正壓濃相氣力輸灰系統改造分析

張瑞峰

正壓濃相氣力輸灰系統改造分析

張瑞峰

(山西興能發電有限責任公司,山西 古交 030206)

山西興能發電有限責任公司 2×300 MW發電機組于 2005年投產,采用的氣力輸灰系統為鎮江紐普蘭正壓濃相氣力輸灰系統 (芬蘭 pneup lan栓塞流氣力輸送技術)。運行一年來,出現諸多問題,嚴重影響機組的安全穩定運行。因此,于 2006年機組 C級檢修中先后對 1#、2#爐輸灰系統進行了全面改造。本文針對二套輸灰系統在該公司改造前后的情況,對運行維護進行闡述和對比分析,希望能對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 系統概述

山西興能發電有限責任公司一期工程為 2×300 MW直接空冷凝汽式汽輪機組。其中鍋爐為哈爾濱鍋爐有限公司生產的亞臨界自然循環汽包爐,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)環保設備有限公司制造的意義 (EE)型電除塵,采用美國 EE公司技術。氣力輸灰系統為鎮江紐普蘭正壓濃相氣力輸灰系統,采用芬蘭 pneuplan栓塞流氣力輸送技術。

1.1 原系統配置

該公司 1#爐預除塵器配置雙室二電場,每個電場對應下部 4個灰斗,灰斗下灰經過下灰手動插板門、卡箍式伸縮節、進料圓頂閥,然后進入輸灰系統倉泵,按照程序進行輸送。除灰系統采用正壓濃相氣力除灰系統,每臺鍋爐設預除塵器和后除塵器。輸送距離約 1 030 m,管道配置情況 (見圖 1)：預除塵器一、二電場左側 4個倉泵 2個輸送單元和右側 4個倉泵 2個輸送單元各設置 1根 DN150的輸灰管道。預除塵器共設置 2根 DN150的輸灰管道,輸灰管道采用變徑措施：d168×9→d194×10→d219×10。預除塵器一、二電場的倉泵容積為≤2.0 m3。

1.2 原系統存在的問題及分析

圖 1 原輸送系統示意圖

1)原輸灰系統主要問題：a)出力嚴重不足。b)對煤種變化適應性差,經常堵管。c)系統能耗過大。d)管道磨損嚴重。

2)原因分析：

a)原系統所配置的為下引式倉泵輸送系統,該系統在輸送的過程中沒有流態化過程,也沒有自動調節功能,故在輸送過程中灰的流動性很差。尤其是灰的品質發生變化后,且輸送距離遠,該系統的輸送就很不穩定,易堵管,輸送能耗大,系統的磨損也嚴重。

在實際運行中,該系統堵管體現為兩種工況：

一是下灰結束后,輸送起始壓力過高,系統直接堵管,見圖 2。

二是輸送到后期,輸送壓力突然升高,見圖 3。

正常輸灰曲線示意圖,見圖 4。

出現第一種工況的原因為：倉泵下灰量過多或灰堆積密度過大,灰分流化不好或無法正常流化,導致大量灰在未流化的前提下直接輸送,介質初速沒有建立,壓力急劇升高,導致堵管。

出現第二種工況的原因為：倉泵原本氣灰混合不好,在輸送管路變徑的情況下,介質流速驟然降低,壓縮空氣無法推動灰份,氣灰分離,導致灰分大量堆積于管內,壓力升高,出現堵管的情況。

兩種堵管工況都是下引式倉泵系統長距離大容量輸送系統中,極容易出現的通病。其實主要還是氣灰混合不好造成灰輸送過程中輸灰阻力過高,進而形成堵管。在目前的系統中,解決這一問題的方法就是加大輸送空氣量,強行對灰分混合。這也是目前該系統耗氣量遠遠大于設計耗氣量的主要原因,也是造成管路磨損遠遠大于相似系統的主要原因。

b)該公司原氣力輸灰系統一電場的倉泵的容積為 2.0 m3,如果系統能正常運行的話,一個單元 2臺泵輸送一次的最大量是 2.2 t(2×2×0.8×0.7=2.2)。但實際上,由于這種倉泵的結構特點,每次如果進料太多的話,灰的流化效果很差,輸送效率會很低,為防止不堵管,故每次進料一般不能超過 1/2,故每次輸送的灰量只能達到 1.1 t/次,輸送相同量的灰,這種倉泵的動作頻率高,閥門的壽命低。

