雙套管氣力輸送技術(shù)在2×1000MW 電廠大出力輸灰系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

張征

（北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100070）

一、改造邊界條件

（一）原有氣力除灰系統(tǒng)

單臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)三室五電場(chǎng)靜電除塵器，每臺(tái)除塵器設(shè)置30 個(gè)灰斗，即單臺(tái)機(jī)組除塵器共60 個(gè)灰斗，省煤器下4 個(gè)灰斗。原有氣力輸灰系統(tǒng)采用單管系統(tǒng)，配置情況如下：輸灰管路布置描述：除塵器一電場(chǎng)A 側(cè)采用4 臺(tái)輸送泵串聯(lián)方式，通過(guò)1 根DN225 管道，將飛灰輸送至灰?guī)?。除塵器一電場(chǎng)B 側(cè)采用4 臺(tái)輸送泵串聯(lián)方式，通過(guò)1 根DN200 管道，將飛灰輸送至灰?guī)?。除塵器一電場(chǎng)C 側(cè)采用4 臺(tái)輸送泵串聯(lián)方式，通過(guò)1 根DN200 管道，將飛灰輸送至灰?guī)?。除塵器二、三、四、五電場(chǎng)A 側(cè)分別采用6 臺(tái)輸送泵串聯(lián)方式，通過(guò)管路切換，合用1 根DN200 管道將飛灰輸送至灰?guī)臁３龎m器二、三、四、五電場(chǎng)B 側(cè)分別采用6 臺(tái)輸送泵串聯(lián)方式，通過(guò)管路切換，合用1 根DN200 管道將飛灰輸送至灰?guī)?。省煤器采? 臺(tái)輸送泵串聯(lián)方式，通過(guò)1 根DN125 灰管，與除塵器一電場(chǎng)A 側(cè)灰管混合后，將飛灰輸送至灰?guī)臁?/p>

（二）改造后各單元出力要求

電廠要求：改造各輸灰單元設(shè)計(jì)出力為（單臺(tái)爐）：1A/80t；1B/80t ；1C/65t。（省煤器前置輸灰管與除塵器一電場(chǎng)A 側(cè)灰管混合后同1A 輸送單元管道一同進(jìn)入灰?guī)?，省煤器灰量約為15t）。

（三）輸送距離

3#爐：

1A 輸送單元管道至1#原灰?guī)煜禄規(guī)燧斔途嚯x約120 米，90°彎頭數(shù)量7 個(gè)。

1B 輸送單元管道至1#原灰?guī)煜禄規(guī)燧斔途嚯x約160 米，90°彎頭數(shù)量7 個(gè)。

1C 輸送單元管道至1#原灰?guī)煜禄規(guī)燧斔途嚯x約198 米，90°彎頭數(shù)量7 個(gè)。

4#爐：

1A 輸送單元管道至1#原灰?guī)煜禄規(guī)燧斔途嚯x約235 米，90°彎頭數(shù)量7 個(gè)。

1B 輸送單元管道至1#原灰?guī)煜禄規(guī)燧斔途嚯x約275 米，90°彎頭數(shù)量7 個(gè)。

1C 輸送單元管道至1#原灰?guī)煜禄規(guī)燧斔途嚯x約315 米，90°彎頭數(shù)量7 個(gè)。

二、原氣力輸灰系統(tǒng)問(wèn)題及分析

（一）粉煤灰特性分析

2020 年12 月對(duì)電廠除塵器一電場(chǎng)粉煤灰進(jìn)行了收集，對(duì)灰樣特性進(jìn)行了分析試驗(yàn)，得出灰樣粒徑分布情況，見(jiàn)下圖，

