雙套管氣力輸送技術在2×1000MW 電廠大出力輸灰系統改造中的應用

張征

（北京國電富通科技發展有限責任公司，北京 100070）

一、改造邊界條件

（一）原有氣力除灰系統

單臺機組配置兩臺三室五電場靜電除塵器，每臺除塵器設置30 個灰斗，即單臺機組除塵器共60 個灰斗，省煤器下4 個灰斗。原有氣力輸灰系統采用單管系統，配置情況如下：輸灰管路布置描述：除塵器一電場A 側采用4 臺輸送泵串聯方式，通過1 根DN225 管道，將飛灰輸送至灰庫。除塵器一電場B 側采用4 臺輸送泵串聯方式，通過1 根DN200 管道，將飛灰輸送至灰庫。除塵器一電場C 側采用4 臺輸送泵串聯方式，通過1 根DN200 管道，將飛灰輸送至灰庫。除塵器二、三、四、五電場A 側分別采用6 臺輸送泵串聯方式，通過管路切換，合用1 根DN200 管道將飛灰輸送至灰庫。除塵器二、三、四、五電場B 側分別采用6 臺輸送泵串聯方式，通過管路切換，合用1 根DN200 管道將飛灰輸送至灰庫。省煤器采用4 臺輸送泵串聯方式，通過1 根DN125 灰管，與除塵器一電場A 側灰管混合后，將飛灰輸送至灰庫。

（二）改造后各單元出力要求

電廠要求：改造各輸灰單元設計出力為（單臺爐）：1A/80t；1B/80t ；1C/65t。（省煤器前置輸灰管與除塵器一電場A 側灰管混合后同1A 輸送單元管道一同進入灰庫，省煤器灰量約為15t）。

（三）輸送距離

3#爐：

1A 輸送單元管道至1#原灰庫下灰庫輸送距離約120 米，90°彎頭數量7 個。

1B 輸送單元管道至1#原灰庫下灰庫輸送距離約160 米，90°彎頭數量7 個。

1C 輸送單元管道至1#原灰庫下灰庫輸送距離約198 米，90°彎頭數量7 個。

4#爐：

1A 輸送單元管道至1#原灰庫下灰庫輸送距離約235 米，90°彎頭數量7 個。

1B 輸送單元管道至1#原灰庫下灰庫輸送距離約275 米，90°彎頭數量7 個。

1C 輸送單元管道至1#原灰庫下灰庫輸送距離約315 米，90°彎頭數量7 個。

二、原氣力輸灰系統問題及分析

（一）粉煤灰特性分析

2020 年12 月對電廠除塵器一電場粉煤灰進行了收集，對灰樣特性進行了分析試驗，得出灰樣粒徑分布情況，見下圖，

檢測時，從灰樣樣品中取適量樣品，為防止樣品中成分與液體發生反應，測量時選擇干法激光粒度儀進行測量。根據激光粒度儀測量機理，監測結果已經是儀器5 次采集測量后產生的平均數值。灰樣中粒徑跨度較大，分布在0-400μm，在100-200μm 之間分布較多，中粒徑為104.5μm，常規飛灰粒徑在50um 左右。同時，對粉煤灰的灰樣的松裝密度（堆積密度）進行了檢測，結果為0.845t/m3，常規粉煤灰堆積密度：0.75-0.8t/m3。

綜上，較常規粉煤灰，清水川二期粉煤灰粒徑較大、容重略大，粉煤灰間隙較大，耗氣量增加，輸送難度較大。現場為了粉煤灰順利輸送，采用持續不斷增加補氣量維持運行，但由于末端管道末速度高，造成管道、彎頭、閥門等磨損嚴重。

（二）現有氣力輸灰系統出力分析

電場實際灰量分析

筆者收集了2020 年12 月初的入爐煤（兩臺爐）分析匯總表，詳見下表：

表1 12 月初入爐煤參數

經過與電廠工程師溝通，由于煤質的變化，目前收到基灰分≥40%。上表中，12月2 日燃煤量最高，兩臺爐燃煤量26944t/d，收到基灰分按40%計算，則兩臺爐24小時灰渣總量為10777.6t →兩臺爐每小時灰渣總量為449t →每臺爐每小時灰渣總量為224.5t →每臺爐每小時粉煤灰量為202t（灰渣比：9:1）。

