內旁通密相氣力輸灰系統的應用

高原

(杭州瑞唐環保系統工程有限公司，浙江 杭州 310023)

0 引言

氣力輸灰是以空氣為動力和介質的一種輸送方式，整個輸送過程在密閉的條件下完成，不會對環境造成污染。同時，由于介質為空氣，也不會與灰產生化學變化，有利于粉煤灰的綜合利用。因此，氣力輸灰系統在電廠得到了大力推廣應用并取得了良好的經濟和社會效益。本文以大唐林州熱電有限責任公司2×350 MW級熱電機組工程為例，對內旁通密相氣力輸送系統進行介紹。

1 氣力輸灰系統概況

依據粉煤灰在管道中的流動狀態，氣力除灰方式分為懸浮流輸送、集團流輸送、部分流輸送和栓塞流輸送等;根據輸送壓力的種類，氣力除灰方式可分為動壓力輸送和靜壓力輸送;根據輸送壓力的不同，氣力除灰方式又可分為正壓輸送和負壓輸送。

氣力輸灰在我國電廠除灰系統中應用較晚，20世紀60年代才開始在小容量電廠除灰系統中采用，不能保證長期、連續、安全運行，只限應用在供干灰的輸送支線上;改革開放后，為適應電廠機組容量不斷增大和灰渣綜合利用的需要，于20世紀80年代開始從國外引進氣力除灰系統的設計和制造技術，大大推動了我國電廠氣力除灰技術的發展，通過引進技術的消化吸收，逐步實現了國產化。

從引進的輸灰技術來看，其中大部分為稀相氣力輸送技術范疇，灰氣流速高，輸送濃度低，能耗高，設備和管道磨損嚴重，輸送距離受到一定限制。為此，輸送速度低、濃度高的密相氣力輸送系統備受各方關注。采用密相氣力輸送系統后，也帶來了新的問題。首先，輸灰時降低其輸送速度，提高灰、氣比，將導致在輸送過程中堵管，威脅系統的運行安全，為此不得不在輸灰管沿線設置吹堵裝置，但在運行中有時由于吹堵不及時，系統堵管難以避免。其次，密相氣力輸送系統往往要求在1根輸送管線上只安裝1到2臺發送器，若安裝多臺發送器，在同一時間內也只允許1臺發送器送料，這樣，輸送系統中設置的輸送管線數量多、閥門多、系統復雜、輸送效率低，給系統設計和運行帶來很多困難。因此，如何在1根管線上既能串聯多臺發送器并使其同時工作，又能在低速度、高灰、氣比條件下保證不堵管，保證系統運行的安全性和經濟性，是當前在電廠推廣密相氣力輸灰系統必須妥善解決的重要問題。

近年來，內旁通密相氣力輸送技術發展很快，內旁通密相氣力輸灰系統是在輸灰管道內上方配置1根內旁通管(即內套管)，在內旁通管上沿線每隔一定距離在管底開設1個孔口并裝設1個孔板。內旁通技術是解決大出力輸送高磨損性物料(如鍋爐飛灰)的理想方案。系統通過輸送管道的自調節實現穩態輸送并防止堵管。

輸送的空氣同時經過主輸送管和內旁通管，在內旁通管上特別設計的開口在主輸送管上形成紊流，在紊流狀態下，飛灰積聚并分割成料段。其主要工作原理如下:當主輸送管道中物料發生積聚并可能發生堵管時，由于阻力增大，進入旁通管的空氣流量增加。當空氣進入內旁通管后，由于2個氣流射流點間的壓差大于輸送料段的壓力，進入旁通管的空氣重新流入主輸送管，重新流入主輸送管的空氣在此區域形成紊流。這樣，料段不斷分割、移動、吹散，將物料不斷向前輸送。

內旁通管密相輸送系統同常規系統相比，物料真正在低速狀態下輸送，由于速度低，狀態穩定，因此，對管道和彎頭的磨損可以降到最低，而且內旁通管管道的布置可以有多種形式(水平、垂直或傾斜)，因此，該種輸送系統已在燃煤發電廠中作為主要除灰系統使用。

