660MW超超临界燃煤机组省煤器输灰改造实践及探索

刘华山

摘要：#5、6炉除灰系统电除尘及省煤器飞灰采用正压浓相双套管输送，整个除灰岛统一成套供货，投运行以来省煤器及一电场A侧频繁出现灰斗下灰不畅、进料阀卡、输灰管道堵等故障，直接影响整个系统运行。通过对煤器输灰管道及输灰程序的技术改造，大大提高气力除灰系统的输灰可靠性和稳定性。

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.

关健词：省煤器;双套管;堵塞

Key words： economizer;double casing;blockage

中图分类号：TM621.73                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）04-0144-05

1  除灰系统概况

我公司三期工程为2台660MW超超临界燃煤机组，电除尘及省煤器飞灰采用正压浓相双套管输送，每台机组各设一套系统，将飞灰收集并气力输送至灰库贮存、轉运。按粗细分排原则，省煤器和电除尘器一电场的干灰作为粗灰输送至粗灰库，电除尘器二、三、四电场的灰作为细灰输送至细灰库。每台炉配备的是双室四电场静电除尘器，除尘器效率不低于99.75%。每台炉省煤器有6个灰斗，除尘器有4×8个灰斗，每个灰斗下设一台发送罐。省煤器与一电场A侧四只发送罐串联为一个输送单元，一电场B侧四只发送罐为一个单元，二电场八只发送罐一分为二为两个发送单元，三电场八只发送罐串联为一个单元，四电场与三电场相同。每台炉有三根通往灰库的输灰管道，一电场两个发送单元各一根，二、三、四电场公用一根，二电场发送单元与一电场发送单元可以通过切换阀有机结合，当一电场输送故障时，二电场输送单元可以用一电场输灰管道完成输送。本期除尘器区域不设水力除灰，系统输送用气、仪表用气由空压机站统一供给。

因我厂输灰距离较远，长度达800m左右，采用耐磨性无缝钢管输送时，极易发生堵管现象，导致输灰困难。故输灰管道采用双套管技术采用，同时为降低粉煤灰流速，输送管道采取四级变径。双套管输灰管道示意图如图1所示。

双套管技术技术结构原理：双套管的结构为大管套小管，即：在普通管道上部装设有一直径较小的内管，内管每隔一定的间距开设有一特定的开口。双套管的原理建立在两个基础上。一是对于水平输送管道，由于重力影响，气固混合物在管道内形成：管道上部气多固少、管道下部固多气少的状态。二是对于水平输送管道，当发生堵管现象时，粉料首先在管道下壁开始堆积，逐渐向上堆积到管道上壁，最终将管道完全堵死。

把双套管作为输灰管道应用于气力输送的水平管道，可以有效的防止灰管堵塞，其防堵的机理就在于双套管的特殊结构。当灰气混合物在管道内流动时，经常会由于种种原因导致干灰在管道内部逐渐沉积导致堵管。当管道内的干灰开始沉积将要堵管时，压缩空气会通过小管流过，经过小管开孔和节流孔板的作用，对堵塞的部分进行扰动，将沉积的干灰逐渐吹动，从而避免将输送管道堵死。

2  省煤器输灰现状

2.1 输灰管道堵塞

省煤器六只发送罐与一电场A侧四只发送罐串联为一个输送单元，输灰困难。为解决此类问题，在省煤器与一电场之间的沿途管线上加装补气装置、反抽装置等设备，意在加强干灰堵管时的扰动，提高输灰效率。但效果不佳，特别是在高负荷阶段，省煤器干灰量较大时，仍频繁出现堵管现象，严重影响气力输灰系统的安全运行。

2.2 输灰管道磨损

由于输灰堵管原因造成难度增加，需要更多的压缩空气推送，原有的浓相输送变为稀相输送，导致输灰系统平均流速为15～20m/s，而设计平均流速为8-12m/s，故加速了管道的磨损。

2.3 输灰阀门故障

因省煤器输灰困难，导致灰斗内煤灰不能及时输送，灰斗内积压煤灰较多，故发送罐进料阀打开进料时，煤灰在极短的时间内充满发送罐和进料阀阀体腔室内，导致阀门关不到位和卡涩故障。同时因发送罐出口输灰管道堵塞，造成输灰压力持续上升，易导致阀门的阀芯与阀板的密封面吹损，从而发生阀门损坏故障。

3  省煤器输灰道堵塞原因分析

3.1 省煤器输灰管道的设计不够科学

省煤器的六只发送罐与一电场A侧四只发送罐串联为一个输送单元，一电场B侧四只发送罐为一个单元。与一电场B侧相比，其输灰量明显偏大，输气量明显偏高，每小时的输送频率也明显偏多。省煤器及各电场输灰规范如表1所示。

