宣威电厂气力除灰系统的设计和运行状况论文
摘要：宣威电厂#8、#9号炉一电场输灰系统，除灰系统采用气力输送方式，宣威电厂经过慎重调研和严格招标，最终选用了北京国电富通科技发展有限责任公司开发的适用于双套管紊流新型除灰技术。本文介绍了双套管气力除灰系统的特点以及宣威电厂气力除灰系统的选择和设计情况。
关键词：双套管 煤粉灰 容重 颗粒度 灰气比 磨损
1.前言
宣威电厂五、六期工程为2×300MW燃煤机组，除灰系统采用双套管气力除灰方式。在初步设计阶段，对于大出力和长距离的干灰输送系统，国内外常规干灰输送系统的应用业绩还较少。基于宣威电厂灰量大、灰比重大的特点，为了选择安全可靠、经济适用的除灰系统，从而达到优化设计、降低工程造价、保证电厂安全生产的目的，宣威电厂对全国使用气力除灰比较典型的有关电厂进行了认真调研。根据调研情况和结果严格的招标程序，慎重选择了北京国电富通科技发展有限责任公司提供的双套管紊流除灰系统。经过一年多的运行实践，充分证明了双套管气力除灰系统不堵管、出力大、输送距离远等显著特点，为整个电厂的安全生产提供了保障。
2.除灰系统简介
2.1概述
宣威发电厂始建于1958年，先后共进行过四期扩建，四期建设后形成总装机容量200MW（4×25+2×50），1998年宣威电厂开工建设五期扩建工程2×300MW机组（#7、#8机组），并分别于2000年12月和2001年10月投产运行。根据国家及云南省有关小火电退役计划安排，原有200MW机组已于2001年退役拆除，现有运行机组四台（4×300MW）。
2.2机组概述
国电宣威发电有限责任公司机组主机设备为：（1）武汉锅炉厂生产的型号为WGZ/1025/18.24—4型压临界自然循环汽包锅炉，单炉膛、 一次再热、平衡通风、半露天岛式布置、钢结构、燃用宣威地区烟煤、煤粉锅炉、固态排渣。（2）东方气轮机厂生产的型号为N300—16.7/537/537—6型、单轴、双缸双排汽，高中压合缸中间再热凝汽式气轮机。（3）东方电机厂生产的型号为QFSN—300—2—20、额定功率300MW、额定容量353MVA发电机。
锅炉制粉系统采用国产中速磨煤机直吹式制粉系统，配有5台磨煤机；装有两台五电场静电除尘器，每个电场4个灰斗，除尘器设计效率为99%，与#7锅炉共用一座210m高的烟囱，出口直径为7.5m；采用脱水仓水力出渣系统和干式气力输灰系统，厂内设有终端灰库，用汽车将灰渣运至灰场存储。原除灰系统采用气力输送方式，分两级输送，第一级输送将电除尘器灰送到中间缓冲灰库（共3个，2粗1细）。第二级输送为从中间缓冲仓用TD泵送到670米外的终端灰库，共有两条粗灰管道，一条细灰管道。飞灰输送粗细分送，电除尘器第一电场四个灰斗的灰送到中间缓冲粗灰库，二、三、四电厂的灰送到中间缓冲细灰库。
2.3工程主要原始资料
2.3.1气象特征：历年平均气温13.4℃；历年极端最高气温33.9℃；历年极端最低气温-14.9℃；最热月（7月）平均气温19.4℃；最冷月（1月）平均气温5.4℃；历年平均相对湿度72%；历年平均风速3.5m/s；全年主导风向SSW（23%）；历年平均降雨量982.4mm；日最大降雨量153.1mm；历年平均蒸发量2255.3mm；历年平均雷击日50d；历年平均霜冻日147.1d；历年平均气压80.19kpa。
2.3.2厂区地震烈度： 6度
2.3.3燃煤：煤种为宣威地区烟煤；煤质成分分析资料如下：
2.3.4.2电除尘器灰斗的飞灰一般正常温度：128℃
