省煤器輸灰系統優化治理研究

［摘 要］文章基于國能錦界能源有限責任公司省煤器輸灰系統優化改造項目，參考九江電廠、陳家港電廠等案例進行分析，設計基于先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統的優化改造方案。結果表明，通過加裝先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統、安裝自動成栓閥專用伴氣管道等，并對原有控制系統進行優化后，輸灰系統均未出現堵管現象，節氣率明顯提升，節能效果顯著，為企業節約了大量的能源。

［關鍵詞］省煤器；輸灰系統；先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統

［中圖分類號］TM621.2 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）03–0099–04

1 背景

以前的火電廠輸灰方式不僅浪費大量的水資源，也對水資源造成了污染。并且在處置燃燒后的灰渣時，也增加了企業的生產成本，降低了企業生產效益。而氣力輸灰系統，不僅節約了水資源，還不用掩埋煤灰，保護了環境。而且可以將產生的灰渣作為商品進行銷售，增加了企業效益。但在實際的工程設計時，正確設計和選擇氣力輸送系統要根據被輸送物料的特性（如輸送量、輸送距離、環境條件等）進行。但火電廠輸灰系統實際運行條件較惡劣，經常出現輸灰系統堵灰堵管的現象。因此為解決輸灰系統堵灰堵管問題，提高生產效益，改良輸灰系統和研發新的輸灰技術勢在必行。

國能錦界能源有限責任公司位于陜西省神木市錦界工業園區，是一個擁有6 臺空冷燃煤發電機組的大型發電企業。盡管該公司的裝機容量高達3 720 MW，但其省煤器輸灰系統卻存在著一些嚴重的問題。由于輸灰管道沿途沒有設置合理的助吹補氣裝置，以及灰粒徑大、不易形成柱塞或栓塞等因素，使得輸灰系統頻繁發生堵管故障，同時也造成了管道內灰氣流速快，管道和彎頭磨損嚴重。為了解決這些問題，提高省煤器輸灰系統的運行效率，該公司決定對省煤器輸灰管路加裝先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統，沿輸灰管道安裝自動成栓閥專用伴氣管道，并在伴氣管與輸灰管道間安裝自動成栓閥，配套加裝無人巡檢控制系統等，同時對原控制系統運行參數進行優化。保證伴氣系統與輸灰主進氣同步控制，提高系統運行的可靠性，減少日常維護、故障判斷等問題。

2 氣力輸送系統概述

2.1 傳統氣力輸送系統

氣力輸送系統是一種利用氣流的力量將灰塵從一個地方輸送到另一個地方的設備，其在許多工業生產中都有應用。根據其工作原理和特性，氣力輸送系統主要可以分為以下4 種形式。

2.1.1 負壓輸送

負壓輸送是一種出現較早的氣力輸送形式。其主要設備包括羅茨風機、羅茨真空泵和抽氣器，適用于多點受料向一處集中輸送。這種方式不會發生跑灰、冒灰現象，工作環境相對清潔。但由于其受真空度極限的限制，輸送距離和出力都有一定的限制，而且流速較高，磨損嚴重。

2.1.2 低正壓輸送

低正壓輸送適用于除塵器灰斗下的氣鎖閥，在輸送風壓的作用下以正壓形式將氣灰混合物輸送至灰庫。該方式的優點是輸送壓力較低，輸送距離和出力都比負壓輸送有所提升。但其流速仍較高，磨損嚴重。

2.1.3 正壓輸送

正壓輸送是通過流態化倉泵進行輸送，其輸送壓力較高，輸送距離和出力也大幅提升。在這種系統中，空氣動力源一般使用空壓機，灰氣比大幅提高，磨損問題得到了一定的改善。

2.1.4 雙套管輸送

雙套管輸送是為了解決正壓輸送易出現的堵管、磨損等問題，開發出的一種特殊的輸送技術。其最大的特點是解決了輸送堵管問題，使得輸送距離大幅延長。同時，由于輸送流速低、濃度高，使得磨損問題也得到了較大的改善。

