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宣威電廠氣力除灰系統(tǒng)的設(shè)計和運行狀況論文
摘要：宣威電廠#8、#9號爐一電場輸灰系統(tǒng)，除灰系統(tǒng)采用氣力輸送方式，宣威電廠經(jīng)過慎重調(diào)研和嚴格招標(biāo)，最終選用了北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司開發(fā)的適用于雙套管紊流新型除灰技術(shù)。本文介紹了雙套管氣力除灰系統(tǒng)的特點以及宣威電廠氣力除灰系統(tǒng)的選擇和設(shè)計情況。
關(guān)鍵詞：雙套管 煤粉灰 容重 顆粒度 灰氣比 磨損
1.前言
宣威電廠五、六期工程為2×300MW燃煤機組，除灰系統(tǒng)采用雙套管氣力除灰方式。在初步設(shè)計階段，對于大出力和長距離的干灰輸送系統(tǒng)，國內(nèi)外常規(guī)干灰輸送系統(tǒng)的應(yīng)用業(yè)績還較少�；谛姀S灰量大、灰比重大的特點，為了選擇安全可靠、經(jīng)濟適用的除灰系統(tǒng)，從而達到優(yōu)化設(shè)計、降低工程造價、保證電廠安全生產(chǎn)的目的，宣威電廠對全國使用氣力除灰比較典型的有關(guān)電廠進行了認真調(diào)研。根據(jù)調(diào)研情況和結(jié)果嚴格的招標(biāo)程序，慎重選擇了北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司提供的雙套管紊流除灰系統(tǒng)。經(jīng)過一年多的運行實踐，充分證明了雙套管氣力除灰系統(tǒng)不堵管、出力大、輸送距離遠等顯著特點，為整個電廠的安全生產(chǎn)提供了保障。
2.除灰系統(tǒng)簡介
2.1概述
宣威發(fā)電廠始建于1958年，先后共進行過四期擴建，四期建設(shè)后形成總裝機容量200MW（4×25+2×50），1998年宣威電廠開工建設(shè)五期擴建工程2×300MW機組（#7、#8機組），并分別于2000年12月和2001年10月投產(chǎn)運行。根據(jù)國家及云南省有關(guān)小火電退役計劃安排，原有200MW機組已于2001年退役拆除，現(xiàn)有運行機組四臺（4×300MW）。
2.2機組概述
國電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司機組主機設(shè)備為：（1）武漢鍋爐廠生產(chǎn)的型號為WGZ/1025/18.24—4型壓臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，單爐膛、 一次再熱、平衡通風(fēng)、半露天島式布置、鋼結(jié)構(gòu)、燃用宣威地區(qū)煙煤、煤粉鍋爐、固態(tài)排渣。（2）東方氣輪機廠生產(chǎn)的型號為N300—16.7/537/537—6型、單軸、雙缸雙排汽，高中壓合缸中間再熱凝汽式氣輪機。（3）東方電機廠生產(chǎn)的型號為QFSN—300—2—20、額定功率300MW、額定容量353MVA發(fā)電機。
