先導(dǎo)式氣力輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

賀建平，袁 飛，劉 剛，高 琨，郝艷斌

（神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司，山西忻州 034000）

2號(hào)爐采用了先導(dǎo)式輸灰方式，對(duì)原輸灰系統(tǒng)進(jìn)行了全面的改造，解決了以下幾個(gè)問(wèn)題：①解決了系統(tǒng)的能耗問(wèn)題，機(jī)組在高負(fù)荷320 MW 時(shí)空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量降為6臺(tái)，停運(yùn)一臺(tái)空壓機(jī)；②解決了整個(gè)輸灰系統(tǒng)磨損嚴(yán)重的問(wèn)題；③提高了輸灰系統(tǒng)出力、增強(qiáng)了輸灰系統(tǒng)適應(yīng)性，改造后輸灰能力提高至110 t/h 以上。

1 應(yīng)用背景

河曲CFB 電廠建設(shè)規(guī)模為2×350 MW 凝汽式超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，冷卻方式采用表面式間接空冷，鍋爐采用循環(huán)流化床鍋爐，兩臺(tái)機(jī)組分別于2015年9月28日和11月13日投產(chǎn)。

原#2 爐輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)：2 號(hào)爐均分為4 個(gè)輸灰單元，其中第一輸灰單元由電除塵A 側(cè)1、2號(hào)倉(cāng)泵與空預(yù)器A 側(cè)1、2號(hào)倉(cāng)泵串聯(lián)起來(lái)共用一條DN175輸灰管道至灰?guī)欤诙敾覇卧呻姵龎mB 側(cè)1、2號(hào)倉(cāng)泵與空預(yù)器B 側(cè)1、2號(hào)倉(cāng)泵串聯(lián)起來(lái)共用一條DN175輸灰管道至灰?guī)欤谌敾覇卧刹即龎m器A 側(cè)1、2、3號(hào)倉(cāng)泵串聯(lián)起來(lái)用一條DN175輸灰管道至灰?guī)欤谒妮敾覇卧刹即龎m器B 側(cè)1、2、3號(hào)倉(cāng)泵串聯(lián)起來(lái)用一條DN175輸灰管道至灰?guī)臁?/p>

2 系統(tǒng)改造概況

（1）本次研究范圍。#2機(jī)組預(yù)電除塵倉(cāng)泵下氣化室至灰?guī)祉敳枯敾夜艿栏鼡Q及加裝先導(dǎo)閥及附件，并鋪設(shè)伴氣管道；空預(yù)器倉(cāng)泵下氣化室至預(yù)電除塵并管處在原輸灰管道加裝先導(dǎo)閥及附件，并鋪設(shè)伴氣管道；布袋除塵器倉(cāng)泵下氣化室至灰?guī)斓撞考友b先導(dǎo)閥及附件，并鋪設(shè)伴氣管道；系統(tǒng)改造為先導(dǎo)輸灰控制方式。

（2）改造后輸灰管線布置。①電除塵4臺(tái)倉(cāng)泵串聯(lián)使用一根DN225輸灰管道至灰?guī)欤虎诳疹A(yù)器4臺(tái)倉(cāng)泵串聯(lián)后并入電除塵輸灰管道至灰?guī)欤虎鄞鼌^(qū)B 側(cè)倉(cāng)泵下氣化室至灰?guī)斓撞枯敾夜艿乐粱規(guī)欤虎艽鼌^(qū)A側(cè)倉(cāng)泵下氣化室輸灰管道至灰?guī)臁?/p>

（3）沿輸灰管道鋪設(shè)一條先導(dǎo)閥專用伴氣管道，給先導(dǎo)閥提供氣源，同時(shí)在伴氣管道末端安裝排污閥，相對(duì)低點(diǎn)安裝疏水系統(tǒng)。

（4）輸灰系統(tǒng)的配氣系統(tǒng)只保留原輸送系統(tǒng)的主進(jìn)氣，所有的二次氣、防堵助吹氣等全部取消。

（5）從專用伴氣管道上安裝先導(dǎo)閥組件，并與先導(dǎo)閥連接。

（6）#2爐輸灰用壓縮空氣氣管上安裝插入式流量計(jì)，以計(jì)量輸灰壓縮空氣用量。

（7）優(yōu)化控制邏輯以適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行。

3 氣力輸灰介紹

3.1 傳統(tǒng)氣力輸灰

氣力輸灰是一門(mén)利用有壓管流輸送粉粒狀物體的輸送技術(shù)，它具有生產(chǎn)率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可升可降，操作方便，長(zhǎng)距離輸送不受地域影響的特點(diǎn)，而且在輸送過(guò)程中可以進(jìn)行匯合、分流、混合、粉碎、分級(jí)、干燥、冷卻除塵等工藝操作，過(guò)程封閉既保證物品不受潮、污損或混入異物，又能滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