2.2 先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統

先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統是一種具有顯著優勢的輸灰系統，其采用了專利技術，通過在輸灰管道上間隔一定距離安裝氣力輸送器，沿輸灰管道鋪設一條氣力輸送器專用伴氣管道，并只保留原來輸送系統的主進氣，從而實現了堵管處點進氣的工作方式，不堵的地方不進氣。這樣就在最大程度上節省了壓縮空氣的用量，降低了流速，減小了磨損，提高了輸灰效率。此外，由于其可以實現滿泵滿管輸送，因此可以大幅提高輸灰效率，有效減少輸灰頻次。并且，由于其采用了恒壓恒流狀態輸送，管道、閥門等使用壽命可延長3 倍以上。該系統還可以實現遠距離輸送，輸送距離理論上講不受限制。并且該系統可大幅節約用氣量，成本回收期也較短。

3 基于先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統的應用案例分析

3.1 項目主要問題分析

根據2021 年6 月14 日的數據，國能錦界能源有限責任公司1～6 號爐省煤器卸灰系統總共出現了100次缺陷。其中，5 號爐和6 號爐省煤器卸灰系統的缺陷占比為56%，主要問題在于輸灰管道堵管和彎頭磨損泄漏。而1～4 號爐省煤器卸灰系統，其缺陷占比為44%，主要原因包括輸灰管道堵塞、補償器磨損泄漏及篩分器堵塞導致的灰斗溫度低。根據堵管問題的成因分析發現，設計參數與實際運行情況存在一定的出入。例如，5 號爐、6 號爐省煤器輸灰系統設計出力為5 t/h，但實際運行中，當發生堵管情況時，基本能通過手動吹掃疏通。同時，循環時間設計為7 min/次，但實際循環間隔為10～12 min。此外，落料時間存在延時，倉泵底部三通處有少量的灰，等待大量落灰時容易發生堵管現象。再者，5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統與1～4 號爐在設計和運行上存在顯著的差異。例如，1～4號爐省煤器卸灰系統分為A、B 側輸灰，每側由3 個倉泵獨立輸灰；而5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統則由6 臺倉泵同時輸灰。另外，1～4 號爐省煤器卸灰系統的輸灰管道接入電除塵入口喇叭口，具有負壓；而5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統的輸灰管道無負壓。并且1～4 號爐省煤器卸灰系統的壓縮空氣有單獨的儲氣罐，壓力穩定，而5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統的壓縮空氣無儲氣罐，氣量波動大。

綜合來看，目前省煤器輸灰系統面臨的主要問題集中在輸灰管道的堵塞、彎頭磨損泄漏及補償器磨損泄漏等方面。項目針對1～6 號爐省煤器卸灰系統在運行中出現的問題，采取了一系列臨時措施以降低故障發生率并提高系統運行效率。

（1）每天晚上20點左右或機組滿負荷時進行巡檢，如果發現堵管故障，及時聯系運行人員手動吹灰疏通，該方法可以基本消除故障。同時，還需定期對篩分器和倉泵底部三通進行檢查和清理。

（2）對5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統進行了調整，將落料閥的開關方式從逐個開關改為同時開關，以便進行下灰量控制調整。在鍋爐吹灰時段及機組高負荷時，也可以嘗試調整為135、246 倉泵分別單獨輸灰，以增加靈活性。

（3）為解決輸灰高峰階段壓縮空氣量不足的問題，5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統在13.7 m 層分別增加了輸灰儲氣罐。同時，考慮到與二電場同時輸灰的可能優勢，已對5 號爐省煤器輸灰系統程序進行了調整，并觀察運行情況。如果運行狀況明顯改善，則會對6號爐省煤器輸灰系統程序進行類似調整。

