660MW發電機組干灰系統優化改造方案評析

張 濤

（大唐淮北發電廠，安徽 淮北 235000）

0 引言

隨著干灰系統運行時間增加，系統及閥門故障數量逐年遞增，部分消缺反復出現，增大了運維人員的勞動強度，增加了維護成本。除塵器本體阻力逐漸增大使引風機電流增大，而且壓縮空氣耗氣量逐漸上升，使系統處于不經濟運行狀態。為保證干灰系統的可靠運行和經濟性，必須對干灰輸送系統閥門、倉泵出料總成、輸灰管道和電袋除塵器噴吹活塞閥進行整體換型及系統技術改造。

1 原系統或設備的基本情況

1.1 進行改造的系統或設備的基本情況

大唐淮北發電廠虎山項目裝設2臺660 MW超臨界參數燃煤汽輪發電機組，鍋爐為超臨界參數變壓直流爐，一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構鍋爐。

輸灰系統采用雙套管技術，由大唐集團科技工程有限公司配套提供，電袋除塵器噴吹系統由浙江菲達配套提供。每臺機組除塵器由2個電場、3個袋區構成，省煤器輸灰系統單獨配置1根輸灰管路。輸灰系統下進料閥均采用硬密封擺動閥。布袋噴吹采用活塞式脈沖噴吹閥。

在MCR（最大連續出力）最差煤質時2臺爐的飛灰量為300 t/h（實際摻燒煤泥約240 t/h），最大用氣量約為157.2 Nm3/min。2臺爐氣力輸送系統共用一套氣源系統，氣源設計容量為4臺60 Nm3/min螺桿空壓機，三運一備，配套4臺70 Nm3/min組合式干燥機。

1.2 系統或設備簡述

大唐淮北發電廠虎山項目氣力輸送系統采用濃相正壓輸送原理，每臺爐設計配置46臺套輸送泵，其中每臺倉泵配2臺DN200氣動進料閥（上進料為氣動蝶閥、下進料為旋轉閥），一二電場每臺倉泵配1臺DN80氣動排氣閥，一二三袋區及省煤器輸灰系統每2臺倉泵配1臺DN80氣動排氣閥。系統共分為8個輸送單元，4根輸灰管道。輸灰系統將飛灰輸送至3座混凝土灰庫，單臺爐設計輸送能力150 t/h。

大唐淮北發電廠虎山1、2號爐電袋復合除塵器，設計為“2電場+3袋區”，其中袋區劃分為4個并列布置的過濾單元A1、A2、B1、B2，每單元設計為3階梯型布置，濾袋規格為φ138 mm×8300 mm 。單臺爐設計安裝的濾袋總數為14 296條，配套536只噴吹閥，48組氣包，其中40組氣包配套11只噴吹閥、8組氣包配套12只噴吹閥，每只噴吹閥噴吹27條布袋約98 m2。

1.3 技術狀況及其他有關技術參數

下進料閥及排氣閥閥體材質為鑄鐵，密封環及閥板材質為硬質材質和陶瓷，閥門啟閉全行程時間約10 s～13 s，閥位信號裝置為無接觸磁感應接近開關。噴吹閥的活塞為鑄鐵材質，閥體為鋁合金壓膜鑄造，實際噴吹面積約60m2～70m2。

1.4 主要歷史狀況

自2013年投入運行，氣源系統由原設計的三運一備方式變更為4臺空壓機全開也無法滿足機組較高負荷時用氣量要求（＞550 MW）。為解決壓縮空氣量不足的問題，于2014年10月在原有4臺60 Nm3/min空壓機基礎上新增1臺160 Nm3/min離心空壓機并進行壓縮空氣系統整體優化。目前正常情況下2臺爐氣力輸灰系統運行時需要開啟1臺160 Nm3/min離心空壓機和1臺60 Nm3/min螺桿空壓機，3臺60 Nm3/min螺桿空壓機作為備用機。

若離心空壓機保養或檢修，4臺60 Nm3/min螺桿空壓機運行，仍不能滿足2臺機組較高負荷時輸灰系統用氣需求。

2 存在的主要問題

2.1 缺陷情況的記錄

虎山2臺660MW機組每年的輸灰系統及電袋除塵器噴吹系統發生的各類備品配件費用約60萬元，輸灰及噴吹系統缺陷量大，發生頻繁，同時造成壓縮空氣的極大浪費，從而也加劇了閥門管道的磨損，導致輸灰空壓機系統的效率差。2015年09月—2016年09月干灰整個系統缺陷發現：料位缺陷37條，儀控專業閥門故障82條，機務專業缺陷109條，其中雙套管磨損脫落造成輸灰不暢及灰庫閥門卡澀5條，閥門內漏磨損69條，閥門關閉不嚴造成輸灰管積灰、堵塞及其他機務缺陷35條，共計228條缺陷發生。

