發電機組先導式輸灰系統改造研究探討

國能蚌埠發電有限公司 孟 培

蚌埠公司4號爐為660MW國產超超臨界二次再熱燃煤機組，同步建設煙氣脫硫、脫硝裝置。除塵器為電除塵器，五級電場。輸灰系統采用正壓濃相雙套管氣力輸送系統。一電場A、B側分別設置4個倉泵用一根DN200輸灰雙套管到灰庫；二電場A、B側各設置4個倉泵，A、B側兩組合并用一根輸灰雙套管到灰庫。省煤器A、B側分別用DN150輸灰雙套管并入電除塵器一電場A、B側輸灰管上。

現有正壓濃相雙套管氣力輸灰系統輸送效率較低，存在一些不能克服的缺陷，如輸灰系統管道磨損嚴重、檢修頻率高，維護費用較高，套管脫落后不易維修，堵管后不易判斷位置，不容易清堵。當手套、纖維等軟質物料和較大顆粒物等易堵塞雙套管噴口、尖銳部分，造成耗氣量嚴重超標，輸送能力急劇下降，極易發生堵管，堵管后清堵困難等現象。

1 先導式輸灰系統工作原理及優點

1.1 先導式輸灰系統改造的必要性

現有氣力輸灰系統采用紊流雙套管技術，雙套管輸送技術對物料和輸送流化比例都有一定的要求，省煤器和一電場的大顆粒的灰對雙套管磨損較為嚴重，雙套管局部灰掉落在高流速管道中運動，對管道及后續設備沖擊破壞較大，易造成輸灰管堵塞且外部很難判斷堵管位置，一旦堵管，清理難度大，清理工作量也較大；現有雙套管的氣力輸灰系統，灰氣比例低，輸灰耗用壓縮空氣大。目前，維持#4爐電除塵器、省煤器氣力輸灰系統穩定運行需不小于150m3（折合2.5臺60m3空壓機供氣量）壓縮空氣供給量，輸送最大灰量小于87T/h，灰氣比已大大小于設計值（25：1）。

現有輸灰用壓縮空氣管路復雜，倉泵混料箱處流化裝置和管道沿線閥門布置較多，日常維護中流化用閥門失效嚴重，流化系統灰倒入堵塞，造成系統堵管，灰管、彎頭和灰庫漏灰等缺陷，檢修中對管道堵塞無較好的排堵措施易造成局部環境污染；目前輸灰管道及彎頭運行中受灰氣混合物沖刷，雙套管厚度減薄，除塵器輸灰管受灰氣比較低、流化裝置可靠性的影響，管壁磨損嚴重、輸灰管堵塞頻繁，設備維護費用較高；現有輸灰系統維持高壓力運行輸送，輸送周期較短且輸送結束需空吹導致系統耗氣量大，可靠性和經濟性較差。

1.2 先導式輸灰系統工作原理

新型先導式低壓節能栓塞輸送技術系統保留一個主進氣，倉泵內下料至滿料，讓倉泵迅速升壓，以啟動栓塞系統，觸發先導式系統。布置在輸灰管道上先導式栓塞裝置開啟，可實現單點進氣（將堵管位置附近的栓塞閥開啟進氣），實現無堵管輸送，達到最佳輸送效果。輸灰管道內的灰在成栓前近似滿管，相當于近似堵塞狀態，管道內壓力增加，當輸送管道內的壓力達到先導式栓塞裝置開啟壓力（此壓力可根據實際情況進行調節，原始設定在0.25MPa）時，先導式栓塞裝置開始工作，把管道內的灰進行成栓，將近乎滿管的灰分成若干個成栓單元，此時每個成栓閥門的作用就是把本單元的灰向灰庫方向推進。

隨著先導式栓塞裝置的進氣和栓柱在管道中向灰庫方向的運動，栓塞會漸漸退化，同時輸灰管道內的壓力會慢慢下降，當壓力下降到設定值時（原始設計值為0.21MPa，可調整設定值），先導式栓塞裝置進氣閥門會聯鎖關閉，管道內的灰自由流動，又會恢復到堵管或近似堵管的狀態，又到了成栓前的條件，系統周而復始地進行“成栓前，栓塞形成，栓塞退化”等過程。

采用先導式輸送方式輸送溫度高、大顆粒的灰，根據介質特性、管徑大小、輸送距離、輸灰管線布置情況等，合理布置間隔加裝先導式栓塞裝置。在倉泵出口處是滿管輸送，當介質輸送到一定距離時管內壓力會升高，當檢測到管道內的壓力達到裝置開啟的壓力時，先導式栓塞裝置閥門會聯鎖打開向管道內進氣，管道內的物料受到進氣的擾動，會自動疏松成栓，并向灰庫方向推進，此點的堵管現象消除，管道內的壓力隨之降低，先導式栓塞裝置閥門聯鎖關閉（根據壓力設定值），管道內的介質繼續向前運動。

