濃相氣力輸灰技術(shù)的發(fā)展

王震

摘要：濃相氣力輸灰技術(shù)是目前較為先進(jìn)成熟的干灰輸送技術(shù)，它對解決火力發(fā)電廠的粉塵污染，減少濕灰排放，粉煤灰的綜合利用起到重要作用。為了解決長距離輸灰時(shí)，出力小，能耗大，管道設(shè)備多，投資大的問題，相繼開發(fā)出了串、并聯(lián)出灰方式。本文通過計(jì)算、試驗(yàn)和輸灰工程實(shí)例闡述該項(xiàng)技術(shù)在我司的應(yīng)用發(fā)展和成熟。

關(guān)鍵詞：濃相氣力輸灰；長距離； 串、并聯(lián)出灰；效益

一、常規(guī)濃相氣力輸灰

目前，以煤為燃料的火力發(fā)電廠大多采用煤粉鍋爐，煤粉在鍋爐中燃燒后的部分殘出物從爐膛底部落下，這些物質(zhì)顆粒度較粗，通常稱為爐渣。煤粉在爐膛中燃燒的大部分以灰的形式隨煙氣一起流動，通過尾部受熱面，最后在除塵器中把大部分飛灰分離出來，只有極少量的飛灰隨著煙氣通過煙囪排出。通過除塵器分離出來的干灰即為粉煤灰。

過去大多數(shù)電廠采用濕法處理，不僅耗水量大且廢棄的灰漿淤泥堆存要占用大片土地，污水排入江河湖海污染環(huán)境?，F(xiàn)在利用干法處理，可使粉煤灰變廢為寶，如制造性能優(yōu)良的建筑材料或鋪設(shè)高速公路，帶來很好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。1978年上海市粉煤灰的排放總量為54萬噸，利用總量為18萬噸，利用率僅為33.3%；1994年上海市粉煤灰的排放總量為326.9萬噸，利用總量為307.9萬噸，利用率達(dá)到94.2%。

為了進(jìn)行干法處理，上海xxxx有限公司（原上海xxx廠）在對國外技術(shù)引進(jìn)消化吸收過程中，成功研制和開發(fā)了濃相氣力輸灰系統(tǒng)設(shè)備，于1991年3月在上海南市發(fā)電廠的#11爐（220t/h鍋爐）上成功投運(yùn)。它有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，密封性好，飛灰無泄漏。

2.構(gòu)造簡單，除壓縮空氣外，不需要其他動力。

3.運(yùn)動部件少，故障少，維修工作量小，運(yùn)行可靠，幾乎沒有雜音。

4.輸送濃度高，平均灰氣比達(dá)到30：1（kg：kg）以上，流速低，管道磨較小，能耗低。

在水平輸送管道中，一般輸送氣流速越大，物料越接近于均勻分布。但根據(jù)不同的情況，當(dāng)輸送氣流速不大時(shí)，流動狀態(tài)會有顯著變化。在物料管的起始段是按管底流大致均勻地輸送，越到后段就越接近疏密流，最后終于形成脈動流或停滯流。水平管越長，這現(xiàn)象越明顯。物料在水平輸送管道中輸送，一般分為以下6種狀態(tài)：

1. 均勻流：輸送時(shí)物料顆粒接近于均勻分布狀態(tài)，物料在氣流中呈懸浮狀態(tài)。

2. 管底流：輸送時(shí)物料接近管底，分布較密，一面作不規(guī)則滾動一面輸送。

3. 疏密流：輸送時(shí)物料在水平管中呈疏密不均的狀態(tài)，部分顆粒在管底滑動。

4. 停滯流：輸送時(shí)物料的大部分顆粒失去懸浮能力而停滯在管底，局部區(qū)段因物料積聚而使管內(nèi)斷面變小，氣流速度在該區(qū)段增大，將停滯的物料吹走。

5. 部分流：輸送時(shí)物料顆粒堆積在管底，并且隨著時(shí)間的推移，象沙丘般移動。

6. 柱塞流：輸送時(shí)堆積的物料層充滿管道，在管中形成柱塞狀流動。

濃相氣力輸灰系統(tǒng)屬于第6種：柱塞流。它利用壓縮空氣的靜壓和動壓使物料以柱塞狀態(tài)在密閉管路中輸送，較之單純利用動壓輸送的稀相系統(tǒng)效率高、流速低，較之單純利用靜壓輸送的脈沖氣力輸送機(jī)，具有更高的可靠性和更長的輸送距離。

