火力發電廠電除塵輸灰系統節能改造應用與測試分析

摘要：輸灰系統是電廠中重要的輸送系統，傳統輸灰系統由于輸送距離長、管道復雜、易發生堵塞等問題，運行不穩定、生產效率低下、用氣量大。山西魯晉王曲發電有限責任公司于2022年9月～11月對#2鍋爐電除塵輸灰系統進行節能改造。一單元8臺倉泵串聯1條輸灰管道至灰庫，二單元、省煤器、脫硝、空預器合用1條輸灰管道至灰庫。安裝伴氣管道和先導式自動成栓閥，并對輸灰控制系統進行優化升級，同時為掌握改造后輸灰系統各項技術指標，開展#2鍋爐電除塵輸灰系統性能試驗，對輸灰系統的各項技術、經濟指標進行測試。改造后輸灰系統日均耗氣量為26.4Nm3/t，

改造后對比改造前節氣率達55.2%。

關鍵詞：先導式輸灰系統；節能改造；耗氣量；節氣率

引言

山西魯晉王曲發電有限責任公司（簡稱“王曲電廠”）#2鍋爐原設計輸灰系統采用正壓氣力輸灰系統，每臺爐的輸灰系統從壓縮空氣進氣方式上可分成2大部分，分別是A列輸灰單元和B列輸灰單元，每單元又分為5個獨立的系統。其中，A列輸灰單元包括一單元A列輸灰系統、二單元A列輸灰系統、三單元輸灰系統、四單元輸灰系統、五單元輸灰系統；B列輸灰單元包括一單元B列輸灰系統、二單元B列輸灰系統、省煤器輸灰系統、脫硝輸灰系統、空預器輸灰系統；電除塵一單元、二單元、三單元、四單元、五單元各有8臺倉泵，一單元A列、二單元A列共用1根DN200的輸灰母管，一單元B列、二單元B列共用1根DN200的輸灰母管；三單元、四單元、五單元共用1根DN150的輸灰母管，省煤器輸灰7個倉泵，脫硝輸灰8個倉泵，空預器輸灰4個倉泵，3個單元共用1根DN150的輸灰母管，交替進行輸送，輸送至機組對應的原灰庫，同時庫頂切換閥使#1、#2原灰庫互為備用。

目前，因摻燒經濟煤種導致王曲電廠#2鍋爐實際燃煤煤質與原設計發生重大變化，正壓氣力輸灰系統出現用氣量大、彎頭、管閥系統磨損嚴重等問題，特別是省煤器輸灰管道，在投運初期，就頻繁出現輸灰管道堵塞的情況，后通過運行優化調整，勉強設備可維持正常，但故障率仍偏高。因此，輸灰系統的用氣量較高，導致被迫啟動備用空壓機，造成重大的運行隱患。為降低輸灰系統能耗，同時解決輸灰管路頻繁堵塞、磨損的問題，將王曲電廠鍋爐的電除塵輸灰系統節能改造成先導式輸灰系統，改造后輸灰系統耗氣量大幅降低，節氣效果顯著。

1改造前輸灰系統設備參數

王曲電廠鍋爐改造前輸灰系統設備參數如表1所示。

2 改造后的先導式輸灰系統

先導式輸灰系統是近年來在應對大顆粒物料及降本創收大背景下出現的新型輸灰方式，以壓縮空氣作為動力，通過密封管道切割輸送粉粒狀物料的裝置系統。其工作原理是借助先導氣體作為動作及預動作信號，實現料栓的實時成型，逐級輸送的工作方式[1]。常規輸灰系統存在管道磨損嚴重、輸送管道頻繁堵管、輸送壓力高、壓縮空氣耗量大、輸送距離能力有限等諸多問題[2]。而先導式輸灰系統采用切割式低壓滿管輸送方式，不僅可以降低管路摩擦阻力，增加輸送的速度和穩定性，還可以減少系統啟動時的瞬時值穩定氣體壓力[3]。

相對于傳統輸灰系統，先導式輸灰系統具有適應性強、流速低、結構簡單、功耗低等優點[4]。作為一種新型的輸灰系統，先導式輸灰系統在輸送效率、節能減排、防堵塞等方面受到了廣泛關注[5]。先導式自動成栓閥是低壓節能型先導輸送系統的主要設備，它是智能型的全機械產品，無電控元件，動作準確使用壽命長（8～10a），無易損件，每隔一定距離安裝在輸灰管道上，可智能感知輸灰管道內的壓力，當達到設定值時可智能開啟、關閉，無須程序控制，每個自動成栓閥都可以自主工作[6]。