c)管道磨損嚴重。管路介質流速對任何輸灰系統來講都是關鍵因素。根據理論,管路磨損速度與管道介質流速的三次方成正比。原系統設計耗氣量為原始設計耗氣量的 2倍,實際流速是設計流速的 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。預除塵器一、二電場左側4個倉泵 2個輸送單元和右側 4個倉泵 2個輸送單元各設置了 1根 DN150的輸灰管道。當一電場的電除塵器發生故障后,一電場將輸送沉降灰,沉降灰的輸送能力大概是正?；业?1/3,且輸送時間長,磨損較嚴重,同時,二電場的電除塵器將承擔一電場的灰量,故二電場的灰量將達到正常情況下一電場的灰量,此時二電場需要不停的輸送,才能達到出力要求,而一電場的沉降灰也在輸送,且長時間占用輸灰管道,使得二電場的灰沒有時間輸送,經過一段時間后,一、二電場的輸送系統進入惡性循環,系統將崩潰,嚴重時將影響機組的安全穩定運行。

2 改造措施及新系統介紹

2.1 改造措施

借鑒臺州電廠、邯峰電廠和山西太原第一熱電廠的成功改造經驗,對原有預除塵器一、二電場和后除塵器的氣力輸送系統進行改造,把原有系統改造成為XCM型密相流態化氣力輸送系統,徹底改變輸送方式,解決出力不足、堵管、磨損等一系列的問題。

a)保留原有系統進料閥以上部分不動,包括 (插板門、連接短管、伸縮節、大小頭、進料閥等)。

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

c)引進恒壓控制裝置及流量控制裝置。即目前最先進的一項氣力輸送技術“恒壓輸送系統”,解決因灰的品質特性經常變化,導致輸送困難的問題。

d)改進管道布置,排除現有輸灰管道布置不合理的安全隱患。

預除塵器原有 2根 d168×9輸送管道保留 1根,作為二電場 2個輸送單元共用的輸灰管道。一電場共設置 2個輸送單元,每個輸送單元需增加 1根 d 194×10的輸灰管道,因此,一電場為單獨的 2根輸灰管道。輸灰管道均采用變徑措施：一電場：d194×10→d219×10;二電場：d168×9→d194×10→d219×10,變徑點較原系統變徑點后移 50 m左右。另外,在每個輸送單元的輸送管道設置一套自動防堵、排堵系統。

2.2 新系統組成

預除塵器一電場同側每二臺倉泵為一個輸送單元,一電場 4臺倉泵共設置 2個輸送單元;二電場 4臺倉泵也設置為 2個輸送單元,這 2個輸送單元共用一根管道,切換輸送。見圖 5。

圖 5 改造后輸送系統示意圖

2.3 新系統運行流程及特點

1)運行流程：

a)進料過程：關閉進氣閥及輸送調節閥,關閉出料閥,進料閥密封卸壓,打開進料圓頂閥,打開平衡閥(排氣閥),倉泵上部與灰斗連接除塵器捕集的物料自由落入倉泵內,當灰位高至使料位計發出料滿信號或系統進料設定時間到時,進料閥關閉,密封充壓,進料狀態結束。

b)加壓流化階段：進料階段完成后,系統自動打開進氣閥、進氣調節閥,經過處理的壓縮空氣通過進氣閥進入倉泵,穿過倉泵底部流化盤后使空氣均勻包圍在每一灰粒周圍,同時倉泵內壓力升高,當壓力升高至設定值,系統自動打開出料閥,加壓流化階段結束。

c)輸送過程：出料閥打開,此時倉泵一邊繼續進氣,一邊氣灰混合物通過出料閥進入輸灰管,飛灰始終處于邊流化邊進入輸灰管道進行輸送,當倉泵內飛灰輸送完后,管路壓力下降,倉泵內壓力降低。當倉泵內壓力下降至設定值,壓力傳感器發出信號,輸送階段結束,進氣閥和出料閥保持開啟狀態,進入吹掃階段。

d)吹掃階段：進氣閥和出料閥保持開啟狀態,壓縮空氣吹掃倉泵和輸灰管道,定時一段時間后,吹掃結束,關閉進氣閥,待倉泵內壓力降至常壓時,關閉出料閥,打開進料閥,進入進料階段。至此,系統完成一個輸送循環,自動進入下一個輸送環節。