濃相氣力輸灰系統(tǒng)的組成：

1、輸灰部分包括若干個(gè)大小與輸灰量相匹配的輸灰機(jī)（倉泵），倉泵是一個(gè)壓力容器發(fā)送罐包含進(jìn)料閥、出料閥、流化盤、一次氣裝置、二次氣裝置等。

2、控制部分包括每臺倉泵上的灰位料位器、壓力變送器、電磁閥箱以及帶有模擬屏或CRT的輸灰PLC控制柜。

3、氣源部分包括若干臺0.7MPa的螺桿空壓機(jī)和配套的空氣凈化干燥裝置以及儲氣罐組成。

4、輸灰管道包括普通#20無縫鋼管、耐磨彎頭、伸縮節(jié)、吹堵裝置等。

氣力輸灰機(jī)工作過程由四個(gè)階段組成：

⑴進(jìn)料階段

進(jìn)料閥處于常開狀態(tài)，飛灰靠重力自由落入輸送機(jī)殼體內(nèi)。保證除塵器集灰斗內(nèi)是空的，杜絕了集灰斗內(nèi)飛灰“搭橋”現(xiàn)象。

當(dāng)灰位上升觸到料位發(fā)信器后，料位器發(fā)出料滿信號，自動關(guān)閉進(jìn)料閥，完成進(jìn)料階段。當(dāng)灰量較少時(shí)，進(jìn)料階段時(shí)間超過了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，也將自動關(guān)閉進(jìn)料閥，完成進(jìn)料階段。

⑵流化階段

自動開啟進(jìn)氣閥，壓縮空氣進(jìn)入殼體擴(kuò)散后穿過流化盤，使空氣均勻地包圍在飛灰顆粒四周，同時(shí)壓力上升。

圖一、氣力輸灰機(jī)（倉泵）結(jié)構(gòu)簡圖

充分流化是本系統(tǒng)能低速不堵塞輸灰的保障是本系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。

⑶輸送階段

當(dāng)輸送機(jī)殼體內(nèi)壓力上升到一定值時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號，自動開啟出料閥。流化盤上的飛灰流化加強(qiáng)，輸送開始，殼體內(nèi)灰位開始下降。在此階段中，流化盤上的飛灰始終處于邊流化、邊輸送狀態(tài)。

⑷吹掃階段

飛灰輸送完畢，壓力下降到空管阻力時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號，延續(xù)一定時(shí)間吹掃管路，然后關(guān)閉進(jìn)氣閥。待機(jī)體內(nèi)壓力為常壓時(shí)關(guān)閉出料閥，開啟進(jìn)料閥，完成一個(gè)輸灰循環(huán)。

兩臺氣力輸灰機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，整個(gè)工作循環(huán)的壓力和時(shí)間變化（見下圖）

圖二、氣力輸灰機(jī)整個(gè)工作循環(huán)的壓力和時(shí)間變化圖（常規(guī)輸灰）

t1：進(jìn)料時(shí)間

t2：流化時(shí)間

t3：輸送時(shí)間及把倉泵里的灰全部送到灰管的時(shí)間。

t4：吹掃時(shí)間，把灰管里的灰全部送到灰?guī)欤鸦夜艽蹈蓛羲玫臅r(shí)間。

Gm：倉泵系統(tǒng)出力（t/h）

φ：倉泵充滿系數(shù) φ一般取0.8

γh：灰的容重 一般取0.7-0.8t/m3

VP：倉泵的幾何容積（m3）

gm：每倉裝灰量（t/倉）

以2臺1.25m3倉泵共用一根φ108×7輸灰管，輸送距離是300米為例。

gm=φγh VP=0.8×0.8×1.25=0.8t/倉

二、串聯(lián)出灰問題的提出

為了對長距離輸灰的計(jì)算和設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)，經(jīng)上海市電力局批準(zhǔn)，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司（原上海水工機(jī)械廠）于1992年到1993年間在上海南市發(fā)電廠#11爐進(jìn)行了1200米距離的輸灰試驗(yàn)。上海南市發(fā)電廠#11爐輸灰設(shè)備是國產(chǎn)的第一套濃相氣力輸灰設(shè)備，1991年11月通過部級鑒定。在上海南市發(fā)電廠#11爐輸灰設(shè)備原有幾何長度為256米的輸灰管上增加可切換的輸灰管道：在靠近倉泵處25米，斷開一、二電場的二根灰管，各接一根叉管和二只球閥。二根叉管并接成一根4”灰管。在#11、#12爐倉泵平臺上盤八圈，共長950米，再連接到原有的一根5”報(bào)廢的灰管上，直至灰?guī)?。在新增灰管?56米、588米和705米三處接了三根叉管和六只球閥。三根叉管通過球閥直接接在5”灰管上。這樣在#11爐倉泵輸灰設(shè)備系統(tǒng)上，可以做幾何長度分別為256米、643米、870米、982米和1200米的五種輸灰試驗(yàn)。