2 系統配置

大唐林州熱電有限責任公司2×350 MW級熱電機組工程除灰系統采用內旁通管密相氣力輸送系統，每臺鍋爐出力按88 t/h設計，灰庫距除塵器場地約450 m。系統配置如下:每臺鍋爐配省煤器灰斗4個，每個灰斗用1個倉泵;配電－袋除塵器灰斗24個，每個灰斗下配1臺倉泵。其中:省煤器配0.3 m3倉泵，共4臺;電－袋除塵器一電場配2.0 m3倉泵，共8臺;電－袋除塵器二、三袋場配1.0 m3倉泵，各8臺;省煤器4個倉泵與一電場A側4個倉泵串聯組成1個輸送單元，用1根輸送管線(DN 150);一電場B側4個倉泵串聯組成1個輸送單元，用1根輸送管線(DN 150);電－袋除塵器二袋場8個倉泵組成1個輸送單元，用1根輸送管線(DN 125);電－袋除塵器三袋場8個倉泵組成1個輸送單元，用1根輸送管線(DN 125);電－袋除塵器一電場用2根輸送管線輸至原灰庫和粗灰庫，且可以在2座灰庫之間切換;電袋除塵器二、三袋場用2根輸送管線輸至細灰庫。

每臺鍋爐空氣耗量為68.2 m3/min，控制用氣量為 1.5 m3/min，布袋反吹用氣量為 4.0 m3/min。

3 技術參數和工藝流程

鍋爐設計參數如下:出力，88 t/h;輸送壓力，0.18 MPa;灰氣比，39;總耗氣量，68.2 m3/min;起始流速，4.2 m/s;末端流速，11.9 m/s。

輸灰系統壓縮空氣源工作正常(壓力達到要求值)，系統投入準備。開始運行→透氣閥開→灰斗下進料閥開→單元發送罐進料閥開→發送罐料滿發訊(或裝灰時間到)→灰斗下進料閥關→透氣閥關→單元進氣閥開→混灰器主進氣閥開(開始輸灰)→輸灰管道壓力降至設定值→混灰器主進氣閥關→單元進氣閥關(1個輸送循環結束)。

4 系統實際輸送情況和分析

該工程輸灰系統采用常壓輸送，即先開出料閥再開單元進氣閥。系統實際運行數據以#1鍋爐某輸灰單元為例，打開單元進氣閥后輸送壓力為0.18 MPa左右，設定壓力高值為0.30 MPa，堵管壓力值為 0.40 MPa，輸灰結束壓力為 0.08 MPa，從裝料開始至輸灰結束實際耗時4 min，系統輸送正常，滿足設計要求。

(1)正常的輸灰曲線應該是 n形(如圖1所示)，下面分3個階段進行分析。

圖1 正常曲線

1)上升段部分。輸灰開始后，灰被充分氣化，氣－灰混合物充滿整個管道空間，輸灰壓力在很短的時間內達到峰值，所以，輸灰曲線的上升段基本上是一條豎線。峰值的高低直接受壓力罐中灰量和管道中灰的氣化程度影響。

2)頂端部分。輸灰曲線的頂端部分實際上是輸灰過程，在此過程中，灰管沿線被氣化的灰充滿，沿程阻力保持穩定，系統中偶然有積灰現象，壓力上、下波動幾次，但總的趨勢是1條接近水平的直線，持續時間一般在4 min左右。

3)下降段部分。輸灰接近尾聲時，管道豁然開朗，其沿程阻力降到0.08 MPa以下，所以，輸灰曲線下降至一定的值后基本穩定，該值接近空吹壓力值。

(2)不論是管道原因還是灰的物理性質的因素，均可造成輸灰不暢，表現出來的輸灰曲線變形基本一致。異常的輸灰曲線典型如圖2、圖3所示，現就此次出現的異常輸灰曲線分3個階段進行分析。

圖2 異常曲線

1)上升段斜率變小。在管路異常或灰粗的情況下，均會出現灰不能被很好氣化的現象，在管道后半段甚至出現氣、灰分離現象，灰管頂部相對阻力較小，壓縮氣體在管道上部的泄漏量加大，進入管道的灰逐漸形成堆積，壓力隨著灰的堆積而變高，所以，輸灰曲線在上升段表現出斜率遞減現象。

圖3 異常曲線

2)頂部變尖。隨著灰的堆積，雙套紊流管開始發揮作用，紊流擾動增強，消除管內下部堆灰，當堆積的灰被徹底吹掃后，管道頂部豁然開朗，輸灰壓力急劇下降，導致輸灰曲線形成尖頂，但在該過程中，輸灰壓力都偏高，一般需要使用混灰器大量補氣。當輸灰管線壓力下降后，曲線開始恢復正常。

3)輸灰曲線波動。圖3所示亦為較典型的異常輸灰曲線，頂端出現水平段連續波動的情況，可能是輸灰量過大導致輸灰過程中吹掃時間較長使系統反復自動吹掃所致。在這種情況下，實際輸送到灰庫的灰量可能更小，輸灰結束后，最好空吹1次以減少管道內積存的余灰。