锅炉燃烧相应煤种时，1×660MW机组灰量如表2所示。

从上述设计规范表中，从中可明显发现，一电场A侧与省煤器共用一根灰管的输灰量显著偏大，输灰未端速度偏高。

3.2 省煤器煤灰粒径偏大

因为煤质的性质、锅炉燃烧的特点以及燃烧工况的调整等，导致省煤器段粉煤灰的特性不稳定，粉煤灰内经常伴有大颗粒、多孔隙的渣粒，而且比例较大，如图5所示。粉煤灰一般以灰栓的形式输送，而省煤器段粉煤灰中的渣粒重、孔隙多，灰栓难以形成，造成省煤器除灰系统输送困难，经常发生堵管现象，严重影响输灰系统的正常排灰。

3.3 5号锅炉省煤器气力输灰编制程序不合理

因省煤器与一电场A侧为同一个输灰发送单元，故省煤器与一电场A侧的输送编制程序是一致的。在输灰自动的程序中，当一电场A侧发送罐进料发送输灰时，省煤器同时进行了相应的程序。这样一旦发生一电场A侧输灰不畅时，其输灰气源逆向进入到省煤器输灰管的出口侧，进一步加大了省煤器的输灰阻力。如图6所示。

3.4 输送气源压力不稳定

为了防止输灰管道堵塞，行之有效的办法就是增加进气量、补气点，以增加管道内煤灰的流速，但这样一方面加速了输灰管道的磨损，同时增加进气量，打破了整个空压机供气站的平衡，使输灰气源的压力持续发生幅度较大的波动，易发生输灰管道内的煤灰出现沉降现象，其沉降灰量较多时，导致输灰管道发生堵塞故障。故为保证输送气源压力的稳定，往往采取增开空压机的办法不解决此类问题，既不节能，更不经济。

4  调整省煤器输灰方式检验输灰状态

在同工况下，通过“手动”方式来试验省煤器与一电场A侧输灰发送单元的不同输灰模式，验证输灰管道堵塞的可能性。

4.1 模式一

停止省煤器发送罐进料，关闭省煤器与一电场A侧联络阀。此时一电场A侧发送罐进料250S后，进行气力输灰。从PLC曲线上分析，此模式状态下，输灰顺畅稳定，出口输灰母管出口压力高值仅为0.25MPa，输灰结束时间为5min，系统输灰用气压力无波动。如图7所示。

4.2 模式二

停止一电场A侧发送罐进料，关闭一电场A侧进气阀。此时省煤器发送罐进料500S后，进行气力输灰。从PLC曲线上分析，此模式状态下，输灰稳定，出口输灰母管出口压力高值为0.35MPa，输灰结束时间为4min，系统输灰用气压力基本无波动。

4.3 模式三

省煤器与一电场A侧发送罐同时进料。因省煤器煤灰粒径较大，灰量较少，故发送罐进料时间为10S，一电场A侧发送罐进料250S后，进行气力输灰。从PLC曲线上分析，此模式状态下，输灰曲线波动幅度大，出口输灰母管出口压力高值达0.55MPa，输灰结束时间为8min，系统输灰用气压力波动大。结论：从三种模式的运行方式可分析出，省煤器输灰道堵塞的根本原因为省煤器与一电场A侧为同一个输灰发送单元同时发送时，因一电场A侧输灰量较大及省煤器煤灰粒径偏大等综合因素，导致其输送用气形成互相干扰、相互抵触，无形中大大增加了输灰的阻力，导致气力输灰困难。

5  改造方案及可行性分析

方案一：切除一电场A侧与省煤器输灰联络管道，从省煤器出口管上单独安装一根管道至灰库。该方案可以确保省煤器输灰顺畅，但改造费用高，安装管道长约800m，施工费高，材料及人工费用达80万左右，故该方案不适宜。

方案二：调整一电场A侧与省煤器输灰方式，通过程序改造，将一电场A侧与省煤器输灰实施单独运行。该方案可以保证省煤器及一电场A侧输灰顺畅。但当省煤器单独运行时，由于省煤器煤灰粒径较大，在长距离的输送状况下，形成的灰栓對管道及弯头的磨损呈几何级的增长。同时由于一电场A侧与省煤器输灰实施单独运行，共用一根灰管而又不能互相干涉，严重影响一电场A侧的正常输灰，特别是在机组高负荷的状态下，其一电场的灰量倍增，如不及时输送，势必影响机组的安全运行，故该方案不可取。

方案三：将省煤器发送罐内煤灰直接发送至电除尘灰斗的入口烟道内，通过引风机的抽吸锅炉燃烧产生的烟气的功能，将煤灰抽吸到电除尘一电场灰斗内。因电除尘灰斗的入口烟道与省煤器距离较近，故该方案改造简单，布置管阀简易，投入费用极低。但因锅炉配烧经济煤种等原因，省煤器产生的煤灰比重较大，极易造成烟道堵塞。同时因机组负荷较低或锅炉进行深度调峰时，其引风机抽吸锅炉燃烧产生的烟气的功能将大大降低，也易发生煤灰堵塞烟道现象，存在安全隐患，故该方案不可行。

