先導式氣力輸灰系統應用分析

李志學

(國家電投集團東北電力有限公司撫順熱電分公司，遼寧 撫順 113006)

1 傳統輸灰系統概述

撫順熱電2×300 MW機組現有HG-1025/17.5-HM5型除灰渣及排灰設備。1號、2號機組輸灰系統設計1電4袋除塵器，每電/袋場4個灰斗，每臺鍋爐20個灰斗。輸灰系統采用正壓濃相氣力輸灰系統，2臺鍋爐共有3座貯灰庫，其中2座為粗灰庫，1座為細灰庫，2座粗灰庫分別與細灰庫互為備用。

a.1電場濃相MD泵輸灰系統

鍋爐正常運行時，飛灰沉積在靜電除塵器極板、極線上，在振打力的作用下灰落入靜電除塵器下方的灰斗內，經灰斗進入MD泵，被氣力輸送至灰庫。MD泵入口圓頂閥打開，物料在重力作用下落入MD泵，在物料填充的過程中,排氣閥打開使空氣從MD泵內排出，當MD泵任一泵內料位計被覆蓋顯示泵已充滿物料時，經過短延時，使泵被完全充滿，入口圓頂閥及排氣閥關閉。當所有的入口圓頂閥和排氣都已關閉并且密封后，經過定時延時，進氣閥打開，壓縮空氣進入所有輸灰泵，將灰通過管道輸送至灰庫。當物料被輸送至灰庫后，發出輸送管道壓力下降的信號，輸送空氣閥關閉，完成1次循環。圓頂閥采用充氣密封方式，當空氣壓力小于0.3 MPa時，圓頂閥不能密封。

b.脫硝輸灰系統

脫硝輸灰系統采用正壓氣力輸送方式運行。每臺鍋爐設置4個脫硝灰斗，脫硝灰斗設置4臺AV輸送泵，安裝在空氣預熱器上部。AV輸送泵采用隔熱高溫陶瓷，設置1根管道與1電場1根灰管連接，直接輸送至粗灰庫，并可切換至另外1座粗灰庫。

c.氣力輸灰系統

輸送最遠幾何距離300 m，1號鍋爐水平輸送距離155 m，90°彎頭8個，爬高32 m，當量長度259 m。原系統設計出力62.75 t/h，設計出力1電場占1號鍋爐總灰量76%，脫硝占5%。

倉泵配置：1電場2.54 m3，2電場1.43 m3，其他電場1 m3，4臺AV輸送泵0.66 m3。

管道配置：1電場4臺AV輸送泵串聯，設置1根D219×7 mm灰管；2袋場、3袋場4臺AV輸送泵串聯，設置1根D168×7 mm灰管；4袋場、5袋場4臺AV輸送泵串聯，引出1根D168×7 mm灰管將灰輸送至灰庫；脫硝管道設置1根D114×6 mm鋼管。

傳統輸灰系統自投運以來存在以下問題。

a.輸灰系統用氣量大，輸灰管道內介質流速高，管道磨損嚴重，降低了管道使用壽命，尤其彎頭處磨損最明顯。管道磨損泄漏增加維護量，現場污染嚴重。

b.輸灰系統每年損耗大量的輸灰用氣，增加了空壓機運行臺數，機組廠用耗電率高。

c.壓縮空氣用氣量大，使進入輸灰系統內的水蒸氣量增多，導致輸灰管道板結輸灰不暢，嚴重時機組被迫降負荷運行，需進行事故放灰，造成現場揚塵，增加二次處理費用，降低細灰品質，增加運輸費用。

2 氣力輸灰技術特點

氣力輸灰是利用有壓管流輸送粉粒狀物體的輸送技術，具有生產率高、結構簡單、可升可降、操作方便、長距離輸送不受地域影響的特點。在輸灰過程中可以進行匯合、分流、混合、粉碎、分級、干燥、冷卻除塵等工藝操作，過程封閉既保證物品不受潮、污損或混入異物，又能滿足環境保護的要求。

