660MW超超臨界燃煤機組省煤器輸灰改造實踐及探索

劉華山

摘要：#5、6爐除灰系統電除塵及省煤器飛灰采用正壓濃相雙套管輸送，整個除灰島統一成套供貨，投運行以來省煤器及一電場A側頻繁出現灰斗下灰不暢、進料閥卡、輸灰管道堵等故障，直接影響整個系統運行。通過對煤器輸灰管道及輸灰程序的技術改造，大大提高氣力除灰系統的輸灰可靠性和穩定性。

Abstract： The ash removal system of # 5 and 6 furnaces and the economizer fly ash are conveyed by positive pressure dense phase double casing. The entire ash removal island is supplied in a complete set. Since the start of operation， the economizer and the A side of the electric field frequently appear failures such as ash blockage， feed valve jam， and ash transportation pipeline blockage， which directly affect the entire system operation. Through the technical transformation of the coal ash conveying pipeline and the ash conveying program， the ash conveying reliability and stability of the pneumatic ash removal system are greatly improved.

關健詞：省煤器;雙套管;堵塞

Key words： economizer;double casing;blockage

中圖分類號：TM621.73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0144-05

1? 除灰系統概況

我公司三期工程為2臺660MW超超臨界燃煤機組，電除塵及省煤器飛灰采用正壓濃相雙套管輸送，每臺機組各設一套系統，將飛灰收集并氣力輸送至灰庫貯存、轉運。按粗細分排原則，省煤器和電除塵器一電場的干灰作為粗灰輸送至粗灰庫，電除塵器二、三、四電場的灰作為細灰輸送至細灰庫。每臺爐配備的是雙室四電場靜電除塵器，除塵器效率不低于99.75%。每臺爐省煤器有6個灰斗，除塵器有4×8個灰斗，每個灰斗下設一臺發送罐。省煤器與一電場A側四只發送罐串聯為一個輸送單元，一電場B側四只發送罐為一個單元，二電場八只發送罐一分為二為兩個發送單元，三電場八只發送罐串聯為一個單元，四電場與三電場相同。每臺爐有三根通往灰庫的輸灰管道，一電場兩個發送單元各一根，二、三、四電場公用一根，二電場發送單元與一電場發送單元可以通過切換閥有機結合，當一電場輸送故障時，二電場輸送單元可以用一電場輸灰管道完成輸送。本期除塵器區域不設水力除灰，系統輸送用氣、儀表用氣由空壓機站統一供給。

因我廠輸灰距離較遠，長度達800m左右，采用耐磨性無縫鋼管輸送時，極易發生堵管現象，導致輸灰困難。故輸灰管道采用雙套管技術采用，同時為降低粉煤灰流速，輸送管道采取四級變徑。雙套管輸灰管道示意圖如圖1所示。

雙套管技術技術結構原理：雙套管的結構為大管套小管，即：在普通管道上部裝設有一直徑較小的內管，內管每隔一定的間距開設有一特定的開口。雙套管的原理建立在兩個基礎上。一是對于水平輸送管道，由于重力影響，氣固混合物在管道內形成：管道上部氣多固少、管道下部固多氣少的狀態。二是對于水平輸送管道，當發生堵管現象時，粉料首先在管道下壁開始堆積，逐漸向上堆積到管道上壁，最終將管道完全堵死。

把雙套管作為輸灰管道應用于氣力輸送的水平管道，可以有效的防止灰管堵塞，其防堵的機理就在于雙套管的特殊結構。當灰氣混合物在管道內流動時，經常會由于種種原因導致干灰在管道內部逐漸沉積導致堵管。當管道內的干灰開始沉積將要堵管時，壓縮空氣會通過小管流過，經過小管開孔和節流孔板的作用，對堵塞的部分進行擾動，將沉積的干灰逐漸吹動，從而避免將輸送管道堵死。

