660 MW燃煤機(jī)組氣力輸灰系統(tǒng)節(jié)能改造分析

焦明飛，龍海川，張竣堯，游利國

(1.重慶松藻電力有限公司，重慶 401443；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590)

近年來，除塵器灰斗垮塌及除塵器坍塌事故時有發(fā)生，給電廠安全生產(chǎn)帶來極大的威脅和挑戰(zhàn)，電廠除塵除灰系統(tǒng)的安全運(yùn)行關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定。同時，氣力輸灰系統(tǒng)運(yùn)行中堵管、漏灰等故障頻發(fā)，在運(yùn)行或處理過程中會對環(huán)境造成極大的污染。輸灰系統(tǒng)因技術(shù)路線多，其可靠性和能耗等不盡相同。在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，也出現(xiàn)了一些兼具高效率和高安全性的技術(shù)可供研究。

1 原氣力輸灰系統(tǒng)概述

重慶松藻電力有限公司(以下簡稱公司)2×660 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組采用東方鍋爐生產(chǎn)的DG2141/25.31-Ⅱ12型“W”火焰鍋爐。每臺鍋爐配置1臺五電場靜電除塵器，輸灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)[1]。原輸灰系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 原輸灰系統(tǒng)示意圖

1.1 輸灰系統(tǒng)配置

靜電除塵器每個電場有8個灰斗，共計40個灰斗，除塵器校核煤種灰量為111 t/h，設(shè)計出力152 t/h。一、二電場灰斗配3 m3中引式倉泵，每臺爐除塵器一、二電場配2根輸送管道進(jìn)入原、粗灰?guī)?，灰管直徑為DN200，灰管長度440 m。一、二電場同側(cè)倉泵使用同一根灰管進(jìn)行輸送，每個電場同側(cè)的4個倉泵同時開泵輸送。

1.2 倉泵形式及運(yùn)行工藝

系統(tǒng)采用中引式倉泵[2-3]，在倉泵底部設(shè)置有硫化盤，倉泵內(nèi)物料在進(jìn)入管道前必須充分流化，并可控地進(jìn)入管道。如物料在倉泵內(nèi)無流化或流化不充分，在輸送管中進(jìn)行流化則會導(dǎo)致輸送大幅壓力波動及輸送管道嚴(yán)重振動等輸送不穩(wěn)定狀況的發(fā)生。系統(tǒng)以輸送單元(共用出料閥的所有倉泵為一個單元,同個單元里的倉泵每個階段都同時進(jìn)行)為個體，按下列步驟進(jìn)行輸送循環(huán)。輸送過程分為進(jìn)料、待氣、充氣、輸送4個階段[4-6]。

進(jìn)料階段：關(guān)閉進(jìn)氣閥及出料閥，打開進(jìn)料閥和平衡閥，灰斗內(nèi)粉煤灰自由落入倉泵內(nèi)，當(dāng)進(jìn)料設(shè)定時間到時，關(guān)閉進(jìn)料閥和平衡閥，進(jìn)料階段結(jié)束。

待氣階段：輸送單元進(jìn)料階段結(jié)束后進(jìn)入待氣階段，如果同一根輸送管道上的其他輸送單元正在進(jìn)行輸送或輸送管道堵管，該輸送單元則處于等待充壓進(jìn)氣階段，該階段各閥門的狀態(tài)和等待階段一致。當(dāng)同一根輸送管道上的其他輸送單元未進(jìn)行輸送且輸送管道未堵管時，則輸送單元由待氣階段直接轉(zhuǎn)入充氣階段。

充氣階段：打開輸送單元的一次氣閥、三次氣閥，同時開始充壓計時。當(dāng)充壓計時完成，充氣階段結(jié)束(此時輸送單元一次氣閥、三次氣閥繼續(xù)保持開啟狀態(tài))，輸送單元進(jìn)入輸送階段。

輸送階段：打開輸送單元的出料閥和助吹氣閥，同時開始輸送階段計時，壓力檢測延時計時，物料通過管道輸送到灰?guī)臁．?dāng)壓力檢測延時計時到時間后，如管道輸送壓力下降到結(jié)束壓力設(shè)定值或輸送階段計時到時間，則輸送階段結(jié)束，關(guān)閉輸送單元處各進(jìn)氣閥，延時5 s關(guān)閉出料閥，輸送單元進(jìn)入等待階段。

1.3 輸灰能耗

在3#鍋爐電除塵一、二電場進(jìn)氣母管上安裝流量計對壓縮空氣耗量進(jìn)行了測試和統(tǒng)計。在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行情況下分鐘平均耗氣量為88.89 Nm3/min，在機(jī)組平均負(fù)荷為450 MW工況下分鐘平均耗氣量為68.02 Nm3/min。