2)工作特點：

a)憋壓啟動,初始流化好。該系統在輸送初始階段先在倉泵流化憋壓,使得氣灰充分混合流化,然后輸送,初速高、輸送時間短、不易沉降堵管。

b)倉泵結構不容易堵管。倉泵下部設置流化盤,且在流化盤上部設置一段三通進灰管,從而保證了倉泵內灰進入輸送管道的均勻性,平穩輸送,不易堵管。

c)新系統可調性好,針對煤質變化,參數隨時可調,以適應煤種變化。該系統輸送參數均設為可調,因此,針對不同煤質,可對應不同的參數進行調試輸送。

d)輸送系統自動防堵與排堵。系統設有自動防堵系統,當系統檢測到有堵管傾向時,系統通過對相應閥門的空氣流量的調節,實現自動防堵。

3 系統改造前后對比分析

3.1 系統出力

1)理論計算。

ESP1非脫硫灰質參數：

堆積密度：0.7～0.8 t/m3(注：系統出力以 0.75為基準計算)

真實密度：2.0～2.2 t/m3

堆積角：≤40°

預除塵器煙氣溫度：126℃

原系統出力：

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

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

新系統按倉泵最小進料量計算系統出力如下：

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

Q一電場=32.1 t/h ×2=64.2 t/h(一電場 2個輸送單元)

同理,二電場為：

Q二電場=Vtρ=39.9 t/h

2)運行 PT圖對比。

下引式倉泵和 XCM型密相流態化氣力輸送泵同樣輸送 10 t灰不同的 PT圖,見圖 6。

圖 6 下引式倉泵和 XCM型密相流態化氣力輸送泵的 PT圖

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

3.2 系統耗氣量下降

根據系統配置每根 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。根據現系統運行情況,大部分時間 2#爐輸送系統 2根或 3根管道同時運行,少部分時間 1根或 4根管道同時運行。所以,2#爐輸灰系統正常運行時耗氣量應為 52～80 m3/min。

3.3 恒壓輸送系統優勢明顯

目前,國內在運行正壓濃相輸送系統都為恒流輸送系統,所謂恒流輸送系統是系統通過孔板或節流閥使進入發送器的各路氣量處于恒定,從而使發送器排出的灰氣兩相流的混合比相對穩定 (原有的氣力除灰系統就屬于恒流輸送系統)。由于在輸送過程中氣量的不可調節,為了防止輸送管道堵塞,系統設計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生變化時,就會發生輸送效率低下,甚至無法輸送的問題。如當電廠的燃煤品種發生變化或一電場的灰變成沉降灰等情況發生時,就會出現上述問題。

改造后的恒壓輸送系統不同于傳統意義上的輸送系統,它將流量控制概念引入到輸送系統中,使輸送系統在整個輸送過程中輸送空氣流量動態連續調節,調節的依據是輸送管道壓力,當輸送壓力發生變化時,調節空氣流量及其配比,使整個輸送過程中輸送壓力保持恒定。實現穩定輸送,自動適應灰的品質特性變化。

恒壓輸送系統的優勢首先在于超低速輸送,最大限度地降低磨損。系統設計混合比的取值較高,而輸送速度取值卻較低,使系統在動壓沸騰的臨界狀態下輸送。其次,由于輸送空氣流量的動態調節,從而解決了堵管問題,同時解決了較難輸送物料的輸送：如省煤器灰、一電場沉降灰、脫硫灰等。

4 結 語

通過改造以來的運行情況看,由于倉泵本身的內部結構 (均流進灰)決定了系統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,根據輸送管道壓力隨時調節進氣量,因此,確保該系統在正常情況不會發生堵管。該系統運行參數均為外部輸入、隨時可調,如初始憋壓出料閥開啟壓力、系統高低限壓力、進氣閥開度、開助吹壓力等,在煤質變化或電場未投輸送沉降灰等情況下,通過調整運行參數,確保系統穩定輸送。在維護方面,維護量較以前系統減小了許多,由于輸送壓力降低導致如閥門及管道的磨損、密封圈的損壞等維護工作大大減少。因此,此項改造對老電廠的輸灰改造或是新建電廠輸灰系統選型,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的應用[J].上海電力學院學報,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,內蒙古烏蘭察布人,2009年畢業于華北電力大學,助理工程師,主要從事電廠除塵脫硫點檢工作,(E-mail)kexiang_911@163.com