氣力輸灰的形式分為濃相、稀相、正壓、微正壓、負(fù)壓等多種形式。目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)使用較多的是濃相氣力輸灰。在濃相氣力輸灰系統(tǒng)中，堵管、遠(yuǎn)距離、磨損是相互制約和相互矛盾的，為了解決堵管，只有增加系統(tǒng)的用氣量，增加系統(tǒng)的磨損，反之，系統(tǒng)容易發(fā)生堵管，一旦發(fā)生堵管處理不及時(shí)，容易發(fā)生惡性循環(huán)，從而造成一系列的嚴(yán)重后果，例如，除塵器放灰、機(jī)組降負(fù)荷、除塵器跳閘等。

3.2 先導(dǎo)式輸灰特點(diǎn)

（1）徹底解決了輸灰堵管現(xiàn)象（永不堵管）。提高輸灰系統(tǒng)的輸送效率，由于堵管現(xiàn)象的消除，相應(yīng)節(jié)省了處理堵管時(shí)間，一定程度上保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，使輸灰系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)。

可適應(yīng)任何粉體物料的輸送系統(tǒng)，安裝自動(dòng)成栓閥后系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生堵管，且可靠性非常高，即便想人為讓系統(tǒng)堵管幾乎都沒(méi)有可能。

（2）可以實(shí)現(xiàn)理想中的遠(yuǎn)距離輸送，想送多遠(yuǎn)送多遠(yuǎn)（遠(yuǎn)距離輸送）。目前成功案例中在國(guó)內(nèi)、外眾多輸送設(shè)備廠家中唯一可以實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)距離（如2 000m 以上的）且可以穩(wěn)定運(yùn)行的，只有新型栓塞輸送系統(tǒng)。當(dāng)輸送距離超過(guò)800m 時(shí)，常規(guī)輸送系統(tǒng)必須通過(guò)合理的配氣、控制等進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)只能降低系統(tǒng)的灰氣比；當(dāng)輸送距離超過(guò)1 200m 時(shí)，常規(guī)輸送系統(tǒng)必須增加管路增壓器，以進(jìn)行對(duì)管道內(nèi)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(tǒng)流速、增加管道磨損。

（3）實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果（低能耗、效率高）。常規(guī)輸送系統(tǒng)輸送分為四個(gè)過(guò)程，進(jìn)料、加壓流化、輸送、管道吹掃；先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)只有三個(gè)過(guò)程，進(jìn)料、加壓輸送，省略了管道吹掃。管道吹掃的過(guò)程有以下幾個(gè)特點(diǎn)，流速高、灰氣比小、浪費(fèi)大量壓縮空氣。先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有物料的滿管輸送，流速低，倉(cāng)泵里面沒(méi)有灰時(shí)就可停止輸送，在管道內(nèi)的物料不會(huì)影響下一個(gè)過(guò)程的輸送，不會(huì)堵管。同等輸灰管徑輸送量是常規(guī)輸送系統(tǒng)的一倍以上，同等的系統(tǒng)配置，使用先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)后，輸送能力可提高一倍以上。

（4）本系統(tǒng)的用氣量單獨(dú)安裝流量計(jì)進(jìn)行計(jì)數(shù)（就地式）。對(duì)系統(tǒng)用氣量進(jìn)行考核，改造前先安裝流量計(jì)，對(duì)原系統(tǒng)用氣量進(jìn)行計(jì)量，雙方確認(rèn)用氣量結(jié)果后，再對(duì)改造后的用氣量進(jìn)行計(jì)量，前后對(duì)比節(jié)氣量效果達(dá)到50%～70%。

（5）延長(zhǎng)管道使用壽命（磨損小）。先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)因?yàn)槭菨M管輸送，所以輸送流速低，流速和磨損成正比，對(duì)管道彎頭等的磨損比常規(guī)輸送系統(tǒng)低很多。輸送流速平均不超過(guò)5 m/s，灰?guī)於瞬怀^(guò)8 m/s。輸灰設(shè)備、管道同樣材質(zhì)的情況下先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)的使用壽命是傳統(tǒng)輸灰系統(tǒng)的2～3倍。

（6）系統(tǒng)做減法處理（簡(jiǎn)配置、免維護(hù)）。系統(tǒng)配置相當(dāng)簡(jiǎn)單，沒(méi)有繁瑣的控制，沒(méi)有繁瑣的配氣，倉(cāng)泵只有主進(jìn)氣一個(gè)進(jìn)氣點(diǎn)，所有的倉(cāng)泵流化、一次氣、二次氣都不需要，減少了系統(tǒng)的故障點(diǎn)、控制點(diǎn)。

本次改造方案采用先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)技術(shù)，系統(tǒng)具備運(yùn)行穩(wěn)定，不堵管，磨損小，輸送效率高，無(wú)故障運(yùn)行，用氣小等特點(diǎn)。

4 應(yīng)用效果及結(jié)果分析

4.1 耗氣量測(cè)量

在2號(hào)機(jī)組停運(yùn)前在輸灰母管處安裝智能渦街流量計(jì)，于2022年1月20日安裝完畢。該流量計(jì)出廠前已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)并調(diào)零，流量計(jì)示值準(zhǔn)確。經(jīng)試驗(yàn)各方認(rèn)可，可以作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的來(lái)源。分別在輸灰系統(tǒng)改造前后6天時(shí)間內(nèi)，記錄2號(hào)機(jī)組流量計(jì)的空氣耗量累計(jì)值，計(jì)算各自的每天耗氣量并進(jìn)行節(jié)氣率對(duì)比。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