2.3.4.3电除尘器灰斗的飞灰最高冲击温度：350℃
2.3.4.4飞灰堆积容重：1.05t/m3
2.3.4.5飞灰对各种材料的磨损性：强
2.4除灰系统改造依据：
2.4.1系统出力不足：原设计飞灰的容重按0.75t/m3计；机组燃煤设计煤种灰分35.1%。由于燃煤煤质发生变化，现实际燃用煤种灰分达48%、机组燃煤量有时达到180 t/h，加上实际飞灰的堆积密度达到1.05t/m3。因此常常使机组产生的飞灰不能及时输送。影响机组安全稳定运行。
2.4.1.2由于燃煤灰分和飞灰堆积密度的变化，超出原设计工况。现场调整，加大输送气量等，又使得飞灰输送系统磨损加大。引起运行能耗和维护量增加。
2.4.2除灰系统飞灰参数：
2.4.2.1灰量：按煤种灰分48%、机组燃煤量180t/h，飞灰的堆积密度1.05 t/m3，除尘器灰量按总灰量的90%计，为78t/h；一电场灰量按80％计，为62.4 t/h。
2.4.2.2输送系统边界条件：除灰系统输送距离，从除尘器下到中间缓冲灰库为200m，中间缓冲灰库到终端灰库为670m，提升35m。
2.5改造系统参数设计概况
锅炉形式和数量： 1025t/h锅炉（300MW机组）
灰 量： 62.4t/h.炉（一电场）
灰斗数量 ＃8炉电除尘器一电场4个灰斗
输送系统型式： 气力
输送技术： 双套管气力输送系统
输送物料： 静电除尘器飞灰
飞灰温度： ＜150℃
飞灰容重： 1.05t/m3
飞灰粒度分析： 按一般粉煤灰考虑
输灰管数量： 每台炉1条
系统出力： 每台炉80t/h
输送距离 最大水平几何距离 670米(除尘器灰斗至终端灰库)
提升高度 约35米。
通过对现场实地考察及与国电宣威发电有限责任公司有关技术人员研究、讨论。拟对机组一电场的干除灰系统进行改造，改造系统按国电宣威发电有限责任公司的飞灰特点（灰量大、堆积密度大等）设计；利用双套管紊流除灰系统的特点，按一电场飞灰直接送到终端灰库，在保证输送性能和安全、可靠运行的基础上，极大地简化输送系统。同时，还将使输送系统的能耗大大降低。
改造系统：炉电除尘器一电场利用一套双套管密相气力除灰系统，每个电除尘器灰斗下各设一台输送罐，共计4台输送罐。＃1电除尘器的两个灰斗组成一个单元；＃2电除尘器的两个灰斗组成一个单元，共组成2个一电场输送单元。该2个输送单元共用一条DN250/DN300双套管输送至终端粗灰库。该输送管道在中间灰库处设2台分路阀，通过分路阀切换，使一电场的灰即可进入中间灰库或终端灰库。输送管道的输送出力为80t/h。输送气压力0.35MPa。灰气比为20kg/kg，输送当量长度为750m。最终可实现将电除尘器一电场粗灰直接输送到终端灰库。
3.除灰系统的选择
3.1双套管气力输送技术的基本原理
紊流双套管气力除灰系统属于正压气力除灰方式，该系统的工艺流程和设备组成与常规正压气力除灰系统基本相同：即通过压力发送器（仓式泵）把压缩空气的能量（静压能和动能）传递给被输送物料，克服沿程各种阻力，将物料送往贮料库。但是双套管系统的输送机理与常规气力除灰系统不尽相同，主要不同点在于该系统采用了特殊结构的输送管道，沿着输送管的输送空气保持连续紊流，这种紊流是采用第二条管来实现的。即管道采用大管内套小管的特殊结构形式，小管布置在大管内的上部，在小管的下部每隔一定距离开有扇形缺口，并在缺口处装有圆形孔板。正常输送时大管主要走灰，小管主要走气，压缩空气在不断进入和流出内套小管上特别设计的开口及孔板的过程中形成剧烈紊流效应，不断挠动物料，低速输送会引起输送管道中物料堆积，这种堆积物引起相应管道截面压力降低，所以迫使空气通过第二条管（即内套小管）排走，第二条管中的下一个开孔的孔板使“旁路空气”改道返回到原输送管中，此时增强的气流将吹散堆积的物料，并使之向前移动，以这种受控方式产生扰动，从而使物料能实现低速输送而不堵管。如图所示：