系統更換下進料DN200整閥約65次，更換上進料DN200整閥約40次，更換DN80整閥約45次，更換噴吹閥約39次。

輸灰雙套管小管脫落，出現堵管、出力下降、磨損加劇的現象。

由于閥門選型問題，上、下進料閥、透氣閥和噴吹閥故障率高，檢修人員維護量大。造成除塵器本體阻力大、引風機電流增大，負荷在550 MW以上時甚至造成輸灰困難。輸灰系統日常維護所消耗材料費用和人工費用逐年遞增。

隨著系統投入使用時間增加，壓縮空氣耗氣量逐漸增加，目前干灰系統耗氣量較大，超過設計耗氣量。2臺機干灰系統設計氣量是157.2 Nm3/min，目前實際耗氣量大約220 Nm3/min，比設計耗氣量多約40%。當機組滿負荷運行時，一、二電場中任意一個電場因故障退出時，現有一、二、三袋區輸送出力不足，必須提高袋區輸送系統的出力來應對該工況。

2.2 安全隱患

出現以上安全狀況會影響氣力輸送及系統安全性，閥門內漏導致輸灰不暢并加速閥體的磨損、輸送時除塵器內部二次揚塵，嚴重時會導致出現灰斗高料位，陽極振打錘系不能正常投用，甚至會出現一排4個倉泵的電場不能正常投用，嚴重危及灰斗的安全，有坍塌的風險，影響電除塵及機組的安全運行[1]。

2016年5月9日，1號爐因多個閥門故障集中發生，導致干灰系統落灰不暢、輸灰困難，電區和袋區出現灰斗高料位、電場被迫退出，機組被迫降負荷。同時2號爐也出現多個閥門故障（內漏、機械卡咬和閥桿斷裂等），導致干灰系統輸灰困難。

3 改進措施

隨著國家對環境保護的要求越來越高，發電廠對燃燒后的飛灰處理都采用了先進的處理措施，在減少工作量和提高經濟效益的同時以達到環境保護的要求[2]。1）擬通過對電除塵干輸灰系統硬密封氣動閥門進行換型以及拆除作用不大的上進料蝶閥，將年故障次數、累計故障時間降低到較低的水平，減少維護工作量，提高經濟性。2）擬通過對活塞式噴吹閥進行換型，恢復電袋復合除塵器本體總阻力設計值（在不受外界因素干擾情況下）：≤800Pa（初期）/終期≤1200Pa。3）將省煤器、除塵器倉泵磨損嚴重的出料總成、進氣組件、補氣組件進行更換。輸灰管道通過整體優化，有效降低后端管道的磨損并提高系統輸送能力。4）當任一電場退出后，為了袋區輸灰能力能滿足機組負荷要求，需要提高一、二、三袋區的輸送能力，增加輸灰系統安全性，每臺爐袋區各增加1根輸灰管道，分A、B兩側設2根灰管。5）將磨損嚴重、雙套管小管脫落的廠區輸灰管進行更換，對原系統管徑重新優化設計，使輸送穩定，減少現有工況能耗的25%，達到原設計效果。6）輸灰管道上設置自動清堵裝置，一旦發生堵管，能通過DCS程序實現自動清堵。7）使用非接觸式的無源核子料位計，采用灰斗低料位聯鎖運行，降低系統耗氣量，實現節能減排。8）優化輸灰系統的運行工藝，降低整套系統的巔峰耗氣量。

4 方案論證

4.1 改造方案介紹

本次改造拆除上進料氣動閥，將下進料閥及排氣閥換型為軟密封圓頂閥（省煤器倉泵由于灰溫高，該部分倉泵進料閥采用優質高溫耐磨旋轉閥），在原控制程序中刪除上進料氣動閥并增加圓頂閥控制邏輯，將原上進料閥控制信號做為新增灰管清堵氣動閥控制信號，下進料閥信號作為圓頂閥控制及報警信號?，F有省煤器、電區、袋區倉泵無須整體更換，對出料總成、進氣組件、補氣組件進行更換。

電區輸灰管道數量不變，袋區重新設計布置輸灰管道數量，對輸灰管道進行整體優化，如采用雙管需要重新進行管道選型降低輸送氣量；如采用單管須使用管道變徑技術降低灰氣輸送末端速度，實現全程低速穩定輸送。