輸灰系統(tǒng)全天耗氣量試驗(yàn)。2號(hào)機(jī)組先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)改造前耗氣量開(kāi)始時(shí)間為：2022 年1 月21 日00：00：00，結(jié)束時(shí)間為2022 年1 月26 日01：00：00，試驗(yàn)階段保持先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。

表1 2號(hào)機(jī)組先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)改造前壓縮空氣耗量

2號(hào)機(jī)組先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)改造后耗氣量開(kāi)始時(shí)間為：2022年4月6日16：30：00，結(jié)束時(shí)間為2022年4月11日16：30：00，試驗(yàn)階段保持輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 2號(hào)機(jī)組輸灰系統(tǒng)改造后壓縮空氣耗量

根據(jù)以上結(jié)果可以看出，在保持輸灰系統(tǒng)日常運(yùn)行的狀態(tài)下，2 號(hào)機(jī)組改造前的每日平均耗氣量為84325.66 Nm3，2 號(hào)機(jī)組改造后的耗氣量為34988 Nm3，2號(hào)機(jī)組改造后相比于改造前節(jié)氣率為58.5%。

4.3 先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力能力分析

1號(hào)機(jī)組先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力試驗(yàn)從2022年4月10日18 ∶40開(kāi)始，至2022年4月10日19：40結(jié)束，試驗(yàn)過(guò)程為：①將2號(hào)爐輸灰系統(tǒng)進(jìn)行灰料積攢過(guò)程（電場(chǎng)區(qū)持續(xù)落料190 s，空預(yù)器持續(xù)落料190 s，布袋區(qū)持續(xù)落料80 s）；②將2號(hào)爐輸灰系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)行最大出力試驗(yàn)。輸灰過(guò)程中，輸灰母管的總壓力為0.32～0.35 MPa。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，2號(hào)爐落灰情況良好，管道輸運(yùn)穩(wěn)定，輸灰壓力曲線平穩(wěn)且規(guī)律性較強(qiáng)。

2號(hào)爐先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力試驗(yàn)總時(shí)長(zhǎng)為1 h。試驗(yàn)過(guò)程中，主進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟灰管壓力上升代表輸灰循環(huán)開(kāi)始，下降至100 kPa 以下代表輸灰循環(huán)結(jié)束，電場(chǎng)區(qū)單個(gè)循環(huán)的平均時(shí)間為9 min，1 h 內(nèi)持續(xù)輸灰6個(gè)循環(huán)，時(shí)間充足。空預(yù)器單個(gè)循環(huán)的平均時(shí)間為7 min，1 h 內(nèi)持續(xù)輸灰8個(gè)循環(huán)，時(shí)間充足。布袋區(qū)單個(gè)循環(huán)的平均時(shí)間為9 min，1 h內(nèi)持續(xù)輸灰6個(gè)循環(huán)，時(shí)間充足。

#2 爐電場(chǎng)區(qū)先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力=6（1h 輸送次數(shù)）×4（倉(cāng)泵數(shù)量）×2.83（電場(chǎng)區(qū)倉(cāng)泵容積）×1（倉(cāng)泵充滿度）×1（灰堆積密度）=67.92 t/h；

#2 爐空預(yù)器先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力=8（1h 輸送次數(shù)）×4（倉(cāng)泵數(shù)量）×0.74（電場(chǎng)區(qū)倉(cāng)泵容積）×0.8（倉(cāng)泵充滿度）×1（灰堆積密度）=18.944 t/h；

#2 爐布袋區(qū)先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力=6（1h 輸送次數(shù)）×6（倉(cāng)泵數(shù)量）×2.47（電場(chǎng)區(qū)倉(cāng)泵容積）×0.8（倉(cāng)泵充滿度）×1（灰堆積密度）=71.136 t/h。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算，2號(hào)爐先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)最大出力的試驗(yàn)結(jié)果為電場(chǎng)區(qū)每小時(shí)出力+空預(yù)器1h 出力+布袋區(qū)每小時(shí)出力，為158 t/h。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)改造前、后壓縮空氣用量對(duì)比氣耗效果，#2爐節(jié)氣比原系統(tǒng)超過(guò)50%，高負(fù)荷狀態(tài)下可停運(yùn)一臺(tái)空壓機(jī)。氣源減壓閥后輸送壓力為低壓輸送，不高于0.35 MPa，先導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)作壓力不高于0.3 MPa，解決堵灰的問(wèn)題。低壓輸送，輸送流速降低至6～8 m/s，磨損速度降低至少2/3，管道及閥組的壽命延長(zhǎng)至少2/3，解決因輸灰系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成的設(shè)備磨損、故障等問(wèn)題，減少維護(hù)工作，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。先導(dǎo)輸灰系統(tǒng)灰氣比由原來(lái)的20 ∶1提高至40 ∶1，2號(hào)爐滿罐滿管輸送能力提高到158 t/h，完全滿足鍋爐煤質(zhì)摻燒工況，對(duì)火電企業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的貢獻(xiàn)非常大。