由上表可以看出，隨著輸送距離的增加，出灰時(shí)間也將增加，使輸一泵灰的時(shí)間增加，從而使輸灰系統(tǒng)的出力下降，耗氣量增加，灰氣比下降。當(dāng)此套系統(tǒng)用于長距離、大容量鍋爐時(shí)，必定要增加輸灰管的數(shù)量，如在上海吳涇熱電廠，1臺410t/h鍋爐上用5根4”灰管才能滿足輸灰出力。增加了灰管的鋪設(shè)費(fèi)用，增加了輸灰的耗氣量，增大了空壓機(jī)容量，不僅一次性投資增加而且平時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用也增加了。為了解決這個(gè)問題，經(jīng)過不斷地摸索和試驗(yàn)，終于研制出優(yōu)于常規(guī)輸灰的方式，稱為串聯(lián)輸灰方式。此方式將輸灰機(jī)第3階段即輸送階段作了調(diào)整，使倉泵中的灰全部輸送到灰管即可，取消了第4階段即吹掃階段，改為用灰管上的二次氣、三次氣來保證灰在灰管中的輸送，來完成吹掃任務(wù)，此時(shí)倉泵關(guān)閉出料閥，開啟排氣閥泄壓，再打開進(jìn)料閥進(jìn)灰。同時(shí)另一臺倉泵開始進(jìn)行流化、輸送工作，使灰管始終保持著充滿狀態(tài)。原來倉泵的輸送任務(wù)由灰管來完成。極大的提高了輸灰系統(tǒng)的出力。

出力是原來常規(guī)的出力6.9t/h的2.3倍。此時(shí)進(jìn)料時(shí)間t1為0，吹掃時(shí)間t4也為0。

從圖二和圖三的比較上可以看出，同樣輸送一泵灰，串聯(lián)輸灰方式比常規(guī)輸灰方式所用的時(shí)間少，效率高，出力大。

串聯(lián)輸灰方式的關(guān)鍵是如何判別倉泵中的灰已全部出完。最初是通過倉泵的下料位器來測定。在倉泵下錐體部開安裝口，裝置1臺電容式料位器。當(dāng)倉泵中有灰時(shí)，料位器不動作，一旦倉泵中的灰全部送到輸灰管以后，料位器發(fā)出信號，輸灰控制柜中的PLC受到信號后，給從控箱發(fā)出指令，使電磁閥動作，將出料閥關(guān)閉，關(guān)閉進(jìn)氣閥（關(guān)一次氣），打開排氣閥將倉泵中剩余的氣排空，同時(shí)進(jìn)行灰管補(bǔ)氣的二次氣、三次氣擔(dān)當(dāng)起一次氣的作用。進(jìn)料閥打開，接受來自灰斗的飛灰。同時(shí)另一個(gè)倉泵打開進(jìn)氣閥，對飛灰進(jìn)行流化，開始下一個(gè)輸灰過程。因?yàn)榇?lián)輸灰時(shí)，往往有4到8臺倉泵公用一根輸灰管，為了降低設(shè)備造價(jià)，現(xiàn)在已采用輸灰管上安裝隔膜式壓力變送器，通過測定輸灰管上某點(diǎn)壓力的變化來判別倉泵中的灰是否出完，取消了下料位器。串聯(lián)輸灰技術(shù)已從1997年開始應(yīng)用于廣州、上海的數(shù)家電廠，取得很好的效果。

三、串聯(lián)出灰的特點(diǎn)和前景

濃相氣力輸灰技術(shù)中的串聯(lián)出灰方式相對于常規(guī)有出灰方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 輸灰時(shí)間減少，耗氣量減少，輸灰出力提高。

2. 輸灰工藝簡潔，輸灰管路減少，管路布置方便。

3. 輸灰管路的減少和空壓機(jī)容量的減小，使得固定資產(chǎn)投資減少，

4. 運(yùn)行可靠，空壓機(jī)設(shè)備容量的減小，降低能耗，減少了維護(hù)工作量，降低運(yùn)行費(fèi)用。

5. 長距離輸送時(shí)灰氣濃度高，平均灰氣比達(dá)到30：1（kg：kg）以上，流速低，管道磨較小。

以下以廣東黃埔電廠1臺410t/h鍋爐（125MW機(jī)組）一、二電場所做的氣力輸灰工程為例。該用戶要求的輸灰出力為23t/h（僅輸送一、二電場的灰）。輸灰距離為500米。使用串聯(lián)輸灰技術(shù)，鍋爐除塵器灰斗數(shù)量如下：