3 先導式輸灰改造施工方案

將電除塵一單元8臺倉泵串聯，使用1根輸灰管道至灰庫，利舊原管架上一二單元A側舊輸灰管道。將電除塵二單元8臺倉泵串聯，使用1條輸灰管道至灰庫，利舊原管架上一二單元B側舊輸灰管道。省煤器、脫硝、空預器并入二單元輸灰管道。省煤器、空預器倉泵間輸灰管道更換為新管道，新管道規格型號為DN150。沿每個分支、合并后輸灰管道分別布置1條伴氣管道為先導式自動成栓閥提供氣源。沿灰管道每隔一定距離安裝先導式自動成栓閥，倉泵間一般為1.2m/個，水平段或垂直段一般3.5m/個。將輸灰控制系統納入DCS系統控制，對輸灰組態畫面及控制系統程序修改，根據運行要求對輸灰步序和優先級等進行優化。輸灰系統的配氣系統只保留原來輸送系統的主進氣，所有的流化氣、二次氣、防堵氣等全部取消。

4先導式輸灰系統工況實驗與節氣效果測試

對改造后的先導式輸灰系統進行工況實驗和節氣測試，掌握#2鍋爐一、二單元輸灰系統改造前后日耗氣量與改造后節氣率及#2鍋爐一單元先導式輸灰系統最大輸灰出力、#2鍋爐一單元輸灰系統輸送流速。

4.1試驗工況和條件與參考標準

4.1.1 試驗工況

本次性能試驗在機組正常運行工況下開展測試工作。

4.1.2 試驗條件

試驗按照6個條件進行。①先導式輸灰裝置及輔助系統處于完好狀態，已正常穩定運行；②保證試驗期間燃煤儲量充足，煤質穩定；③試驗期間鍋爐負荷按試驗要求穩定運行；④控制系統和主要儀表運行正常，指示正確；⑤水、電、氣、汽等消耗品已有足夠保證；⑥試驗期間運行人員應積極配合調整，試驗工況調整好后，運行人員應按調整好的參數穩定運行，不得隨意調整運行參數，但在試驗中，若遇到異常情況，運行人員按操作規程自行進行處理，試驗中止。

4.1.3試驗參考標準及規范

先導式輸灰裝置性能試驗采用的標準如表2所示。

4.2耗氣量、節氣率、輸灰系統最大出力和輸送流速計算

4.2.1耗氣量

根據#2鍋爐電除塵一、二單元輸灰系統壓縮空氣用氣管道渦街流量計讀取其累計流量數值，得到既定一段時間內累計用氣量。根據該時間段入爐煤煤量、入爐煤灰分及灰渣比，得到輸灰系統輸灰量。按照式（1）計算得到輸送1t灰的耗氣量。

式中 Qs—耗氣量，Nm3/t；Q—既定的一段時間內壓縮空氣消耗量，Nm3；m—既定的一段時間內入爐煤煤量，t；A—既定的一段時間內入爐煤平均灰分，%；a—灰渣中灰所占比例，取0.9。

4.2.2節氣率

根據改造前后所得到的耗氣量，按照式（2）計算節氣率。

式中" "J—節氣率，%；Qs1—改造前耗氣量，Nm3/t；Qs2—改造后耗氣量，Nm3/t。

4.2.3輸灰系統最大出力

待#2機組電除塵器一單元灰斗有一定量的積灰時，操作一單元倉泵落料裝灰，將8個倉泵全部裝灰至接近滿泵，再進行輸送，以輸灰壓力低于0.1MPa為結束，記錄輸送時間。根據單次輸送灰量和時間按式（3）計算1h輸灰系統的最大出力。

式中 M—輸灰系統最大出力，t/h；Qm—倉泵容積，m3；H—倉泵數量，個；λ—倉泵充滿系數，取0.8；γ—飛灰堆積密度，取1000kg/m3；Σ—單位時間內輸送次數，次（Σ=60/Qmh，Qmh為單次輸送時間）。

4.2.4 輸送流速

輸送系統氣流的截面輸送流速按式（4）計算。

式中 —輸送系統氣流的截面平均初速度，m/s；—單位時間壓縮空氣體積流量，Nm3/s；—標準狀態下壓力，0.1MPa；—輸灰管路測點壓力，0.25MPa；—標準狀態下溫度，K；—輸灰管路溫度，K；D—輸灰管路管徑，m。