檢測(cè)時(shí)，從灰樣樣品中取適量樣品，為防止樣品中成分與液體發(fā)生反應(yīng)，測(cè)量時(shí)選擇干法激光粒度儀進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)激光粒度儀測(cè)量機(jī)理，監(jiān)測(cè)結(jié)果已經(jīng)是儀器5 次采集測(cè)量后產(chǎn)生的平均數(shù)值。灰樣中粒徑跨度較大，分布在0-400μm，在100-200μm 之間分布較多，中粒徑為104.5μm，常規(guī)飛灰粒徑在50um 左右。同時(shí)，對(duì)粉煤灰的灰樣的松裝密度（堆積密度）進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果為0.845t/m3，常規(guī)粉煤灰堆積密度：0.75-0.8t/m3。

綜上，較常規(guī)粉煤灰，清水川二期粉煤灰粒徑較大、容重略大，粉煤灰間隙較大，耗氣量增加，輸送難度較大?，F(xiàn)場(chǎng)為了粉煤灰順利輸送，采用持續(xù)不斷增加補(bǔ)氣量維持運(yùn)行，但由于末端管道末速度高，造成管道、彎頭、閥門等磨損嚴(yán)重。

（二）現(xiàn)有氣力輸灰系統(tǒng)出力分析

電場(chǎng)實(shí)際灰量分析

筆者收集了2020 年12 月初的入爐煤（兩臺(tái)爐）分析匯總表，詳見(jiàn)下表：

表1 12 月初入爐煤參數(shù)

經(jīng)過(guò)與電廠工程師溝通，由于煤質(zhì)的變化，目前收到基灰分≥40%。上表中，12月2 日燃煤量最高，兩臺(tái)爐燃煤量26944t/d，收到基灰分按40%計(jì)算，則兩臺(tái)爐24小時(shí)灰渣總量為10777.6t →兩臺(tái)爐每小時(shí)灰渣總量為449t →每臺(tái)爐每小時(shí)灰渣總量為224.5t →每臺(tái)爐每小時(shí)粉煤灰量為202t（灰渣比：9:1）。

可以看出，單臺(tái)機(jī)組實(shí)際粉煤灰量超過(guò)200t/h。反觀現(xiàn)有氣力輸灰系統(tǒng)配置，一電場(chǎng)A/B/C 單元配置DN225/DN200/DN200 輸灰管道，二三四五電場(chǎng)單元同樣配置的也是DN200 管道。而一電場(chǎng)粉煤灰占總灰量的80%左右，因此現(xiàn)有一電場(chǎng)配置略顯不足，二三四五電場(chǎng)配置相對(duì)較高，加之粉煤灰特性較難輸送，造成系統(tǒng)出力不足。（經(jīng)過(guò)與業(yè)主溝通也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，現(xiàn)有系統(tǒng)出力在180t/h-190t/h 左右）

（三）煙道煙氣分布不均

經(jīng)過(guò)電廠分析，在滿負(fù)荷工況下各煙道煙氣量偏差：A3 是A1 的1.45 倍，A2 與A1 基本相同，B1 是B3 的1.48 倍，B2 與B3 基本相同；A、B 兩側(cè)煙氣量基本相同。以本次一電場(chǎng)改造為例，煙氣量偏差如下圖：

由于煙道煙氣量不同，導(dǎo)致A3/B1 的粉煤灰量增加，且粗灰含量較高，而目前除灰系統(tǒng)仍按灰量平均分配配置，造成現(xiàn)場(chǎng)A3/B1 輸灰單元（即1B 單元）出力明顯不足、且堵灰尤為嚴(yán)重。

三、雙套管工作原理簡(jiǎn)介

輸送管道內(nèi)部上方安裝了一個(gè)輸助內(nèi)管，內(nèi)管的底部每間隔一定距離開(kāi)設(shè)了一定型狀帶墊圈的開(kāi)口。通過(guò)內(nèi)管的作用，對(duì)輸送管道中的飛灰增加了一個(gè)撓動(dòng)，從而使原來(lái)沉積在管底的飛灰在輸灰管內(nèi)的輸送空氣的作用下，順利地被送入灰?guī)?。在管道底部形成了小山坡形狀的積灰，從而在此處形成了壓降的劇增，空氣被迫進(jìn)入輔助內(nèi)管，并在內(nèi)管的下一個(gè)開(kāi)口處流出再度進(jìn)入輔助管道，從而在流出口形成了人為附加的紊流流動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)紊流效應(yīng)能消除已積聚的灰堆。