可以看出，單臺機組實際粉煤灰量超過200t/h。反觀現有氣力輸灰系統配置，一電場A/B/C 單元配置DN225/DN200/DN200 輸灰管道，二三四五電場單元同樣配置的也是DN200 管道。而一電場粉煤灰占總灰量的80%左右，因此現有一電場配置略顯不足，二三四五電場配置相對較高，加之粉煤灰特性較難輸送，造成系統出力不足。（經過與業主溝通也驗證了這一點，現有系統出力在180t/h-190t/h 左右）

（三）煙道煙氣分布不均

經過電廠分析，在滿負荷工況下各煙道煙氣量偏差：A3 是A1 的1.45 倍，A2 與A1 基本相同，B1 是B3 的1.48 倍，B2 與B3 基本相同；A、B 兩側煙氣量基本相同。以本次一電場改造為例，煙氣量偏差如下圖：

由于煙道煙氣量不同，導致A3/B1 的粉煤灰量增加，且粗灰含量較高，而目前除灰系統仍按灰量平均分配配置，造成現場A3/B1 輸灰單元（即1B 單元）出力明顯不足、且堵灰尤為嚴重。

三、雙套管工作原理簡介

輸送管道內部上方安裝了一個輸助內管，內管的底部每間隔一定距離開設了一定型狀帶墊圈的開口。通過內管的作用，對輸送管道中的飛灰增加了一個撓動，從而使原來沉積在管底的飛灰在輸灰管內的輸送空氣的作用下，順利地被送入灰庫。在管道底部形成了小山坡形狀的積灰，從而在此處形成了壓降的劇增，空氣被迫進入輔助內管，并在內管的下一個開口處流出再度進入輔助管道，從而在流出口形成了人為附加的紊流流動狀態，這個紊流效應能消除已積聚的灰堆。

（a）圖是雙套管的剖面圖和斷面圖，下圖是單管的剖面圖和斷面圖。

（b）圖，氣流流入和流出輔助內管的過程在整個輸送途中不斷重復，不斷積聚的灰堆通過不斷流出的紊流氣流得以消除。產生的最終結果是通過采用低的輸送速度取得一個高灰氣比的物料輸送以及相應劇烈減少的管道磨損。

四、改造措施

為了解決現有氣力輸灰系統出力不足、磨損嚴重的問題，同時考慮改造成本及電場灰量分布情況（一電場粉煤灰占總灰量的80%），決定采用雙套管氣力輸灰系統對原有#3 爐及#4 爐除塵器一電場及省煤器除灰系統進行改造。

（一）改造后系統配置

2021 年4 月清水川二期#3 號爐除塵器一電場及省煤器除灰系統改為北京國電富通科技發展有限責任公司的雙套管系統。2021 年6 月調試完畢并投入運行，從運行反饋來看，雙套管解決了出力不足的問題，降低了輸送系統流速。下表為改造后系統配置方案：

表2：改造后輸送罐配置（每臺機組）

表3：改造后輸送單元配置（每臺機組）

表4：改造后輸灰管道配置（每臺機組）

（二）原有空壓機系統改造說明

兩臺機組改造后，按設計出力要求，雙套管具有灰氣比高、耗氣量低的優勢，3#機除塵器一電場及省煤器最大耗氣量：小于114.7Nm3/min，4#機除塵器一電場及預熱器最大耗氣量：小于124.1Nm3/min。按灰量分配比例反推單臺爐除灰系統氣量（有偏差）：3#機總耗氣量約114.7/0.85=134.9Nm3/min，4#機總耗氣量約124.1/0.85=146Nm3/min，兩臺機組總耗氣量小于280.9Nm3/min。

綜上所述，現場最大灰量時需要5 臺或6 臺空壓機運行（考慮當地氣壓和實際灰量問題），空壓機系統不需要調整。同時單臺爐配供2 臺20m3的輸送用儲氣罐可以滿足要求，無需調整。原有空壓力系統配置如下：

表5：原有壓縮空氣系統配置

（三）改造原有系統進氣配置

由于機組灰量較大，為了避免出現各輸送單元間搶氣的問題，改造1A/1B/1C 單元輸送氣供氣配置。由除塵器內空氣母管（空氣母管引自輸送用儲氣罐出口，未經減壓的空氣。空氣母管由買方提供）上就近引取輸灰用氣，增加減壓組件。

五、結論

第一，清水川二期電廠運行結果表明：雙套管輸灰技術適合輸送大灰量、大顆粒的干灰。第二，雙套管除灰技術具有高灰氣比、不易堵管、大出力、節能等優勢，已在眾多新建電廠及老廠改造中得到應用。