2? 省煤器輸灰現狀

2.1 輸灰管道堵塞

省煤器六只發送罐與一電場A側四只發送罐串聯為一個輸送單元，輸灰困難。為解決此類問題，在省煤器與一電場之間的沿途管線上加裝補氣裝置、反抽裝置等設備，意在加強干灰堵管時的擾動，提高輸灰效率。但效果不佳，特別是在高負荷階段，省煤器干灰量較大時，仍頻繁出現堵管現象，嚴重影響氣力輸灰系統的安全運行。

2.2 輸灰管道磨損

由于輸灰堵管原因造成難度增加，需要更多的壓縮空氣推送，原有的濃相輸送變為稀相輸送，導致輸灰系統平均流速為15～20m/s，而設計平均流速為8-12m/s，故加速了管道的磨損。

2.3 輸灰閥門故障

因省煤器輸灰困難，導致灰斗內煤灰不能及時輸送，灰斗內積壓煤灰較多，故發送罐進料閥打開進料時，煤灰在極短的時間內充滿發送罐和進料閥閥體腔室內，導致閥門關不到位和卡澀故障。同時因發送罐出口輸灰管道堵塞，造成輸灰壓力持續上升，易導致閥門的閥芯與閥板的密封面吹損，從而發生閥門損壞故障。

3? 省煤器輸灰道堵塞原因分析

3.1 省煤器輸灰管道的設計不夠科學

省煤器的六只發送罐與一電場A側四只發送罐串聯為一個輸送單元，一電場B側四只發送罐為一個單元。與一電場B側相比，其輸灰量明顯偏大，輸氣量明顯偏高，每小時的輸送頻率也明顯偏多。省煤器及各電場輸灰規范如表1所示。

鍋爐燃燒相應煤種時，1×660MW機組灰量如表2所示。

從上述設計規范表中，從中可明顯發現，一電場A側與省煤器共用一根灰管的輸灰量顯著偏大，輸灰未端速度偏高。

3.2 省煤器煤灰粒徑偏大

因為煤質的性質、鍋爐燃燒的特點以及燃燒工況的調整等，導致省煤器段粉煤灰的特性不穩定，粉煤灰內經常伴有大顆粒、多孔隙的渣粒，而且比例較大，如圖5所示。粉煤灰一般以灰栓的形式輸送，而省煤器段粉煤灰中的渣粒重、孔隙多，灰栓難以形成，造成省煤器除灰系統輸送困難，經常發生堵管現象，嚴重影響輸灰系統的正常排灰。

3.3 5號鍋爐省煤器氣力輸灰編制程序不合理

因省煤器與一電場A側為同一個輸灰發送單元，故省煤器與一電場A側的輸送編制程序是一致的。在輸灰自動的程序中，當一電場A側發送罐進料發送輸灰時，省煤器同時進行了相應的程序。這樣一旦發生一電場A側輸灰不暢時，其輸灰氣源逆向進入到省煤器輸灰管的出口側，進一步加大了省煤器的輸灰阻力。如圖6所示。

3.4 輸送氣源壓力不穩定

為了防止輸灰管道堵塞，行之有效的辦法就是增加進氣量、補氣點，以增加管道內煤灰的流速，但這樣一方面加速了輸灰管道的磨損，同時增加進氣量，打破了整個空壓機供氣站的平衡，使輸灰氣源的壓力持續發生幅度較大的波動，易發生輸灰管道內的煤灰出現沉降現象，其沉降灰量較多時，導致輸灰管道發生堵塞故障。故為保證輸送氣源壓力的穩定，往往采取增開空壓機的辦法不解決此類問題，既不節能，更不經濟。

4? 調整省煤器輸灰方式檢驗輸灰狀態

在同工況下，通過“手動”方式來試驗省煤器與一電場A側輸灰發送單元的不同輸灰模式，驗證輸灰管道堵塞的可能性。

4.1 模式一

停止省煤器發送罐進料，關閉省煤器與一電場A側聯絡閥。此時一電場A側發送罐進料250S后，進行氣力輸灰。從PLC曲線上分析，此模式狀態下，輸灰順暢穩定，出口輸灰母管出口壓力高值僅為0.25MPa，輸灰結束時間為5min，系統輸灰用氣壓力無波動。如圖7所示。