采用灰斗低料位聯鎖運行技術，提高輸灰系統運行可靠性，降低維護費用，使系統實現節能降耗的目標。當灰斗料位計探測到灰斗低料位后，開啟倉泵系統的平衡閥和進料閥對倉泵進料，確保倉泵能夠滿泵輸送，避免了氣力輸送系統的“空跑”現象的發生，降低了氣力輸送系統的磨損及能耗。并對現有配氣進行調整，達到最佳灰氣比，讓系統處于最經濟的運行狀態，同時限時開啟進料閥，防止料位計故障引起灰斗堵灰。

修改DCS控制邏輯，采用科學、先進的運行工藝。根據灰管的出力、鍋爐負荷、煤的灰份，對灰管進行聯鎖運行。正常運行時在保證除塵器不積灰的情況下，最大限度地避免輸灰管道同時輸送，從而減少整套系統的巔峰耗氣量，減少空壓機的運行臺數，降低運行維護成本及能耗。

對倉泵的容量設計和輸灰管道優化改造后，提高一、二、三袋區輸灰能力，保證任一電場退出后，袋區輸灰滿足負荷要求。

活塞噴吹閥換型為隔膜脈沖閥，能有效增加單閥單組濾袋噴吹面積，避免濾袋板結、糊袋，恢復電袋復合除塵器本體總阻力設計值（在不受外界因素干擾情況下） ：≤800 Pa（初期）/終期≤1200 Pa。該廠8號機電袋除塵器噴吹系統使用隔膜脈沖閥效果較好。

進料閥是氣力輸送系統中最重要的關鍵部件，圓頂閥特別適用于火電廠的干灰輸送系統。其特點如下。1）無摩擦啟閉，開啟自如，不易卡澀，并且保證密封面在啟閉過程中無摩擦損耗。2） 關閉后充氣密封，柔性密封圈在高壓作用下，僅貼住圓頂，其接合面呈帶狀，密封性能好。3）曲軸設計，閥門開啟時全截面通流，并保護圓頂密封面。4） 自動監測密封氣壓并有報警功能，確保密封良好。

氣動軟密封閥的以上特點使它非常適合密封性要求高的氣力輸送系統。當閥門密封圈泄漏會觸發報警，輸灰系統會暫時停運。當密封圈泄漏問題處理完畢報警消失后，輸灰系統才允許繼續運行。氣動軟密封閥主要的檢修工作是更換密封圈，更換密封圈的時間短（約為30 min），2名檢修人員即可完成（更換擺動閥需要3～4人）。國內投用最早的圓頂閥已經使用近20年，目前仍然可以正常使用。

下表對活塞閥和隔膜閥的性能進行簡單對比（見表1）。

表1 活塞閥與隔膜閥對比特點表

4.2 改造后預期達到的效果

系統年故障次數、累計故障時間能降低到較低的水平。閥門及料位計換型后能夠提高灰斗料位的精確度，提高干輸灰運行工況的穩定性，自動投入率增高，減少了稀相輸灰情況的發生，減少了閥門的動作次數，且減少了倉泵閥門和輸灰系統管道的磨損，從而降低了維護量和維護費用。料位計故障預期下降幅度達到80%以上，閥門故障預期下降幅度達到60%以上，節省輸灰壓縮空氣使用量約25%，有效提高了輸灰系統運行的可靠性；噴吹閥換型后，能有效地增加濾袋噴吹面積，保證有效噴吹次數，避免濾袋板結、糊袋等情況發生，恢復電袋復合除塵器本體總阻力設計值（在不受外界因素干擾情況下）：≤800 Pa（初期）/終期≤1 200 Pa。系統改造前后對比情況見表2。

表2 輸灰系統改造前后參數對比表

4.3 施工方案

通過招標確定名優產品及施工隊伍，結合機組大、小修停機概率進行舊設備拆除及新設備安裝，并實施技術改造。

5 結論

綜上所述，在當前國家全面推動生產革命背景下，對系統全局的統籌，是660MW發電機組干灰系統優化改造中所遵循的原則。該公司此次的干灰系統優化改造是成功的，解決了在生產過程中出現的一系列問題。不但提高了設備生產的安全性能，還有效地降低了成本損耗，每年為公司產生了巨大的經濟效益。1）一次性投資較大，但后續維護減少了工作量，降低了工作強度，既節約了運行維護費用，也節約了人力投入，還可以降低空壓機能耗，減少廠用電。2）提高系統運行的經濟性、安全性，同時可以節約運行維護成本，也有助于提高企業市場競爭能力。節能減支是發電行業發展的必然趨勢。