方案四：将省煤器发送罐内煤灰直接发送至电除尘灰斗的入口扩锥处。省煤器输灰系统灰量占总灰量的5%左右，而且大部份是粗灰，如果将省煤器发送罐内煤灰直接发送至电除尘灰斗的入口扩锥处，可通过扩锥的坡度及粗灰的自重作用，直接进入到电除尘灰斗内，灰斗的入口扩锥处不存在集灰、堆灰及堵塞现象。

同时，对电除尘出口的烟尘排放是否超标进行了核算，省煤器内煤灰进入到电除尘灰斗的入口扩锥处时，大部份煤灰进入除尘器一电场，即使有少量进入袋区，由于袋区采用定阻、定时清灰，因此只会适当增加清灰频率，不会导致排放提高。其次，从烟气量来说，进入除尘器的烟气量在1000m3/h以下，相对除尘器4000000m3/h烟气量，不到千分之一，所以对除尘器出口的烟尘排放几乎不产生影响。故此方案安全可靠，技改难度小，费用也相对较低，完全可以实施改造。

6  改造实施

①因省煤器煤灰粒径较大，易发生管道磨损导致煤灰泄漏，影响环保问题的发生，故保留了原有的省煤器输灰管阀，以作为省煤器输灰的备用。同时单独接入一根输灰管道至电除尘灰斗的入口扩锥处。

②新安装的输灰管道仍然采用双套管技术，管壁厚度δ10mm，输送距离约40m。弯头采用双金属背包式耐磨弯头技术，保证管道通径为125mm，制作时，整体铸造高铬合金耐磨弯头，外包10mm无缝钢板。铸造的高铬合金耐磨弯头内弯壁厚18mm、外弯壁厚25mm;弯头两端顺延铸造300mm耐磨直管段，管道两端另加L=100（Φ145*10）的焊接碳钢直段，有效防止了弯头的磨损问题。

③为及时检测省煤器的输灰状态和压力变化，在省煤器仓泵进气侧和出口侧分别安装了压力变送器，并将输灰压力信号传送到PLC，以便于运控人员及时把握输灰状况，并根据运行曲线图作出相应的调整和调控。

④因原有的输灰程序是一电场A侧与省煤器同一输灰发送单元，故需对省煤器气力输灰程序作为一个独立的单元进行编程。

1）保留5号锅炉省煤器与一电场A侧原有气力输灰程序的基础上，对省煤器新增一套独立的输灰程序，其程控方式可类似于其它电场的气力输灰程序形式。

2）在省煤器仓进气总阀后增加一只压力变送器，并将输送压力传送到进PLC画面，作为输灰启动压力设置需要。

3）在省煤器气力输灰出料阀后增加一只压力变送器，并将输送压力传送到进PLC画面，作为输灰结束时压力判断。

4）因省煤器灰量相对较少，其输送频次需根据煤种、负荷状况、深度调峰需求等情况而定，故增设了省煤器气力输灰循环间隔周期时间设定。

⑤省煤器气力输灰程序如下：

1）打开发送罐气控进料阀，开始进料。

2）发送罐料位信号到（或定时），发送罐进灰阀关闭。

3）当输灰压力达到设定值时，打开气动出料阀，打开气控进气阀和气控补气阀，输送空气导入发送罐，开始进行输送。

4）当管道的输送压力下降至设定压力（一般为0.05

MPa，可调整设定）时，关闭进气阀和补气阀，至此输送过程结束。

5）输灰结束后，按系统设定的等待时间后再进入下一次循环。

7  效果分析

安全性：保证了一电场及省煤器的正常输灰，有效防止了一电场A侧及省煤器灰斗出现干灰积堆现象。同时因改造后其省煤器输灰距离短、输送能力强的特点，确保了机组迎峰度夏等特殊时段机组负荷高、掺烧经济煤种等原因造成的干灰粒径大、干灰灰量多时，仍可保证输灰系统的安全经济运行。

经济性：改造前，为稳定机组仪用气压力和输灰系统的正常运行，空压机正常投运为五台。改造后，四台空压机即可保证机组的正常耗气需求，年节电达90多万元，节能效益明显。同时，因输灰压力低，输灰管道的磨损率大大降低，管道、弯头使用寿命将提高一倍以上，经济效益突出。

8  结束语

气力除灰系统的运行状况直接影响着机组的安全运行，严重时可造成机组停运。灰斗积灰、输灰管堵塞是一个工况较复杂的系统，经常会牵一处而动全身，往往也是众多因素的积累。现在各电厂都在积极研究、学习、运用除灰技术，并大步向设备自动化、合理化、简单化、智能化发展。因此，除灰系统的日常维护更应关注多方面的变化，运用恰当的方法在加强设备管理和技术改造，确保气力除灰系统正常运行的。随着除灰工艺的深入认识、研究、运行优化和改进，相信除灰系統工艺会有更加广阔的前景。

参考文献：

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[3]李铮.660MW超临界空冷机组加装低温省煤器节能及环保应用分析[J].价值工程，2015，34（29）：134-137.