1.3 先導式輸灰系統優點

先導式輸灰系統可用來輸送任何粉體、物料，系統通過間隔安裝自動成栓閥后一般不會發生堵管現象，運行可靠性較高。先導式輸送系統只有下料、流化、輸送三個過程，省略了管道吹掃，管道吹掃時流速高、灰氣比小、沖刷管壁較為嚴重，同時浪費大量壓縮空氣。采用先導式輸灰系統，可實現低壓輸送，輸送時間短，在節約用氣方面尤為突出，充分達到節能效果。先導式輸灰系統可實現物料滿管輸送，物料流速低，管道及彎頭磨損沖刷小，設備壽命延長，檢修頻率降低。先導式輸送系統可實現遠距離輸送，先導式栓塞系統可看成一個輸送單元，遠距離輸送時，就是多個輸送單元的組合疊加，通過合理的間隔布置先導式栓塞裝置，實現遠距離輸送。

2 宿州公司先導式輸灰系統改造調研

2.1 宿州公司改造背景

宿州公司#5、#6（350MW）機組電袋除塵氣力輸灰系統由一、二電場A列每4臺倉泵串聯（容積8臺2.0m3）合并通過一根內套管式流化正壓主氣輸送管（DN200）輸送飛灰；一二電場B列每4臺倉泵串聯（容積8臺2.0m3）合并通過一根內套管式流化正壓主氣輸送管（DN200）輸送飛灰；一二布袋每8臺倉泵串聯（容積16臺0.5m3）合并通過一根內套管式流化正壓主氣輸送管（DN150）輸送飛灰；省煤器4臺倉泵串聯（容積4臺0.5m3）通過一根內套管式流化正壓主氣輸送管（DN125）輸送飛灰。通過管道切換閥進行切換進入原灰庫或粗灰庫，輸送距離250m。

輸灰管道采用雙套管，倉泵底部加裝4個流化閥，倉泵出口處又加裝助吹閥二次加壓輸送飛灰。電袋除塵及省煤器氣力輸灰系統自投運以來一直處于較高的能耗狀態，存在磨損、堵管、耗氣量大、能耗高等問題。

2.2 宿州公司輸灰系統改造方案

#5、#6機組電袋除塵及省煤器輸灰倉泵底部所有流化閥門及氣管拆除或隔離；#5、#6機組電袋除塵及省煤器倉泵與倉泵之間雙套管內的內套管抽出；電袋除塵一、二電場及一、二布袋每8臺倉泵串聯合并用一根DN200無縫鋼管到灰庫。省煤器單獨一根輸灰管到灰庫；#5、#6機組電袋除塵及省煤器倉泵出口的助吹加壓閥拆除并隔離；#5、#6機組電袋除塵及省煤器第一個倉泵主進氣入口加裝對夾式單向閥（DN80，對夾型）、DR單向閥（DN80,DR型）、主阻灰器（ZQ200）、節流孔板、管道過濾器（GQ200）、調壓閥（DN80PN16）、氣動進氣閥（DN80）、流量計等。

沿#5、#6機組電袋除塵及省煤器輸灰管道加裝伴氣管道（DN80）至灰庫彎頭爬高處，并在伴氣管道入口處加裝調壓閥、管道過濾器，在伴氣管道末端加裝排污閥，低洼處加裝排水閥；先導式自動成栓閥（ZCX-IV-16-20）的安裝：每個倉泵與相鄰倉泵中間根據倉泵間距不同安裝先導式成栓閥3～8個，約1.0～2.0m/個；除塵器輸灰母管每3.0～4.0m安裝一個，省煤器輸灰母管每2.5～3.5m安裝一個；每個彎頭前安裝一個，每個彎頭后0.5m安裝一個；壓力變送器安裝方式：壓力變送器安裝到每個輸灰單元第一個倉泵主進氣管道節流孔板與倉泵入口之間管道上；運行程序與畫面修改，參數修改，氣動閥門控制點的連接等。

2.3 宿州公司改造后效果

通過試驗數據采集，改造前每分鐘平均耗氣量67.14M3，改造后19.39M3/min，改造后比改造前節能率為71%。通過調研宿州公司#5、#6機組檢修中電袋除塵及省煤器氣力輸灰先導式優化改造項目實施后，輸灰系統配置簡單可行，輸送距離遠，減少了管道磨損，提高了輸送效率，減少了輸灰耗氣量，減輕了檢修勞動強度，節約了日常維護費用，改造達到了預期效果。

3 蚌埠公司先導式輸灰系統改造項目

技術改造需要解決輸灰堵管問題、降低除塵器及省煤器輸灰系統輸灰耗氣量、減少氣力輸灰易損設備，降低維護、檢修工作量、降低管道磨損、提高閥門使用壽命。

3.1 先導式輸灰系統改造方案主要內容

本次改造方案采用先導式低壓節能栓塞輸送技術，系統運行穩定，不堵管，磨損小，輸送效率高，無故障運行，用氣小等特點。#4爐電除塵一、二電場及省煤器新增輸灰管先導式自動成栓閥338套及沿線配氣管道，實現#4電除塵一、二電場與省煤器輸灰至灰庫。DCS程序及畫面升級，以適應系統運行要求。為達到先導式栓塞輸送的最佳效果，現有輸灰系統需要做以下改動：