（a）圖是雙套管的剖面圖和斷面圖，下圖是單管的剖面圖和斷面圖。

（b）圖，氣流流入和流出輔助內(nèi)管的過(guò)程在整個(gè)輸送途中不斷重復(fù)，不斷積聚的灰堆通過(guò)不斷流出的紊流氣流得以消除。產(chǎn)生的最終結(jié)果是通過(guò)采用低的輸送速度取得一個(gè)高灰氣比的物料輸送以及相應(yīng)劇烈減少的管道磨損。

四、改造措施

為了解決現(xiàn)有氣力輸灰系統(tǒng)出力不足、磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，同時(shí)考慮改造成本及電場(chǎng)灰量分布情況（一電場(chǎng)粉煤灰占總灰量的80%），決定采用雙套管氣力輸灰系統(tǒng)對(duì)原有#3 爐及#4 爐除塵器一電場(chǎng)及省煤器除灰系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（一）改造后系統(tǒng)配置

2021 年4 月清水川二期#3 號(hào)爐除塵器一電場(chǎng)及省煤器除灰系統(tǒng)改為北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司的雙套管系統(tǒng)。2021 年6 月調(diào)試完畢并投入運(yùn)行，從運(yùn)行反饋來(lái)看，雙套管解決了出力不足的問(wèn)題，降低了輸送系統(tǒng)流速。下表為改造后系統(tǒng)配置方案：

表2：改造后輸送罐配置（每臺(tái)機(jī)組）

表3：改造后輸送單元配置（每臺(tái)機(jī)組）

表4：改造后輸灰管道配置（每臺(tái)機(jī)組）

（二）原有空壓機(jī)系統(tǒng)改造說(shuō)明

兩臺(tái)機(jī)組改造后，按設(shè)計(jì)出力要求，雙套管具有灰氣比高、耗氣量低的優(yōu)勢(shì)，3#機(jī)除塵器一電場(chǎng)及省煤器最大耗氣量：小于114.7Nm3/min，4#機(jī)除塵器一電場(chǎng)及預(yù)熱器最大耗氣量：小于124.1Nm3/min。按灰量分配比例反推單臺(tái)爐除灰系統(tǒng)氣量（有偏差）：3#機(jī)總耗氣量約114.7/0.85=134.9Nm3/min，4#機(jī)總耗氣量約124.1/0.85=146Nm3/min，兩臺(tái)機(jī)組總耗氣量小于280.9Nm3/min。

綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)最大灰量時(shí)需要5 臺(tái)或6 臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行（考慮當(dāng)?shù)貧鈮汉蛯?shí)際灰量問(wèn)題），空壓機(jī)系統(tǒng)不需要調(diào)整。同時(shí)單臺(tái)爐配供2 臺(tái)20m3的輸送用儲(chǔ)氣罐可以滿足要求，無(wú)需調(diào)整。原有空壓力系統(tǒng)配置如下：

表5：原有壓縮空氣系統(tǒng)配置

（三）改造原有系統(tǒng)進(jìn)氣配置

由于機(jī)組灰量較大，為了避免出現(xiàn)各輸送單元間搶氣的問(wèn)題，改造1A/1B/1C 單元輸送氣供氣配置。由除塵器內(nèi)空氣母管（空氣母管引自輸送用儲(chǔ)氣罐出口，未經(jīng)減壓的空氣?？諝饽腹苡少I方提供）上就近引取輸灰用氣，增加減壓組件。

五、結(jié)論

第一，清水川二期電廠運(yùn)行結(jié)果表明：雙套管輸灰技術(shù)適合輸送大灰量、大顆粒的干灰。第二，雙套管除灰技術(shù)具有高灰氣比、不易堵管、大出力、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，已在眾多新建電廠及老廠改造中得到應(yīng)用。