4.2 模式二

停止一電場A側發送罐進料，關閉一電場A側進氣閥。此時省煤器發送罐進料500S后，進行氣力輸灰。從PLC曲線上分析，此模式狀態下，輸灰穩定，出口輸灰母管出口壓力高值為0.35MPa，輸灰結束時間為4min，系統輸灰用氣壓力基本無波動。

4.3 模式三

省煤器與一電場A側發送罐同時進料。因省煤器煤灰粒徑較大，灰量較少，故發送罐進料時間為10S，一電場A側發送罐進料250S后，進行氣力輸灰。從PLC曲線上分析，此模式狀態下，輸灰曲線波動幅度大，出口輸灰母管出口壓力高值達0.55MPa，輸灰結束時間為8min，系統輸灰用氣壓力波動大。結論：從三種模式的運行方式可分析出，省煤器輸灰道堵塞的根本原因為省煤器與一電場A側為同一個輸灰發送單元同時發送時，因一電場A側輸灰量較大及省煤器煤灰粒徑偏大等綜合因素，導致其輸送用氣形成互相干擾、相互抵觸，無形中大大增加了輸灰的阻力，導致氣力輸灰困難。

5? 改造方案及可行性分析

方案一：切除一電場A側與省煤器輸灰聯絡管道，從省煤器出口管上單獨安裝一根管道至灰庫。該方案可以確保省煤器輸灰順暢，但改造費用高，安裝管道長約800m，施工費高，材料及人工費用達80萬左右，故該方案不適宜。

方案二：調整一電場A側與省煤器輸灰方式，通過程序改造，將一電場A側與省煤器輸灰實施單獨運行。該方案可以保證省煤器及一電場A側輸灰順暢。但當省煤器單獨運行時，由于省煤器煤灰粒徑較大，在長距離的輸送狀況下，形成的灰栓對管道及彎頭的磨損呈幾何級的增長。同時由于一電場A側與省煤器輸灰實施單獨運行，共用一根灰管而又不能互相干涉，嚴重影響一電場A側的正常輸灰，特別是在機組高負荷的狀態下，其一電場的灰量倍增，如不及時輸送，勢必影響機組的安全運行，故該方案不可取。

方案三：將省煤器發送罐內煤灰直接發送至電除塵灰斗的入口煙道內，通過引風機的抽吸鍋爐燃燒產生的煙氣的功能，將煤灰抽吸到電除塵一電場灰斗內。因電除塵灰斗的入口煙道與省煤器距離較近，故該方案改造簡單，布置管閥簡易，投入費用極低。但因鍋爐配燒經濟煤種等原因，省煤器產生的煤灰比重較大，極易造成煙道堵塞。同時因機組負荷較低或鍋爐進行深度調峰時，其引風機抽吸鍋爐燃燒產生的煙氣的功能將大大降低，也易發生煤灰堵塞煙道現象，存在安全隱患，故該方案不可行。

方案四：將省煤器發送罐內煤灰直接發送至電除塵灰斗的入口擴錐處。省煤器輸灰系統灰量占總灰量的5%左右，而且大部份是粗灰，如果將省煤器發送罐內煤灰直接發送至電除塵灰斗的入口擴錐處，可通過擴錐的坡度及粗灰的自重作用，直接進入到電除塵灰斗內，灰斗的入口擴錐處不存在集灰、堆灰及堵塞現象。

同時，對電除塵出口的煙塵排放是否超標進行了核算，省煤器內煤灰進入到電除塵灰斗的入口擴錐處時，大部份煤灰進入除塵器一電場，即使有少量進入袋區，由于袋區采用定阻、定時清灰，因此只會適當增加清灰頻率，不會導致排放提高。其次，從煙氣量來說，進入除塵器的煙氣量在1000m3/h以下，相對除塵器4000000m3/h煙氣量，不到千分之一，所以對除塵器出口的煙塵排放幾乎不產生影響。故此方案安全可靠，技改難度小，費用也相對較低，完全可以實施改造。