鍋爐制粉系統(tǒng)采用國產(chǎn)中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，配有5臺磨煤機；裝有兩臺五電場靜電除塵器，每個電場4個灰斗，除塵器設(shè)計效率為99%，與#7鍋爐共用一座210m高的煙囪，出口直徑為7.5m；采用脫水倉水力出渣系統(tǒng)和干式氣力輸灰系統(tǒng)，廠內(nèi)設(shè)有終端灰?guī)�，用汽車將灰渣運至灰場存儲。原除灰系統(tǒng)采用氣力輸送方式，分兩級輸送，第一級輸送將電除塵器灰送到中間緩沖灰?guī)欤ü?個，2粗1細）。第二級輸送為從中間緩沖倉用TD泵送到670米外的終端灰?guī)�，共有兩條粗灰管道，一條細灰管道。飛灰輸送粗細分送，電除塵器第一電場四個灰斗的灰送到中間緩沖粗灰?guī)�，二、三、四電廠的灰送到中間緩沖細灰?guī)臁?/p>
2.3工程主要原始資料
2.3.1氣象特征：歷年平均氣溫13.4℃；歷年極端最高氣溫33.9℃；歷年極端最低氣溫-14.9℃；最熱月（7月）平均氣溫19.4℃；最冷月（1月）平均氣溫5.4℃；歷年平均相對濕度72%；歷年平均風(fēng)速3.5m/s；全年主導(dǎo)風(fēng)向SSW（23%）；歷年平均降雨量982.4mm；日最大降雨量153.1mm；歷年平均蒸發(fā)量2255.3mm；歷年平均雷擊日50d；歷年平均霜凍日147.1d；歷年平均氣壓80.19kpa。
2.3.2廠區(qū)地震烈度： 6度
2.3.3燃煤：煤種為宣威地區(qū)煙煤；煤質(zhì)成分分析資料如下：
2.3.4.2電除塵器灰斗的飛灰一般正常溫度：128℃
2.3.4.3電除塵器灰斗的飛灰最高沖擊溫度：350℃
2.3.4.4飛灰堆積容重：1.05t/m3
2.3.4.5飛灰對各種材料的磨損性：強
2.4除灰系統(tǒng)改造依據(jù)：
2.4.1系統(tǒng)出力不足：原設(shè)計飛灰的容重按0.75t/m3計；機組燃煤設(shè)計煤種灰分35.1%。由于燃煤煤質(zhì)發(fā)生變化，現(xiàn)實際燃用煤種灰分達48%、機組燃煤量有時達到180 t/h，加上實際飛灰的堆積密度達到1.05t/m3。因此常常使機組產(chǎn)生的飛灰不能及時輸送。影響機組安全穩(wěn)定運行。
2.4.1.2由于燃煤灰分和飛灰堆積密度的變化，超出原設(shè)計工況。現(xiàn)場調(diào)整，加大輸送氣量等，又使得飛灰輸送系統(tǒng)磨損加大。引起運行能耗和維護量增加。
2.4.2除灰系統(tǒng)飛灰參數(shù)：
2.4.2.1灰量：按煤種灰分48%、機組燃煤量180t/h，飛灰的堆積密度1.05 t/m3，除塵器灰量按總灰量的90%計，為78t/h；一電場灰量按80％計，為62.4 t/h。
2.4.2.2輸送系統(tǒng)邊界條件：除灰系統(tǒng)輸送距離，從除塵器下到中間緩沖灰?guī)鞛?00m，中間緩沖灰?guī)斓浇K端灰?guī)鞛?70m，提升35m。
2.5改造系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計概況
鍋爐形式和數(shù)量： 1025t/h鍋爐（300MW機組）
灰 量： 62.4t/h.爐（一電場）
灰斗數(shù)量 ＃8爐電除塵器一電場4個灰斗
輸送系統(tǒng)型式： 氣力
輸送技術(shù)： 雙套管氣力輸送系統(tǒng)
輸送物料： 靜電除塵器飛灰
飛灰溫度： ＜150℃
飛灰容重： 1.05t/m3
飛灰粒度分析： 按一般粉煤灰考慮
輸灰管數(shù)量： 每臺爐1條
系統(tǒng)出力： 每臺爐80t/h
輸送距離 最大水平幾何距離 670米(除塵器灰斗至終端灰?guī)?
