速發(fā)展階段。隨著干排渣機(jī)輸送系統(tǒng)在火電機(jī)組中的廣泛應(yīng)用，其后續(xù)輸送系統(tǒng)存在的設(shè)備故障率高、維護(hù)工作量大等問(wèn)題越來(lái)越受到重視，為保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)干排渣機(jī)后續(xù)輸送系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

干排渣機(jī)后續(xù)輸送系統(tǒng)一般分為4種類型，如圖1［1］所示。4種不同類型的干排渣機(jī)后續(xù)輸送系統(tǒng)一般要根據(jù)場(chǎng)地、空間、投資和業(yè)主的要求來(lái)選擇相應(yīng)的后續(xù)輸送系統(tǒng)，不同的后續(xù)輸送系統(tǒng)均有其優(yōu)、缺點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)干排渣機(jī)后續(xù)負(fù)壓輸送系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了優(yōu)化方案，并在干排渣機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的優(yōu)化方案是可行的，可有效解決現(xiàn)有干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

2 干排渣機(jī)上負(fù)壓輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，一些火力發(fā)電廠由于廠房封閉或廠房?jī)?nèi)空間位置的限制，干排渣機(jī)后續(xù)輸送系統(tǒng)往往只能選用負(fù)壓輸送系統(tǒng)。負(fù)壓輸送系統(tǒng)作為干排渣機(jī)的后續(xù)輸送系統(tǒng)具有如下4項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

(1)系統(tǒng)內(nèi)的壓力低于外部大氣壓力，不會(huì)出現(xiàn)跑灰、冒灰現(xiàn)象，對(duì)周圍環(huán)境污染少。

(2)供料設(shè)備布置在系統(tǒng)始端，真空度低，設(shè)備的氣密性要求較低。

(3)供料設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，占用空間小，適用于空間狹小、輸送距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。

(4)輸送時(shí)不易堵管。

其缺點(diǎn)是:負(fù)壓輸送系統(tǒng)屬于稀相輸送，系統(tǒng)輸送速度快，渣氣比低，設(shè)備、管道磨損嚴(yán)重。

干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題有以下3項(xiàng)。

圖1 干排渣機(jī)后續(xù)輸送系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

(1)負(fù)壓系統(tǒng)輸送的爐底渣雖經(jīng)過(guò)兩級(jí)碎渣機(jī)破碎，但顆粒仍較大。

(2)破碎后的渣進(jìn)入輸渣設(shè)備，由于透氣率大、流化差，輸渣時(shí)速度高、效率低、能耗大、設(shè)備管道磨損嚴(yán)重。

(3)系統(tǒng)輸送的空氣量無(wú)法根據(jù)進(jìn)入輸送管道內(nèi)的渣量多少來(lái)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在輸渣量較少時(shí)輸送速度會(huì)過(guò)高，輸渣管道、設(shè)備磨損加劇，同時(shí)增加了系統(tǒng)能耗。

為減少負(fù)壓輸渣系統(tǒng)的管道磨損和系統(tǒng)能耗，在新系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了以下優(yōu)化措施:

(1)碎渣機(jī)。碎渣機(jī)是干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。干渣破碎后顆粒的大小是決定系統(tǒng)輸送速度的主要因素，為保證渣塊破碎后的顆粒度滿足負(fù)壓輸送系統(tǒng)的要求，本文根據(jù)爐底渣的特性對(duì)碎渣機(jī)齒板進(jìn)行了優(yōu)化，將轉(zhuǎn)子上的齒板設(shè)計(jì)為高低齒，既滿足了碎渣機(jī)的喂渣要求，又減小了碎渣后的粒度。

(2)管路系統(tǒng)。為使進(jìn)入輸送系統(tǒng)的空氣量可調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)管上增加了流量調(diào)節(jié)閥，保證了所有進(jìn)入輸送系統(tǒng)的空氣量可通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。流量調(diào)節(jié)閥的開度根據(jù)輸送管道上的輸送壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證進(jìn)入輸送系統(tǒng)內(nèi)的渣氣配比最優(yōu)。同時(shí)為了減少管道輸送時(shí)的阻力，在輸渣管道設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化，采用了大曲率陶瓷耐磨彎頭。

(3)控制系統(tǒng)。為建立負(fù)壓氣力輸渣系統(tǒng)穩(wěn)定輸送流場(chǎng)，采用了基于模糊控制理論的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置了上位機(jī)和下位機(jī)，在上位機(jī)上可實(shí)時(shí)監(jiān)控輸送系統(tǒng)的運(yùn)行情況，在下位機(jī)上采用了可編程控制器(PLC)。數(shù)據(jù)的采集和處理由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，根據(jù)輸送管道上的輸送壓力來(lái)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度。

