干排渣機負壓輸送系統的優化及應用

解金祿，沈洪清，蘇富強

(1．華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，黑龍江 哈爾濱 150024;2．浙江省電力建設有限公司，浙江 寧波 315010;3．杭州華電華源環境工程有限公司，浙江 杭州 310053)

1 問題的提出

近年來，干排渣技術由于受到國家政策的鼓勵在我國燃煤電廠中的應用已進入快速發展階段。隨著干排渣機輸送系統在火電機組中的廣泛應用，其后續輸送系統存在的設備故障率高、維護工作量大等問題越來越受到重視，為保證機組的安全穩定運行，對干排渣機后續輸送系統進行研究具有重要的現實意義。

干排渣機后續輸送系統一般分為4種類型，如圖1［1］所示。4種不同類型的干排渣機后續輸送系統一般要根據場地、空間、投資和業主的要求來選擇相應的后續輸送系統，不同的后續輸送系統均有其優、缺點。本文通過對干排渣機后續負壓輸送系統存在的問題進行研究，提出了優化方案，并在干排渣機上進行試驗。試驗結果表明，本文提出的優化方案是可行的，可有效解決現有干排渣機負壓輸送系統存在的問題。

2 干排渣機上負壓輸送系統的優化設計

目前，一些火力發電廠由于廠房封閉或廠房內空間位置的限制，干排渣機后續輸送系統往往只能選用負壓輸送系統。負壓輸送系統作為干排渣機的后續輸送系統具有如下4項優點。

(1)系統內的壓力低于外部大氣壓力，不會出現跑灰、冒灰現象，對周圍環境污染少。

(2)供料設備布置在系統始端，真空度低，設備的氣密性要求較低。

(3)供料設備結構簡單，體積小，占用空間小，適用于空間狹小、輸送距離較遠的場合。

(4)輸送時不易堵管。

其缺點是:負壓輸送系統屬于稀相輸送，系統輸送速度快，渣氣比低，設備、管道磨損嚴重。

干排渣機負壓輸送系統運行中存在的主要問題有以下3項。

圖1 干排渣機后續輸送系統簡圖

(1)負壓系統輸送的爐底渣雖經過兩級碎渣機破碎，但顆粒仍較大。

(2)破碎后的渣進入輸渣設備，由于透氣率大、流化差，輸渣時速度高、效率低、能耗大、設備管道磨損嚴重。

(3)系統輸送的空氣量無法根據進入輸送管道內的渣量多少來調節，系統在輸渣量較少時輸送速度會過高，輸渣管道、設備磨損加劇，同時增加了系統能耗。

為減少負壓輸渣系統的管道磨損和系統能耗，在新系統設計時采用了以下優化措施:

(1)碎渣機。碎渣機是干排渣機負壓輸送系統穩定運行的關鍵設備。干渣破碎后顆粒的大小是決定系統輸送速度的主要因素，為保證渣塊破碎后的顆粒度滿足負壓輸送系統的要求，本文根據爐底渣的特性對碎渣機齒板進行了優化，將轉子上的齒板設計為高低齒，既滿足了碎渣機的喂渣要求，又減小了碎渣后的粒度。

(2)管路系統。為使進入輸送系統的空氣量可調節，在系統進風管上增加了流量調節閥，保證了所有進入輸送系統的空氣量可通過流量調節閥進行實時控制。流量調節閥的開度根據輸送管道上的輸送壓力進行調節，以保證進入輸送系統內的渣氣配比最優。同時為了減少管道輸送時的阻力，在輸渣管道設計時進行了優化，采用了大曲率陶瓷耐磨彎頭。

(3)控制系統。為建立負壓氣力輸渣系統穩定輸送流場，采用了基于模糊控制理論的控制系統。控制系統設置了上位機和下位機，在上位機上可實時監控輸送系統的運行情況，在下位機上采用了可編程控制器(PLC)。數據的采集和處理由計算機自動完成，根據輸送管道上的輸送壓力來調節流量調節閥的開度。