（4）5 號爐、6 號爐省煤器卸灰系統的彎頭將參照1～4 號爐進行采購儲備，并在日常和機組檢修期間逐步更換，以減少彎頭磨損泄漏等問題。

3.2 項目優化改造主要內容

3.2.1 輸灰系統案例經驗分析

此次改造方案調研了以下3 個案例。

（1）國華電力九江電廠2×1 000 MW 機組2 號電除塵輸灰系統改造。該電廠有2 臺1 000 MW 的發電機組，其2 號爐電除塵一電場有12 臺MD 倉泵，分為AB 兩個單元各6 臺倉泵。然而，自該爐氣力輸灰系統投運以來，由于未進行大的技改，管道彎頭等部位磨損嚴重，用氣量大，灰渣在輸送過程中堵管現象時有發生。為實現輸灰系統節能降耗，消除堵管現象，該電廠于2020年對2號爐一電場進行了氣力輸灰改造，先期改造了一電場B 側1 條管線。改造采用了先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統，對一電場分批改造，鋪設了伴氣管道，并安裝了氣力輸送器。此外，還配套了無人巡檢并對原系統運行參數進行了優化。改造后的運行效果明顯，輸灰頻次減少，灰氣比有效控制在35～40 kg/kg 以上，同時輸灰流速降低，減少了管道磨損。改造后可以實現滿泵滿管輸送，完全消除了堵管現象。

（2）內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司1 號爐省煤器輸灰系統改造。該公司有2×600 MW 機組，于2010 年通過168 h 滿負荷運行正式投產。其單臺省煤器輸灰系統配置了7 臺倉泵，采用的是正壓濃相氣力輸灰系統，輸灰為連續輸送。然而，改造前存在省煤器輸灰管道、彎頭在運行過程中受灰的沖刷，耐磨層厚度減薄，管道磨損后影響灰庫設備安全穩定運行等問題。為此，根據省煤器運行具體情況，該公司進行了先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統改造，安裝了氣力輸送器，并對氣力輸送系統進行了整體優化。此外，還增加了無人巡檢智能輸灰控制系統，實時監測氣力輸送器壓力變化，就地集中顯示。改造后的效果顯著，能夠保證系統運行穩定，完全消除堵管現象，大幅降低了輸灰壓力，提高了整體輸送效率。

（3）神華國華陳家港發電有限責任公司2 號爐1電場輸灰系統改造。該公司有2×660 MW 的超超臨界燃煤機組，于2011 年投產發電。然而，自2 號鍋爐投運以來，由于未進行大的技改，管道彎頭磨損嚴重，局部出現漏氣、漏灰的情況，影響安全生產和環境安全。在實際運行中，系統用耗氣量大，流速高，磨損嚴重，檢修工作量大，能源浪費嚴重。為此，該公司采取了先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統進行改造，沿輸灰管道鋪設了一條伴氣管道，在伴氣管與輸灰管道間安裝了氣力輸送器，配套無人巡檢并對原系統運行參數進行了優化。改造后，輸灰系統實現了遠距離、無堵輸送，總體節能節氣30％以上，2～3 a 即可收回成本。

綜上所述，無論是國華電力九江電廠、內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司，還是神華國華陳家港發電有限責任公司，他們在面臨輸灰系統存在的問題時，都選擇了采用先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統進行改造，而該改造方式也的確取得了顯著的效果，解決了存在的問題，提高了運行效率，降低了運行成本，證明了其的可行性和有效性。

3.2.2 項目優化改造方案

國能錦界能源有限責任公司省煤器輸灰系統優化改造項目是一項大規模的工程項目，主要目標是對現有的省煤器輸灰管路進行全面的技術升級和優化。此項目將實施多項改造措施，具體的改造內容如下。

（1）加裝先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統，沿輸灰管道鋪設自動成栓閥專用伴氣管道，以供給自動成栓閥。