2 氣力輸灰系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題及分析

燃煤來源具有不確切性，煤質(zhì)熱值高低不一，當(dāng)燃用低熱值煤時，輸灰壓力較大，運(yùn)行過程中易出現(xiàn)以下問題。

一是輸送用壓縮空氣量過大。當(dāng)雙機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時，壓縮空氣系統(tǒng)除了為電除塵輸灰提供壓縮空氣，還要為脫硝和省煤器輸灰提供壓縮空氣，另外還要為石粉罐車卸車提供壓縮空氣，導(dǎo)致壓縮空氣母管壓力長期在0.5 MPa左右。壓縮空氣壓力不足會導(dǎo)致輸送灰量和輸送壓縮空氣量不匹配，輸灰量過大，阻力增加，則無法輸送，出現(xiàn)堵管。以上情況出現(xiàn)以后，需將輸灰管道拆開，逐段進(jìn)行清理恢復(fù)，不但影響輸灰，處理時間過長還可能造成環(huán)保參數(shù)超標(biāo)，故機(jī)組必須降負(fù)荷來增加檢修時間。

二是為了防止出現(xiàn)輸灰管道堵塞，需增加壓縮空氣系統(tǒng)的空壓機(jī)。公司通過系統(tǒng)改造增加了5臺一期空壓機(jī)為二期機(jī)組提供壓縮空氣，雖然能夠緩解堵灰的情況，但是輸灰能耗和廠用電能耗都增加了，而且因為輸灰壓縮空氣量的增大，增加了輸灰管道內(nèi)部的磨損，造成輸灰管道經(jīng)常發(fā)生磨損穿孔的情況，以致檢修維護(hù)的工作量有所增加。

通過以上問題的分析可以看出，氣力輸灰系統(tǒng)的能耗和輸送方式、輸送速度互相制約，必須找到一種能耗低、輸送可靠的輸灰方式。

3 氣力輸灰系統(tǒng)改造情況

3.1 現(xiàn)場設(shè)備改造

本次改造部分位于3#電除塵器一、二電場倉泵進(jìn)料閥以下，倉泵及進(jìn)料閥不做改動，倉泵附件及管道實施改造，拆除大部分耗氣的流化部件，在管道沿線布置先導(dǎo)式自動成栓組件。

將原系統(tǒng)2個電場4個單元單獨(dú)輸送改為一電場8個倉泵串聯(lián)，二電場8個倉泵串聯(lián)，一、二電場每8個倉泵分別有1個輸灰單元，分別使用1根輸灰管管道到灰?guī)?。在輸灰管道上安裝先導(dǎo)式自動成栓閥，倉泵下方管道每間隔1.5 m安裝1個，而最后一個倉泵出口至灰?guī)齑怪倍吻肮艿烂块g隔4 m安裝1個，同時沿線安裝DN80先導(dǎo)閥伴氣管道。

將原系統(tǒng)除塵器一、二電場輸灰倉泵中引式改為下引式，取消所有流化盤及流化閥、補(bǔ)氣閥、防堵閥，加裝倉泵底部流化室。在倉泵主進(jìn)氣與伴氣管前面總氣源管道上分別加裝流量計及調(diào)壓閥、阻灰器、管道過濾器。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，在主進(jìn)氣與伴氣管總管上加裝調(diào)節(jié)閥，使輸送氣源壓力穩(wěn)定在0.3 MPa左右(可調(diào))。所有的流化氣、二次氣、防堵氣等全部取消[7]。改造后的輸灰系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后輸灰系統(tǒng)示意圖

3.2 改造后輸送原理

每8個倉泵設(shè)為一組，單獨(dú)使用1根管道，不與其他單元產(chǎn)生聯(lián)系。8個倉泵同時進(jìn)料，進(jìn)料完成后關(guān)閉進(jìn)料閥和排氣閥。然后開啟主進(jìn)氣閥進(jìn)行輸送，壓縮空氣先通過主進(jìn)氣從第一個倉泵進(jìn)口進(jìn)入，當(dāng)灰管內(nèi)壓力逐漸升高到先導(dǎo)閥開啟壓力(0.2 MPa)值時，先導(dǎo)閥自動打開進(jìn)行補(bǔ)氣，同時打開后一個先導(dǎo)閥同時補(bǔ)氣。當(dāng)輸送壓力小于先導(dǎo)閥開啟壓力時，先導(dǎo)閥自動關(guān)閉。整個灰管沿線的先導(dǎo)閥通過自身壓力檢測決定是否開啟補(bǔ)氣，當(dāng)?shù)谝粋€倉泵處輸送壓力低于設(shè)定壓力0.1 MPa(可調(diào))時，關(guān)閉主進(jìn)氣閥，結(jié)束一次輸灰循環(huán)，等待下一輸送過程。

由于傳統(tǒng)的下引式倉泵輸送完全依靠第一個倉泵進(jìn)氣，會造成輸送能力不足，容易堵管及氣耗量大等問題，本系統(tǒng)利用先導(dǎo)閥自動檢測管道內(nèi)壓力，精確地補(bǔ)氣，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低能耗輸送[8-9]。