4.3試驗與測試結果

4.3.1 輸灰系統改造前后全天耗氣量及改造后節氣率

4.3.1.1輸灰改造前全天耗氣量

測試時間為2022年9月13日9：00至2022年9月19日9：00。

測試方法是隔24h讀取渦街流量計累計流量數值，以及記錄該時段內#2機組入爐煤總量與入爐煤灰分，計算耗氣量。

連續運行24h情況下，輸灰系統改造前平均耗氣量為59.0Nm3/t，試驗數據及結果如表3所示。

4.3.1.2輸灰改造后全天耗氣量

測試時間為2022年11月6日9：00至2022年11月12日9：00。

測試方法是每隔24h讀取渦街流量計累計流量數值，以及記錄該時段內#3機組入爐煤總量與入爐煤灰分，計算耗氣量。

連續運行24h情況下，輸灰系統改造前平均耗氣量為26.4Nm3/t，試驗數據及結果如表4所示。

#2鍋爐一單元、二單元輸灰系統改造前平均耗氣量為59.0Nm3/t，改造后的先導式輸灰系統平均耗氣量為26.4Nm3/t，改造后平均節氣率為55.2%。

4.3.2先導式輸灰系統輸灰出力

測試時間為2022年11月8日10：30～

11：00。

測試方法是手動操作一單元倉泵落料裝灰，將8個倉泵全部裝灰至接近滿泵，再進行輸送，以輸灰壓力低于0.1MPa為結束，記錄輸送時間。根據單次輸送灰量和時間按式（3）計算1h輸灰系統的最大出力。

試驗當天的10：30開始進行試驗，輸送壓縮空氣氣源母管壓力為388kPa，開始裝灰，就地人員敲擊倉泵，確認裝灰情況，8個倉泵裝灰量均接近滿泵；10：32：15開始進氣輸送，10：44：55輸送結束，結束壓力100kPa，本次輸送共計用時約10.67min，用氣量483Nm3。然后繼續手動裝灰，就地人員確認有6個倉泵裝灰量接近滿泵，2個倉泵灰量在60%左右，10：47：45開始進氣輸送，10：56：45輸送結束，結束壓力100kPa，本次輸送共計用時9min，用氣量464Nm3；10：54：45開始投自動運行，設定裝灰時間120s，循環周期時間0s，結束壓力0.1MPa，恢復一單元輸灰系統自動運行。根據試驗過程記錄數據，計算得到#2鍋爐一單元先導式輸灰系統輸灰出力約為108t/h。

4.3.3先導式輸灰系統輸送流速

測試時間為2022年11月08日10：30～11：00。

測試方法是在進行最大輸灰出力試驗期間，記錄單次輸送的用氣量，計算得到單位時間壓縮空氣體積流量。結合測量得到的輸灰系統管道溫度，根據式（4）計算先導式輸灰系統輸送流速。

試驗期間，測量各倉泵間管道的溫度，取平均值約為63.4℃。根據試驗過程記錄數據，計算得到#2鍋爐一單元先導式輸灰系統輸送流速約為8.2m/s。

結論

山西魯晉王曲發電有限責任公司#2鍋爐電除塵輸灰系統節能改造前輸灰系統日均耗氣量為59.0Nm3/t，改造后日均耗氣量為26.4m3/t，改造后對比改造前節氣率達55.2%。先導式輸灰系統一單元輸送最大出力約為108t/h，先導式輸灰系統輸送流速為8.2m/s，先導式輸灰系統輸送壓力平均為0.25MPa，最高值小于0.35MPa。

從實驗結果看，改造后的先導式輸灰系統節氣量達到55.2%以上，灰在管中流速相對均勻，由雙套管技術20m/s降至8.2m/s，灰氣比由原來的20：1提高至40：1，明顯減少用氣量及空壓機用電量，降低輸灰管路、閥門及彎頭的磨損，不僅降低了系統維護量、提高了機組運行經濟性，而且防堵塞效果顯著，實現了輸灰系統的平穩、快速、高效運行。

參考文獻

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[3]吳紅忠，李春林，劉書雨.氣力輸灰系統的基本類型及其優缺點[J].商情，2011（35）：138.

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[6]耿衛眾.先導栓塞式氣力輸灰系統在火力發電廠的應用[J].山西焦煤科技，2023，47（01）：44-47.

作者簡介

姜志勇（1989—），男，漢族，山東臨沂人，工程師，技師，大學本科，主要從事鍋爐設備檢修運維管理工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-04-22