(4)為使進入輸渣管道內的渣更加均勻的氣化，在負壓輸送系統設計時，在干排渣機轉彎段增加1個小灰斗，水平段的細灰通過清掃鏈送到轉彎段小灰斗，斜坡段細灰通過灰的自重流回到轉彎段小灰斗，在小灰斗下接入負壓系統。這樣，在負壓輸送系統運行時，轉彎段灰斗內的細灰首先進入輸渣管道被流化，當充分流化且具有相當動能的細灰經過兩級碎渣機下時，能將經過二次破碎顆粒稍大且均勻的渣進行流化，使細灰與渣均勻混合，減少了輸渣時的透氣率，從而降低了輸渣系統的輸送速度和管道磨損。同時，干排渣機清掃鏈長度也大大縮短，減少了清掃鏈的漲緊力，減輕了清掃鏈磨損。優化前、后的干排渣輸送系統如圖2、圖3所示。

3 優化后負壓輸送系統在干排渣機上的應用

3．1 優化后負壓輸送系統在干排渣機上的設計

華電能源哈爾濱第三發電廠(以下簡稱哈三電廠)對#1，#2機組在2008年和2009年進行了干排渣系統改造，由于廠房封閉和鍋爐下空間所限，干排渣機后續輸送系統采取了布置靈活，采用了輸送距離較遠的負壓輸送系統。哈三電廠#1，#2鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG－670/140－11型超高壓參數、一次中間再熱、單鍋筒自然循環鍋爐。鍋爐的設計煤種為鶴崗煙煤，設計煤種灰渣成分分析見表1［2］，干排渣輸送系統設計參數見表 2［3］。

表1 灰渣成分分析(設計煤種)

圖2 優化前的干排渣輸送系統簡圖

圖3 優化后的干排渣輸送系統簡圖

表2 干排渣系統設計參數 t/h

根據電廠提供的灰渣成分分析表和干排渣系統設計參數表要求，哈三電廠#2機組干排渣機負壓輸送系統設備優化配置如下。

(1)碎渣機等設備。由表1和表2可知，碎渣機選用干排渣輸送系統專用鎖氣碎渣機，碎渣機轉子齒板采用高低齒形式，輸送系統進料閥、出料閥、透氣閥選用氣控陶瓷雙插板閥，進氣閥選用瑞士BELIMO公司生產的流量調節閥。

(2)程控系統選擇。根據干排渣機負壓輸送系統工藝流程，控制系統主要包括控制設備、系統組態、自控程序等。主要程控設備有主機柜(包括整套PLC硬件)、電源柜(包括UPS等設備)、就地I/O柜、操作員站、操作系統及相關軟件、通訊電纜等。采用原裝進口霍尼威爾公司的ST3000/900智能型壓力變送器;干排渣輸送控制系統采用PLC+上位機的控制方式，以液晶顯示器(LCD)和鍵盤及鼠標作為主要監控手段。控制系統能對整個干渣輸送系統進行集中監視管理、程序控制及閉環控制，控制室不再設常規儀表盤。可編程邏輯控制器(PLC)采用雙CPU、雙電源、雙網配置方案。CPU與上位機之間的網絡采用100M工業雙以太網。上位機運行平臺采用Windows 2003 server簡體中文企業版，監控軟件采用INTOUCH的專業中文版的最新開發版和運行版，PLC采用 OMRON CS1D－CPU67H產品系列。

(3)干排渣機負壓輸送系統設備、管道按優化后的設計方案設置。

3．2 優化后的負壓輸送系統在干排渣機上的應用

根據干排渣機負壓輸送系統工藝要求，控制部分采用全自動程控系統。干排渣機負壓輸送系統投運后表明，優化設計后的系統運行穩定，干排渣機清掃鏈鏈條和輸渣管道磨損均大大減輕，設備使用壽命明顯增長。與同樣裝機容量、同樣燃煤煤種的#1鍋爐干排渣機負壓輸送系統相比，優化后的#2鍋爐干排渣機負壓輸送系統運行穩定，維護工作量少，維護成本低，相關參數對比見表3。

表3 #1，#2鍋爐干排渣輸送系統運行情況對照

4 結論

在對干排渣機負壓輸送系統存在問題分析的基礎上，對用于干排渣機上的負壓輸送系統進行了優化設計，并在#2鍋爐干排渣機上對優化后的負壓輸送系統進行了應用研究，通過對比優化前、后不同負壓輸渣系統在#1，#2鍋爐2臺相同機組上的使用情況，結果表明，優化后的負壓輸渣系統可有效減少管道磨損，降低運行成本，提高輸送效率。