#4爐除塵器一電場：原A列四個倉泵一組，B列四個倉泵一組，每組各一條輸灰管道，改為A、B列兩組串聯，用一根輸灰管道到灰庫。取消所有倉泵的流化閥、補氣閥、防堵閥等，只保存第一個倉泵的主進氣閥；#4爐除塵器二電場：原A列四個倉泵一組，B列四個倉泵一組，兩組并聯用一條輸灰管道，改為A、B列兩組串聯，用一根輸灰管道到灰庫。取消所有倉泵的流化閥、補氣閥、防堵閥等，只保存第一個倉泵的主進氣閥。

#4爐省煤器：原A列6個倉泵一組，B列6個倉泵一組，每組各并入一電場A、B列輸灰管道上，改為A、B列兩組串聯，12個倉泵為一組用一根輸灰管接入二電場輸灰管道上到灰庫。取消所有倉泵的流化閥、補氣閥、防堵閥等，只保存第一個倉泵的主進氣閥；先導式自動成栓閥專用伴氣管道：原則上有輸灰管道的地方就有先導式自動成栓閥伴氣管道。伴氣管道給先導式自動成栓閥供氣，針對每個不同的輸送單元，都有不同的分支，目的是達到更好的節能。每條先導式自動成栓閥伴氣管道都安裝有入口手動隔離閥，入口氣動隔離閥，末端手動排污閥。

先導式自動成栓閥的安裝方式：每個倉泵與相鄰倉泵中間根據倉泵間距不同安裝先導式自動成栓閥3～8個，約1.0～2.0m/個；除塵器輸灰母管每3.5～4.5m安裝一套，省煤器輸灰母管每2.5～3.5m安裝一套；在管道彎頭前后0.5m各安裝一個。在除塵器一、二電場及省煤器輸灰第一個倉泵進氣的管道上加裝節流孔板，#4爐省煤器倉泵出口處加裝管道清理器，在#4爐除塵器一、二電場及省煤器輸灰氣源管道上加裝穩壓閥及流量計等。#4爐除塵器一、二電場及省煤器輸灰管內的內套管全部抽出。原系統的所有流化閥、補氣閥、防堵閥全部取消。DCS程序升級，以適應系統要求，需要時增加模塊。

3.2 改造后預期達到的效果

先導式輸灰改造后，可實現滿泵、滿管輸送，輸送效率大大提高，輸送頻率大大降低，所以降低輸灰系統的用氣量，同時降低系統的磨損，提高彎頭、閥門、管道的使用壽命，從節能、檢修等帶來更大的經濟效益。先導式輸灰改造后，輸灰氣源壓力由原來的0.60MPa降低至0.35MPa，新型先導式低壓節能栓塞式輸送系統可實現無吹掃停泵，當輸送距離遠時更能節省壓縮空氣的用量，當倉泵內的介質完全送入管道后，倉泵壓力還會繼續維持在一定的高壓工況范圍，節約大量能耗，節能效率可達50%～60%或以上。

原#4爐電除塵一二電場及省煤器輸灰系統現存在耗氣量大，管道磨損嚴重，輸送循環次數過多，閥門磨損嚴重，灰量一大就會堵管等，及時更改后可徹底解決管道磨損及堵管、電除塵器堵灰導致電場短路的安全隱患，從而保證了機組的長期安全經濟運行；同時可減少輸灰能耗高的問題，有利于企業提高經濟效益實現穩定安全經濟運行；同時減少了因堵管清理時造成的環境污染問題。

3.3 改造結果

根據現場輸灰系統運行數據，#4爐MCR工況需要開1臺空壓機，兩臺爐共設計5用1備，目前輸灰系統實際運行工況#4爐啟用1臺空壓機運行，且省煤器經常出現堵管，輸灰可靠性差。改造后通過檢修維護中定期清理雜物可實現輸灰系統常年不堵管，提高了輸灰系統的運行可靠性。

按設計煤種運行下，#4爐氣力輸灰系統只需0.5～1.0臺空壓機就可滿足運行。具有較好的節能效果。先導式輸灰改造后，可實現滿泵、滿管輸送，輸送效率大提高，輸送頻率大大降低，所以降低輸灰系統的用氣量，同時降低系統的磨損，提高彎頭、閥門、管道的使用壽命，從節能、檢修等帶來更大的經濟效益。鑒于先導式輸灰要求的氣源壓力比較低，輸灰氣源壓力可從原來的0.55MPa降低至0.3MPa，節約大量耗氣量，節能效果可達50%或以上。通過減少輸灰用氣量，保證機組壓縮空氣系統安全運行，防止機組其他設備因用氣量不足、輸灰系統故障而導致負荷受限或非計劃停運，影響機組供電、供熱能力。通過提高輸灰系統可靠性，減少漏灰造成的環境污染問題。