第一電場灰斗：4個(gè)，每只灰斗配1只1.5m3倉泵

第二電場灰斗：4個(gè)，每只灰斗配1只0.75m3倉泵

其中：

一電場A側(cè)的2只1.5m3倉泵和二電場A側(cè)的2只0.75m3倉泵合用一根灰管（出口處通徑為DN100）。

一電場B側(cè)的2只1.5m3倉泵和二電場B側(cè)的2只0.75m3倉泵合用一根灰管（出口處通徑為DN100）。

出灰方式：一電場A側(cè)的2只1.5m3倉泵和二電場A側(cè)的2只0.75m3倉泵合用一根φ107×7灰管，采用串聯(lián)輸灰方式。一電場B側(cè)的2只1.5m3倉泵和二電場B側(cè)的2只0.75m3倉泵合用一根灰管，也采用串聯(lián)輸灰方式?；夜苌霞友b隔膜式壓力變送器，通過測定灰管的壓力，來判定倉泵中的灰是否出空。

在該系統(tǒng)運(yùn)行六個(gè)月以后，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司對系統(tǒng)作了測試。系統(tǒng)出力為13.4×2=26.8 t/h大于23 t/h的設(shè)計(jì)要求，滿足用戶的要求。

用戶認(rèn)為該系統(tǒng)綜合性能處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。系統(tǒng)最大輸送能力大于24t/h，灰氣比大于30，達(dá)到了技術(shù)合同規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求。

四、并聯(lián)出灰的應(yīng)用

隨著全社會對環(huán)保要求的越來越高，電廠的除塵器的凈化率也需進(jìn)一步提高，隨之而來靜電除塵器配置有一電場、二電場、三電場、四電場甚至五電場，相應(yīng)的輸灰系統(tǒng)的倉泵數(shù)量也需隨之增加，如果對于后續(xù)電場僅有百分之幾的灰量，采用傳統(tǒng)的時(shí)間設(shè)定，排隊(duì)輪流出灰的話，設(shè)備的配置成倍增加，出灰的效率也大大降低。伴隨這些情況，我司又嘗試應(yīng)用了并聯(lián)出灰方式。一方面按照灰量的減小，縮小倉泵的體積，分別有0.1m3 ～ 1.5m3 各個(gè)系列；一方面按照2個(gè)倉泵一組，4個(gè)倉泵一組，8個(gè)倉泵一組或者更多，將每組當(dāng)做傳統(tǒng)的單個(gè)倉泵一起工作，共用一個(gè)出灰閥，一組進(jìn)氣系統(tǒng)，一組排氣系統(tǒng)，從而既提高了效率又減少了設(shè)備配置。按照這樣的設(shè)計(jì)理念，通過大量的試驗(yàn)，我們在上海石洞口發(fā)電廠#1～#4爐4臺300MW機(jī)組（進(jìn)口澳大利亞ABB系統(tǒng)，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司參與調(diào)試）、山東臨沂電廠#5、#6爐2臺135MW機(jī)組等都取得了成功。

五、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)前我國電力體制的改革正在不斷深入，主輔分離、廠網(wǎng)分離，各個(gè)電廠都面臨著競價(jià)上網(wǎng)的壓力，減人增效，節(jié)能增效是大家的共同任務(wù)。對輸灰設(shè)備的投資建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)可使粉煤灰變廢為寶，改善環(huán)境，提高粉煤灰的綜合利用率的干法處理，即采用氣力輸灰設(shè)備系統(tǒng)，在各個(gè)電廠將受到廣泛的歡迎。以上海石洞口發(fā)電廠為例：全廠總裝機(jī)容量1200MW，4臺300MW國產(chǎn)改進(jìn)型亞臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量70億Kwh，年需處理灰、渣量90萬噸，干灰全部完成氣力輸送，全年減少向長江排放廢水量達(dá)700萬噸，取得了巨大的環(huán)境效益。原來的濕灰利用價(jià)值低，改造后的粉煤灰產(chǎn)品的品種多，有調(diào)濕灰、爐渣、原灰、高質(zhì)量的分選灰，因而產(chǎn)值大大提高，原濕灰的管道粗，閥件等設(shè)備維修量大，設(shè)備運(yùn)行的能耗大，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著人們環(huán)境意識的提高，環(huán)保技術(shù)的發(fā)展越來越受到重視。