提升高度 約35米。
通過對現(xiàn)場實地考察及與國電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司有關(guān)技術(shù)人員研究、討論。擬對機組一電場的干除灰系統(tǒng)進行改造，改造系統(tǒng)按國電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司的飛灰特點（灰量大、堆積密度大等）設(shè)計；利用雙套管紊流除灰系統(tǒng)的特點，按一電場飛灰直接送到終端灰?guī)�，在保證輸送性能和安全、可靠運行的基礎(chǔ)上，極大地簡化輸送系統(tǒng)。同時，還將使輸送系統(tǒng)的能耗大大降低。
改造系統(tǒng)：爐電除塵器一電場利用一套雙套管密相氣力除灰系統(tǒng)，每個電除塵器灰斗下各設(shè)一臺輸送罐，共計4臺輸送罐。＃1電除塵器的兩個灰斗組成一個單元；＃2電除塵器的兩個灰斗組成一個單元，共組成2個一電場輸送單元。該2個輸送單元共用一條DN250/DN300雙套管輸送至終端粗灰?guī)臁Ｔ撦斔凸艿涝谥虚g灰?guī)焯幵O(shè)2臺分路閥，通過分路閥切換，使一電場的灰即可進入中間灰?guī)旎蚪K端灰?guī)�。輸送管道的輸送出力�?0t/h。輸送氣壓力0.35MPa。灰氣比為20kg/kg，輸送當(dāng)量長度為750m。最終可實現(xiàn)將電除塵器一電場粗灰直接輸送到終端灰?guī)臁?/p>
3.除灰系統(tǒng)的選擇
3.1雙套管氣力輸送技術(shù)的基本原理
紊流雙套管氣力除灰系統(tǒng)屬于正壓氣力除灰方式，該系統(tǒng)的工藝流程和設(shè)備組成與常規(guī)正壓氣力除灰系統(tǒng)基本相同：即通過壓力發(fā)送器（倉式泵）把壓縮空氣的能量（靜壓能和動能）傳遞給被輸送物料，克服沿程各種阻力，將物料送往貯料庫。但是雙套管系統(tǒng)的輸送機理與常規(guī)氣力除灰系統(tǒng)不盡相同，主要不同點在于該系統(tǒng)采用了特殊結(jié)構(gòu)的輸送管道，沿著輸送管的輸送空氣保持連續(xù)紊流，這種紊流是采用第二條管來實現(xiàn)的。即管道采用大管內(nèi)套小管的特殊結(jié)構(gòu)形式，小管布置在大管內(nèi)的上部，在小管的下部每隔一定距離開有扇形缺口，并在缺口處裝有圓形孔板。正常輸送時大管主要走灰，小管主要走氣，壓縮空氣在不斷進入和流出內(nèi)套小管上特別設(shè)計的開口及孔板的過程中形成劇烈紊流效應(yīng)，不斷撓動物料，低速輸送會引起輸送管道中物料堆積，這種堆積物引起相應(yīng)管道截面壓力降低，所以迫使空氣通過第二條管（即內(nèi)套小管）排走，第二條管中的下一個開孔的孔板使“旁路空氣”改道返回到原輸送管中，此時增強的氣流將吹散堆積的物料，并使之向前移動，以這種受控方式產(chǎn)生擾動，從而使物料能實現(xiàn)低速輸送而不堵管。如圖所示：
3.2雙套管氣力輸送系統(tǒng)的特點
3.2.1系統(tǒng)適應(yīng)性強，可靠性高
紊流雙套管系統(tǒng)獨特的工作原理，保證了除灰系統(tǒng)管道不堵塞，即使短時的停運后再次啟動時，也能迅速疏通，從而保證了除灰系統(tǒng)的安全性和可靠性。由于煤種變化導(dǎo)致干灰品質(zhì)變差，系統(tǒng)也能正常運行，充分證明了雙套管系統(tǒng)的適應(yīng)性強的特點。輸送壓力變化平緩，空壓機供氣量波動小，系統(tǒng)運行工況比較穩(wěn)定，從而改善了輸灰空壓機的運行工況，延長設(shè)備使用壽命，比常規(guī)的單管氣力除灰系統(tǒng)性能要好。
3.2.2低流速，低磨損率
紊流雙套管系統(tǒng)的輸灰管內(nèi)灰氣混合物起始流速為2～6m/s，末速約為15m/s，平均流速為10m/s。而常規(guī)除灰系統(tǒng)起始速度為10m/s，末速約為30m/s，平均流速約20m/s。磨損量與輸送速度的3～4次方成正比，這表明紊流雙套管輸灰管道的磨損量僅為常規(guī)氣力1/8～1/16，同樣材質(zhì)的雙套管輸灰管道壽命為常規(guī)系統(tǒng)的8～16倍。
3.2.3投資省，能耗低