（2）安裝自動成栓閥，間距約3～8 m，以確保系統的有效運行。然后，安裝進氣組件和控制組件，以同步控制伴氣系統與輸灰主進氣。同時，對原有的輸灰系統的配氣裝置進行優化或取消，只保留主進氣和倉泵底部流化盤進氣。

（3）安裝無人巡檢智能輸灰控制系統，實時監測和集中顯示系統狀態，以解決日常維護和故障判斷問題，提高系統運行的可靠性。

（4）對整個輸灰系統進行綜合調試運行。該改造方案有利于消除堵管現象，實現滿泵滿管輸送，改變連續進氣的高能耗運行模式，節約用氣30%～50%，降低輸灰壓力，整體輸送效率高，故障率低；流速大幅降低，管路、閥門磨損降低，有效節約運行成本。

3.3 項目優化效果評價

本項目中2、3、4、5、6 號爐省煤器采用了先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統，主要涉及更換磨損的輸灰系統輸灰管道和其他相關部件，如彎頭和膨脹節等。同時，所有項目都涉及拆除原有的助吹器和相關供氣管道，并在接口處進行封堵。在新的設計中，所有項目都新增了自動成栓閥專用伴氣管道，這些管道與原有的輸灰管道并排鋪設，氣源取自原有的輸灰系統。為了提高輸灰系統的效率和穩定性，所有項目都安裝了自動成栓閥，并在輸灰系統的每個關鍵位置進行了布置。此外，為了實現無人巡檢，所有項目都安裝了智能輸灰控制系統，并增加了相應的監控設備和畫面。在灰斗積灰判斷方面，所有項目都在灰斗上加裝了溫度變送器。

2、3、4 號爐省煤器選擇更換了AB 側沿途的部分管道，而5、6 號爐省煤器則更換了全部輸灰管道，并將管道材質由Φ114 無縫碳鋼管道更換為Φ168 無縫碳鋼管道。在新鋪設自動成栓閥專用伴氣管道時，2、4、5、6 號爐省煤器選擇了Φ89 不銹鋼管，而#3號爐省煤器則使用了Φ89 不銹鋼管和Φ48 不銹鋼管。在安裝自動成栓閥的數量上，2、4 號爐選擇了A 側24 套，B 側24 套，而3 號爐省煤器選擇了A 側23 套，B 側23 套，5 號爐安裝了57 套，6 號爐則安裝了44 套。在控制系統上，2、3、4 號爐省煤器選擇了增加PLC柜中的DI 模塊，而5、6 號爐省煤器則選擇了增加DCS 柜中的IO 模塊。此外，5、6 號爐省煤器拆除排氣閥和管道，并在DCS 系統上取消了排氣閥的畫面和相關控制程序。

從省煤器輸灰系統改造效果對比（圖1）來看，使用先導式低壓節能單元流化氣力輸送系統進行改造的效果十分顯著。

（1）所有項目改造后均未出現堵管現象，提高了系統的穩定性。

（2）改造后的運行方式及降低的輸灰頻次，使得單位時間內輸灰次數大幅減少，這不僅降低了壓縮空氣耗量，同時也減少了管道磨損，提高了設備的使用壽命。

（3）通過對比改造前后的平均每分鐘用氣量，可以發現節氣率明顯提升，這證明了改造方案的有效性和節能效果，為企業節約了大量的能源。2 號爐和3 號爐的節氣率達到了61.8% 和51.9%，而4 號爐和6號爐的節氣率分別為50.3% 和50.5%，5 號爐的節氣率達到了44.5%，由此說明2號爐的節能效果更為顯著。

4 結束語

由國能錦界能源有限責任公司省煤器輸灰系統優化改造項目的分析可知，其采用的低壓節能單元流化氣力輸送系統不僅能夠有效地解決堵管問題，提高輸灰效率，降低運行成本，還能大幅降低環境污染，實現了節能減排的效果。

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