比較圖2、圖3可知，若再發生同類情況，選擇圖2方式輸灰較好。

5 影響輸灰曲線的其他因素

除了管路特性、灰量、灰性質等影響輸灰曲線的主要因素外，下列因素對輸灰曲線的影響也不容忽視。

(1)系統各手動閥門的開度調節。手動閥門的開度在正常工況下應遵循設定開度(由專家在額定工況下利用儀器測算的最佳開度)。當工況發生變化后，應不斷進行調整比較，尋找最佳開度。這些手動閥門包括大小旁路隔離閥、壓力罐上下部進氣閥及單元進氣閥等。

(2)壓力罐料位計是否工作正常。壓力罐料位計不僅決定輸灰單元是否輸灰，而且保證所有壓力罐不出現滿料位，以利于灰的輸送。由于在設計中發送罐均設有噴嘴和備壓裝置，如果系統運行時發送罐裝料過滿則其備壓將失去效果而影響輸灰(料位計一般要求在發送罐裝料至理論容積的85%時報警，可以有效防止裝料過滿)，同時，發送罐裝料過滿還可能影響進料閥及透氣閥的開關，所以，應及時修復故障的高料位計。

(3)壓力罐內進氣噴嘴是否完好無損。在歷次灰系統檢查中，發現發送罐下進氣噴嘴(包括支架)有掉落現象，有時甚至多個脫落。實踐證明:發送罐下進氣噴嘴掉落雖然不會對輸灰能力造成過大影響，但對輸灰效果影響頗大，通過調整噴嘴壓力和進氣閥門開度可優化輸灰系統，所以，對發送罐下進氣噴嘴的作用不能等閑視之。實際上，發送罐下進氣噴嘴具有氣化作用，如果噴嘴掉落或壓力調整不當，會影響氣化效果，進而影響輸灰系統。

6 造成輸灰不暢的主要原因及處理原則

造成輸灰不暢的主要因素是煤質、灰的物理特性及系統中閥門的使用情況。首先，若煤質變差使灰量增加，會直接導致輸灰系統出力達不到要求;其次，雙套管輸送系統對灰的粒徑和含水率有一定要求(50 μm ＜粒徑(90% 灰)＜150 μm，含水率小于1%)，如果實際運行中灰粒徑和含水率超標，也會使輸灰不暢，甚至難以輸送;最后，輸灰系統中各種手動閥門的開度都有要求，系統投運后每個閥門都發揮相應作用，如果閥門出現故障(如磨損或開度調整)，會直接影響輸灰系統，甚至導致輸灰系統癱瘓。

輸灰系統運行不暢可以從輸灰曲線來直觀判斷，輸灰曲線異常主要表現為輸灰曲線上升段斜率變小、輸灰壓力偏高、輸灰曲線尖頂或波動、輸灰后期不能很快卸壓(即拖尾現象)、輸灰時間過長等。

當輸灰系統出現問題時，應根據處理的難易程度采用排除法分步進行分析。

(1)檢查各手動閥門的開度及進灰時間、輸灰時間和輸灰壓力是否在設定值或設定范圍內，排除運行調整原因。注意:閥門開度、進灰時間不要拘泥于設定值或設定范圍，應根據實際情況進行調整以排除運行調整原因。

(2)檢查系統各閥門是否有內漏及開關是否正確。特別是管路和壓力罐的透氣閥，必須保證關閉嚴密，相關單元的輸灰閥必須保證開關正確，大、小旁路進氣閥必須保證動作正常。

(3)注意觀察閥門的動作順序、輸灰過程及其他單元的輸灰情況，分析判斷輸灰程控是否正確，排除輸灰控制原因。

(4)檢查輸灰空氣壓縮機、灰庫排氣風機的工作情況，通過方式切換，排除氣源及排氣原因。

(5)在排除上述原因之后，可能的原因是灰的性質問題，可以取現場灰進行化驗，檢測灰的顆粒度和含水率是否在合理的范圍內。

(6)上述問題排除后，應對系統管路進行檢查，在檢查管道是否滿足安裝要求的同時，檢查管內是否有異物堵塞，必要時進行管路對接(用完好的管路進行試驗)來確認和排除管路問題。

總之，應采用排除法進行輸灰不暢的原因分析，側重于輸灰管路及灰性質的影響，同時，要求在盡量短的時間內檢查系統，以免影響正常輸灰。

7 結束語

國內燃煤發電廠鍋爐燃用煤種多而雜，煤質差異很大，鍋爐燃煤制粉系統所采用的磨煤機類型也不完全一樣，因此，在燃煤發電廠中存在多種形式的氣力除灰系統，而內旁通管氣力除灰系統特別適合粉煤灰的輸送。筆者對大唐林州熱電有限責任公司2×350 MW級熱電機組工程氣力除灰系統設計及運行情況進行了總結，希望對氣力除灰系統的設計和應用有所幫助。