出力大，可以減少輸灰管道的數(shù)量，流速低，磨損小，輸灰管道不需采用耐磨材料和厚壁管道；輸送濃度高，耗氣量少，不僅可以減少空壓機數(shù)量，而且可以減少灰?guī)觳即龎m器的過濾面積。不僅大大降低了初期投資，而且減少了維護費用。同時由于設(shè)備配套功率減少，能耗降低。通過對幾個電廠的調(diào)研，多年的實際運行證明，其動力消耗要比常規(guī)的氣力除灰系統(tǒng)低30%～50%。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，稀相氣力除灰系統(tǒng)單位電耗一般為7～10kW·h/ (t·km)，而紊流雙套管系統(tǒng)一般為4～6kW·h/(t·km)，年運行費用因此而大大降低。
3.2.4輸送出力大，輸送距離遠
通常，隨著輸送距離的增加，濃度將降低，系統(tǒng)輸送出力也就降低。而紊流雙套管除灰系統(tǒng)出力可達100t/h以上，輸送距離可達1000m以上，這是其它氣力除灰系統(tǒng)難以實現(xiàn)的。
3.2.5國產(chǎn)設(shè)備與進口設(shè)備相比，性能相近，造價相差很大
目前我國紊流雙套管除灰技術(shù)均來源于德國莫勒公司的專利技術(shù)，我國有7個電廠先后采用該公司的雙套管氣力除灰系統(tǒng)，但價格相對偏高。如浙江嘉興電廠2×300MW機組所引進的雙套管除灰系統(tǒng)價格為427萬美元，1995年投運，輸送距離為1100米，輸送出力為每臺爐35t/h，物料溫度為130℃；華北某電廠2×350MW機組所引進的雙套管除灰系統(tǒng)價格為450萬美元，1999年投運，輸送距離為850米，輸送出力為每臺爐65t/h，物料溫度為400/200/100℃。與進口設(shè)備相比較，國產(chǎn)設(shè)備的性能與進口設(shè)備相差不大，但投資造價只相當(dāng)于進口設(shè)備的1/4，因此只有走國產(chǎn)化的道路才能降低工程造價。
3.3進口、國產(chǎn)系統(tǒng)國內(nèi)應(yīng)用情況
自1994年第一套紊流雙套管氣力除灰系統(tǒng)引進以來，又先后有幾個電廠采用該除灰系統(tǒng)。從運行情況來看，均能突出系統(tǒng)簡單、運行平穩(wěn)、安全可靠、能耗低、輸送距離較長、出力大、管道磨損小、不易堵管等優(yōu)點。另外，系統(tǒng)控制簡單方便、維護工作量小，很受電廠好評。
目前國內(nèi)有數(shù)家設(shè)計制造這套系統(tǒng)，共有100臺套系統(tǒng)正在使用或安裝中。從已運行的電廠的情況證明，國產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備是可行的，可以替代進口，實際上國外系統(tǒng)中的發(fā)送器（輸送罐）和雙套管也是在國內(nèi)加工制做的，只不過采用了外商的圖紙技術(shù)要求。但對國產(chǎn)系統(tǒng)中的進出口閥門、料位計必須采購進口部件，控制系統(tǒng)采用CRT+PLC，顯示操作比較直觀實用。
根據(jù)初步設(shè)計和調(diào)研情況，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較，認為選用正壓一級輸送系統(tǒng)比氣力兩級輸送系統(tǒng)具有系統(tǒng)相對簡單、控制簡便，占地面積省，管理集中等優(yōu)點，故除灰系統(tǒng)擬采用正壓一級濃相雙套管氣力輸送方式。該系統(tǒng)灰量大、飛灰的堆積密度大的特點，很適合宣威電廠的條件。
4待完善的地方
由于電除塵器錐斗角度的問題，在進料閥采用DN300的情況下，系統(tǒng)排氣管道出口連接到煙道處，由于負壓系統(tǒng)的緣故，排氣管道磨損嚴重。計劃加大排氣管道直徑，用耐磨管道，同時將管道出口移置電除塵器灰斗高料位處。
5結(jié)束語
宣威電廠9號爐、8號爐兩臺機組分別于2005年8月和10月投入運行，除灰系統(tǒng)至今始終保持安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，沒有發(fā)生過堵管、漏灰等故障。雙套管氣力除灰系統(tǒng)在宣威電廠的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)完全能夠滿足輸送距離遠、灰量大的運行要求。整個系統(tǒng)組成相對簡單，不僅提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且有效地降低了系統(tǒng)的能耗，減少了運行成本。
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