氣力輸灰分為濃相、稀相、正壓、微正壓、負壓等多種形式。目前，國內使用較多的是濃相氣力輸灰，在濃相氣力輸灰系統中，堵管、磨損、距離遠相互制約。為了解決堵管，只有增加系統用氣量，導致管道磨損；而一旦發生堵管處理不及時，容易發生惡性循環，造成一系列嚴重后果，例如除塵器放灰、機組降負荷、除塵器跳閘等。傳統濃相氣力輸送控制過程主要分為4個階段，即進料、加壓流化、輸灰和管道吹掃[1-2]。

3 先導式氣力輸灰技術特點

a.永不堵管

可適應任何粉體物料，安裝自動成栓閥后系統永遠不會發生堵管，即便人為讓系統堵管幾乎沒有可能，可靠性非常高[3-4]。由于堵管現象消除，節省了處理堵管時間，提高了輸灰效率，一定程度上保證了系統長時間連續運行，使輸灰系統進入良性循環狀態。

b.輸送距離遠

當輸灰距離超過800 m時，傳統輸灰系統必須通過合理配氣控制等進行調節，此時只能降低系統的灰氣比；當輸灰距離超過1200 m時，傳統輸灰系統必須增加管道增壓器，對管道內的物料二次流化，防止氣灰分層，又一次降低灰氣比、增加系統流速導致管道磨損[5]。目前國內外眾多輸灰設備廠家唯一可以實現真正遠距離輸灰(2000 m以上)且穩定運行的只有先導式氣力輸灰系統。

c.能耗低、效率高

先導式輸灰系統分為3個過程，即進料、加壓流化、輸送，省略了管道吹掃。管道吹掃由于流速高、灰氣比小，浪費大量壓縮空氣。先導式氣力輸灰系統可以實現所有物料的滿管輸灰，流速低，倉泵里面沒有灰時可停止輸送，管道內的物料不會影響下個過程輸送，不會堵管。同等輸灰管道輸送量是傳統輸灰系統的1倍以上；同等的系統配置，先導式輸灰系統輸灰能力可提高1倍以上[6-7]。

改造前安裝就地流量計，對用氣量進行計量，和改造后的用氣量進行對比，改造后的節氣量可達50%～70%。

d.磨損小

先導式氣力輸灰系統輸灰流速平均不超過5 m/s，灰庫端不超過8 m/s。由于流速和磨損成正比，因此管道彎頭磨損比傳統輸灰系統小很多。輸灰設備、管道材質相同的情況下，先導式氣力輸灰系統使用壽命是傳統輸灰系統的2～3倍。

e.配置簡單

系統沒有繁瑣的控制及配氣，倉泵只有主進氣1個進氣點，所有倉泵的流化、一次氣、二次氣都不需要，減少系統的故障點、控制點。

4 改造效果

為解決傳統輸灰系統經常出現的堵管現象，保證鍋爐深度摻燒安全，撫順熱電對原輸灰系統進行改造，使用先導式氣力輸灰系統。

4.1 改造前運行情況

a.空壓機運行情況

1號、2號鍋爐空壓機為母管串聯，正常運行5臺空壓機(根據實際工況調整)。空壓機排氣量44.3 m3/min、功率262 kW、干燥機功率16.5 kW。

b.1電場輸灰系統運行情況

改造前機組平均負荷167.82 MW，1電場輸灰系統運行9次/h，系統運行相對穩定(機組啟機時偶爾會出現堵管或高料現象)。原輸灰系統運行曲線如圖1所示。

圖1 原輸灰系統運行曲線

流量計安裝于電除塵灰用壓縮空氣母管，2019年10月10日16:00安裝完成,10月11日08:00開始計量，最大瞬時流量3526.43 m3/h。1電場輸灰系統參數如表1所示。