3.3 改造后輸送效果

滿泵輸送：先導(dǎo)式輸灰采用下引式倉泵，在輸送初期不需要對倉泵內(nèi)物料進(jìn)行流化，可實現(xiàn)滿泵輸送，大大提高了輸送效率。

節(jié)能輸送：減少了加壓流化階段，可減少大量流化氣。同時因為是滿管輸送，輸送管道的阻力較大，伴氣管道和輸灰管道之間壓差較小，所以先導(dǎo)閥的進(jìn)氣量并不大，只是起到擾動灰的作用，只要灰在管道內(nèi)一流動，壓力下降，先導(dǎo)式栓塞閥或自動成栓閥就會自動關(guān)閉，大大提高了灰氣比[10-11]。

不堵管：原系統(tǒng)依靠在倉泵頭部和中間設(shè)置補(bǔ)氣點進(jìn)行補(bǔ)氣，遠(yuǎn)離進(jìn)氣點時，輸送阻力升高，容易造成堵管。先導(dǎo)閥在輸灰管道上每隔一段距離布置1個先導(dǎo)閥，在先導(dǎo)式系統(tǒng)主動力與預(yù)動力的作用下，分段進(jìn)氣輸送，可減少管道累積阻力，不會產(chǎn)生堵管[12-14]。

減少磨損：因原輸送系統(tǒng)進(jìn)氣點少且進(jìn)氣量大，輸送速度較快，所以當(dāng)管道較長時必須增加助吹點，這會導(dǎo)致系統(tǒng)流速增加、管道磨損增加。因為先導(dǎo)式輸灰是滿泵、滿管輸送，在先導(dǎo)主動力與預(yù)動力的作用下恒壓、低壓輸送，輸送壓力控制在0.3 MPa左右，所以輸送流速低。流速和磨損成正比，因此對管道彎頭等的磨損比常規(guī)輸送系統(tǒng)低很多[15]。

4 改造效果

4.1 改造前運(yùn)行情況

改造前在3#爐一、二電場輸灰壓縮空氣母管上安裝熱式氣體質(zhì)量流量計(型號：KYTTMF200)，并接入DCS畫面。通過現(xiàn)場測試，對一、二電場壓縮空氣耗量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，測試結(jié)果如表1、表2所示。

表1 額定負(fù)荷耗氣量統(tǒng)計表(改造前)

表2 平均耗氣量統(tǒng)計表(改造前)

機(jī)組額定負(fù)荷共統(tǒng)計38 h，總耗氣量202 680 Nm3，分鐘平均耗氣量為88.89 Nm3/min；在機(jī)組平均負(fù)荷450 MW工況下共統(tǒng)計360 h，總耗氣量為1 469 312 Nm3，分鐘平均耗氣量為68.02 Nm3。

4.2 改造后運(yùn)行情況

改造后，用同一流量計對3#爐一、二電場輸灰壓縮空氣耗量再次進(jìn)行了統(tǒng)計，機(jī)組額定負(fù)荷共統(tǒng)計31 h，總耗氣量為47 639.25 Nm3，分鐘平均耗氣量為25.61 Nm3/min。在機(jī)組平均負(fù)荷450 MW工況下共統(tǒng)計319小時，總耗氣量為377 461 Nm3，分鐘平均耗氣量為19.72 Nm3/min。

4.3 耗氣量對比

改造后3#爐一、二電場輸灰壓縮空氣耗量在鍋爐額定負(fù)荷下從88.89 Nm3/min下降至25.61 Nm3/min，平均負(fù)荷下耗氣量從68.02 Nm3/min下降至19.72 Nm3/min，在額定負(fù)荷和平均負(fù)荷下，節(jié)能效果均達(dá)到了70%左右。改造后的耗氣量統(tǒng)計如表3、表4所示。

表3 額定負(fù)荷耗氣量統(tǒng)計表(改造后)

表4 平均耗氣量統(tǒng)計表(改造后)

4.4 節(jié)能效果

改造前，單臺鍋爐運(yùn)行時至少需使用3臺60 m3空壓機(jī)用于輸灰和雜用，2臺鍋爐則需要5臺空壓機(jī)。通過對3#爐一、二電場的改造后，3#機(jī)運(yùn)行時只需運(yùn)行2臺空壓機(jī)，2臺機(jī)組運(yùn)行時使用4臺空壓機(jī)，可減少1臺空壓機(jī)運(yùn)行。

單臺空壓機(jī)額定功率為350 kW，根據(jù)空壓機(jī)電能表統(tǒng)計，每天耗電量約為9 000 kW·h，按3#機(jī)組每年運(yùn)行6 000 h計算，每年可減少電耗225萬kW·h。具體見表5。同時因改造后系統(tǒng)設(shè)備減少，輸送速度降低，每年可節(jié)省較多的維護(hù)材料和人工成本。

表5 改造前后對比

5 結(jié)論

先導(dǎo)式輸灰系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的輸灰系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，本次3#爐一、二電場輸灰系統(tǒng)改造后，節(jié)氣率達(dá)到了71%，取得了較好的節(jié)能效果，同時簡化了系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)可靠性。改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，基本沒有缺陷發(fā)生，可作為輸灰系統(tǒng)新建和改造的參考。