(4)為使進(jìn)入輸渣管道內(nèi)的渣更加均勻的氣化，在負(fù)壓輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在干排渣機(jī)轉(zhuǎn)彎段增加1個(gè)小灰斗，水平段的細(xì)灰通過(guò)清掃鏈送到轉(zhuǎn)彎段小灰斗，斜坡段細(xì)灰通過(guò)灰的自重流回到轉(zhuǎn)彎段小灰斗，在小灰斗下接入負(fù)壓系統(tǒng)。這樣，在負(fù)壓輸送系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)彎段灰斗內(nèi)的細(xì)灰首先進(jìn)入輸渣管道被流化，當(dāng)充分流化且具有相當(dāng)動(dòng)能的細(xì)灰經(jīng)過(guò)兩級(jí)碎渣機(jī)下時(shí)，能將經(jīng)過(guò)二次破碎顆粒稍大且均勻的渣進(jìn)行流化，使細(xì)灰與渣均勻混合，減少了輸渣時(shí)的透氣率，從而降低了輸渣系統(tǒng)的輸送速度和管道磨損。同時(shí)，干排渣機(jī)清掃鏈長(zhǎng)度也大大縮短，減少了清掃鏈的漲緊力，減輕了清掃鏈磨損。優(yōu)化前、后的干排渣輸送系統(tǒng)如圖2、圖3所示。

3 優(yōu)化后負(fù)壓輸送系統(tǒng)在干排渣機(jī)上的應(yīng)用

3．1 優(yōu)化后負(fù)壓輸送系統(tǒng)在干排渣機(jī)上的設(shè)計(jì)

華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)稱哈三電廠)對(duì)#1，#2機(jī)組在2008年和2009年進(jìn)行了干排渣系統(tǒng)改造，由于廠房封閉和鍋爐下空間所限，干排渣機(jī)后續(xù)輸送系統(tǒng)采取了布置靈活，采用了輸送距離較遠(yuǎn)的負(fù)壓輸送系統(tǒng)。哈三電廠#1，#2鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG－670/140－11型超高壓參數(shù)、一次中間再熱、單鍋筒自然循環(huán)鍋爐。鍋爐的設(shè)計(jì)煤種為鶴崗煙煤，設(shè)計(jì)煤種灰渣成分分析見表1［2］，干排渣輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表 2［3］。

表1 灰渣成分分析(設(shè)計(jì)煤種)

圖2 優(yōu)化前的干排渣輸送系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖3 優(yōu)化后的干排渣輸送系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

表2 干排渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù) t/h

根據(jù)電廠提供的灰渣成分分析表和干排渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)表要求，哈三電廠#2機(jī)組干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)化配置如下。

(1)碎渣機(jī)等設(shè)備。由表1和表2可知，碎渣機(jī)選用干排渣輸送系統(tǒng)專用鎖氣碎渣機(jī)，碎渣機(jī)轉(zhuǎn)子齒板采用高低齒形式，輸送系統(tǒng)進(jìn)料閥、出料閥、透氣閥選用氣控陶瓷雙插板閥，進(jìn)氣閥選用瑞士BELIMO公司生產(chǎn)的流量調(diào)節(jié)閥。

(2)程控系統(tǒng)選擇。根據(jù)干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)工藝流程，控制系統(tǒng)主要包括控制設(shè)備、系統(tǒng)組態(tài)、自控程序等。主要程控設(shè)備有主機(jī)柜(包括整套PLC硬件)、電源柜(包括UPS等設(shè)備)、就地I/O柜、操作員站、操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件、通訊電纜等。采用原裝進(jìn)口霍尼威爾公司的ST3000/900智能型壓力變送器;干排渣輸送控制系統(tǒng)采用PLC+上位機(jī)的控制方式，以液晶顯示器(LCD)和鍵盤及鼠標(biāo)作為主要監(jiān)控手段。控制系統(tǒng)能對(duì)整個(gè)干渣輸送系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視管理、程序控制及閉環(huán)控制，控制室不再設(shè)常規(guī)儀表盤?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)采用雙CPU、雙電源、雙網(wǎng)配置方案。CPU與上位機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)采用100M工業(yè)雙以太網(wǎng)。上位機(jī)運(yùn)行平臺(tái)采用Windows 2003 server簡(jiǎn)體中文企業(yè)版，監(jiān)控軟件采用INTOUCH的專業(yè)中文版的最新開發(fā)版和運(yùn)行版，PLC采用 OMRON CS1D－CPU67H產(chǎn)品系列。

(3)干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)設(shè)備、管道按優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案設(shè)置。

3．2 優(yōu)化后的負(fù)壓輸送系統(tǒng)在干排渣機(jī)上的應(yīng)用

根據(jù)干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)工藝要求，控制部分采用全自動(dòng)程控系統(tǒng)。干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)投運(yùn)后表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，干排渣機(jī)清掃鏈鏈條和輸渣管道磨損均大大減輕，設(shè)備使用壽命明顯增長(zhǎng)。與同樣裝機(jī)容量、同樣燃煤煤種的#1鍋爐干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)相比，優(yōu)化后的#2鍋爐干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)工作量少，維護(hù)成本低，相關(guān)參數(shù)對(duì)比見表3。

表3 #1，#2鍋爐干排渣輸送系統(tǒng)運(yùn)行情況對(duì)照

4 結(jié)論

在對(duì)干排渣機(jī)負(fù)壓輸送系統(tǒng)存在問(wèn)題分析的基礎(chǔ)上，對(duì)用于干排渣機(jī)上的負(fù)壓輸送系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在#2鍋爐干排渣機(jī)上對(duì)優(yōu)化后的負(fù)壓輸送系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用研究，通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前、后不同負(fù)壓輸渣系統(tǒng)在#1，#2鍋爐2臺(tái)相同機(jī)組上的使用情況，結(jié)果表明，優(yōu)化后的負(fù)壓輸渣系統(tǒng)可有效減少管道磨損，降低運(yùn)行成本，提高輸送效率。