表1 改造前1電場輸灰系統參數

1電場輸灰系統改造前參數：①每天耗氣量26 749.64 m3，輸灰9次/h，單次輸灰用氣量為123.84 m3，平均灰耗氣量79.18 m3/t;②空壓機運行臺數為1.327臺。

c.脫硝系統運行情況

改造前因脫硝系統堵管未投入運行，輸灰用氣量按設計值20 m3/次計算，24 h輸灰用氣量為4320 m3。

4.2 改造后運行情況

a.1電場輸灰系統運行情況

改造后2臺鍋爐共運行4臺空壓機，機組平均負荷138 MW，1電場輸灰系統運行4～5次/h，運行曲線如圖2所示。

圖2 改造后輸灰系統運行曲線

2019年11月13日，1電場輸灰系統最大瞬時流量為1 419.65 m3/h，參數如表2所示。

表2 改造后1電場輸灰系統參數

1電場輸灰系統改造后參數：①每天耗氣量7148.25 m3，輸灰4次/h，單次輸灰用氣量為74.46 m3/次，平均灰耗氣量16.56 m3/t;②空壓機運行臺數為0.534臺。

b.脫硝系統運行情況

脫硝系統改造后運行穩定，輸灰用氣量17.3 m3/次，24 h輸灰用氣量為1660.8 m3。

4.3 改造前后效果對比

a.1電場輸灰系統改造前后對比如表3所示。

表3 1電場輸灰系統改造前后對比

改造后節約用氣量73.27%；節約空壓機臺數為0.307臺。

b.脫硝系統改造前后對比如表4所示。

表4 脫硝系統改造前后對比

改造后節約用氣量61.56%；節約空壓機臺數為0.042臺。

1號鍋爐1電場輸灰系統和脫硝系統改造后，其節約用氣量71.65%；節約空壓機臺數為0.349臺。

4.4 投資節約分析

4.4.1 能耗率核算

a.按節約空壓機臺數核算

節約電量為78.64 kWh;節約廠用電率為0.0218%。

b.按空壓機瞬時負載核算

改造前空壓機瞬時負載為173.8 kWh;改造后空壓機瞬時負載為71.79 kWh;節約廠用電率為0.028 22%。

按空壓機瞬時負載核算與按節約空壓機臺數核算存在偏差，考慮空壓機實際運行及用氣量，最終按空壓機瞬時負載進行核算，并通過空壓機實際廠用電率進行驗證。

2019年11月7—11日，空壓機用電量占廠用電率為0.335 7%，同比降低0.025 3%。考慮去年同期脫硝系統未正常投運，節約廠用電率0.003 4%，故今年同比廠用電率降低為0.028 7%。

4.4.2 節約費用

1號機組按每年運行7320 h計算。改造前空壓機耗電量為127.22萬kWh，耗電費用為43.76萬元；改造后空壓機耗電量為52.55萬kWh，耗電費用為18.08萬元。節約空壓機耗電費用為25.68萬元。改造后每年節約維護費用8.2萬元。

5 改造后存在問題

a.僅對1電場輸灰系統及脫硝系統進行改造，輸灰量為估算數，對2—5布袋輸灰系統未進行改造。

b.改造前，1號鍋爐脫硝系統由于管道內進雜物，平移閥故障頻繁等，未能準確計量氣量。

c.由于數據采集時間較短，得出的數據相互存在偏差，因此需要采集長時間數據作為最終結果。

d.改造后由于時間過短，加之煤種、負荷變化，對先導式氣力輸灰系統不堵管、磨損小等特點無法驗證。

e.鍋爐長周期大負荷運行時未進行試驗，需進一步觀察。

6 結論

a.本次1號鍋爐1電場輸灰系統和脫硝系統改造符合技術要求，超過預期改造目標(節氣率50%以上)，平均節氣率可達71.65%。改造后短期徹底解決了輸灰堵管問題，脫硝系統正常輸灰，大大降低了輸灰設備故障率，使輸灰系統進入良性循環,但各項功能還需要進一步長期觀察。

b.先導式氣力輸灰系統可以實現低壓、恒速、恒流、恒壓輸灰，真正實現了節能降耗、降低磨損的功能，節能效果最低為50%。在輸灰過程中，堵管點的自動成栓閥可以自動打開下個成栓閥，提前對管道進行吹掃，清除障礙，使輸灰更流暢，降低了伴氣管道與輸灰管道的壓差，以最少的進氣量達到最高的輸灰效率。解決了傳統輸灰過程中的多種難題，具有很好的應用效果。