6? 改造實施

①因省煤器煤灰粒徑較大，易發生管道磨損導致煤灰泄漏，影響環保問題的發生，故保留了原有的省煤器輸灰管閥，以作為省煤器輸灰的備用。同時單獨接入一根輸灰管道至電除塵灰斗的入口擴錐處。

②新安裝的輸灰管道仍然采用雙套管技術，管壁厚度δ10mm，輸送距離約40m。彎頭采用雙金屬背包式耐磨彎頭技術，保證管道通徑為125mm，制作時，整體鑄造高鉻合金耐磨彎頭，外包10mm無縫鋼板。鑄造的高鉻合金耐磨彎頭內彎壁厚18mm、外彎壁厚25mm;彎頭兩端順延鑄造300mm耐磨直管段，管道兩端另加L=100（Φ145*10）的焊接碳鋼直段，有效防止了彎頭的磨損問題。

③為及時檢測省煤器的輸灰狀態和壓力變化，在省煤器倉泵進氣側和出口側分別安裝了壓力變送器，并將輸灰壓力信號傳送到PLC，以便于運控人員及時把握輸灰狀況，并根據運行曲線圖作出相應的調整和調控。

④因原有的輸灰程序是一電場A側與省煤器同一輸灰發送單元，故需對省煤器氣力輸灰程序作為一個獨立的單元進行編程。

1）保留5號鍋爐省煤器與一電場A側原有氣力輸灰程序的基礎上，對省煤器新增一套獨立的輸灰程序，其程控方式可類似于其它電場的氣力輸灰程序形式。

2）在省煤器倉進氣總閥后增加一只壓力變送器，并將輸送壓力傳送到進PLC畫面，作為輸灰啟動壓力設置需要。

3）在省煤器氣力輸灰出料閥后增加一只壓力變送器，并將輸送壓力傳送到進PLC畫面，作為輸灰結束時壓力判斷。

4）因省煤器灰量相對較少，其輸送頻次需根據煤種、負荷狀況、深度調峰需求等情況而定，故增設了省煤器氣力輸灰循環間隔周期時間設定。

⑤省煤器氣力輸灰程序如下：

1）打開發送罐氣控進料閥，開始進料。

2）發送罐料位信號到（或定時），發送罐進灰閥關閉。

3）當輸灰壓力達到設定值時，打開氣動出料閥，打開氣控進氣閥和氣控補氣閥，輸送空氣導入發送罐，開始進行輸送。

4）當管道的輸送壓力下降至設定壓力（一般為0.05

MPa，可調整設定）時，關閉進氣閥和補氣閥，至此輸送過程結束。

5）輸灰結束后，按系統設定的等待時間后再進入下一次循環。

7? 效果分析

安全性：保證了一電場及省煤器的正常輸灰，有效防止了一電場A側及省煤器灰斗出現干灰積堆現象。同時因改造后其省煤器輸灰距離短、輸送能力強的特點，確保了機組迎峰度夏等特殊時段機組負荷高、摻燒經濟煤種等原因造成的干灰粒徑大、干灰灰量多時，仍可保證輸灰系統的安全經濟運行。

經濟性：改造前，為穩定機組儀用氣壓力和輸灰系統的正常運行，空壓機正常投運為五臺。改造后，四臺空壓機即可保證機組的正常耗氣需求，年節電達90多萬元，節能效益明顯。同時，因輸灰壓力低，輸灰管道的磨損率大大降低，管道、彎頭使用壽命將提高一倍以上，經濟效益突出。

8? 結束語

氣力除灰系統的運行狀況直接影響著機組的安全運行，嚴重時可造成機組停運。灰斗積灰、輸灰管堵塞是一個工況較復雜的系統，經常會牽一處而動全身，往往也是眾多因素的積累。現在各電廠都在積極研究、學習、運用除灰技術，并大步向設備自動化、合理化、簡單化、智能化發展。因此，除灰系統的日常維護更應關注多方面的變化，運用恰當的方法在加強設備管理和技術改造，確保氣力除灰系統正常運行的。隨著除灰工藝的深入認識、研究、運行優化和改進，相信除灰系統工藝會有更加廣闊的前景。

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