3.2双套管气力输送系统的特点
3.2.1系统适应性强，可靠性高
紊流双套管系统独特的工作原理，保证了除灰系统管道不堵塞，即使短时的停运后再次启动时，也能迅速疏通，从而保证了除灰系统的安全性和可靠性。由于煤种变化导致干灰品质变差，系统也能正常运行，充分证明了双套管系统的适应性强的特点。输送压力变化平缓，空压机供气量波动小，系统运行工况比较稳定，从而改善了输灰空压机的运行工况，延长设备使用寿命，比常规的单管气力除灰系统性能要好。
3.2.2低流速，低磨损率
紊流双套管系统的输灰管内灰气混合物起始流速为2～6m/s，末速约为15m/s，平均流速为10m/s。而常规除灰系统起始速度为10m/s，末速约为30m/s，平均流速约20m/s。磨损量与输送速度的3～4次方成正比，这表明紊流双套管输灰管道的磨损量仅为常规气力1/8～1/16，同样材质的双套管输灰管道寿命为常规系统的8～16倍。
3.2.3投资省，能耗低
出力大，可以减少输灰管道的数量，流速低，磨损小，输灰管道不需采用耐磨材料和厚壁管道；输送浓度高，耗气量少，不仅可以减少空压机数量，而且可以减少灰库布袋除尘器的过滤面积。不仅大大降低了初期投资，而且减少了维护费用。同时由于设备配套功率减少，能耗降低。通过对几个电厂的调研，多年的实际运行证明，其动力消耗要比常规的气力除灰系统低30%～50%。据有关资料统计，稀相气力除灰系统单位电耗一般为7～10kW·h/ (t·km)，而紊流双套管系统一般为4～6kW·h/(t·km)，年运行费用因此而大大降低。
3.2.4输送出力大，输送距离远
通常，随着输送距离的增加，浓度将降低，系统输送出力也就降低。而紊流双套管除灰系统出力可达100t/h以上，输送距离可达1000m以上，这是其它气力除灰系统难以实现的`。
3.2.5国产设备与进口设备相比，性能相近，造价相差很大
目前我国紊流双套管除灰技术均来源于德国莫勒公司的专利技术，我国有7个电厂先后采用该公司的双套管气力除灰系统，但价格相对偏高。如浙江嘉兴电厂2×300MW机组所引进的双套管除灰系统价格为427万美元，1995年投运，输送距离为1100米，输送出力为每台炉35t/h，物料温度为130℃；华北某电厂2×350MW机组所引进的双套管除灰系统价格为450万美元，1999年投运，输送距离为850米，输送出力为每台炉65t/h，物料温度为400/200/100℃。与进口设备相比较，国产设备的性能与进口设备相差不大，但投资造价只相当于进口设备的1/4，因此只有走国产化的道路才能降低工程造价。
3.3进口、国产系统国内应用情况
自1994年第一套紊流双套管气力除灰系统引进以来，又先后有几个电厂采用该除灰系统。从运行情况来看，均能突出系统简单、运行平稳、安全可靠、能耗低、输送距离较长、出力大、管道磨损小、不易堵管等优点。另外，系统控制简单方便、维护工作量小，很受电厂好评。
目前国内有数家设计制造这套系统，共有100台套系统正在使用或安装中。从已运行的电厂的情况证明，国产系统和设备是可行的，可以替代进口，实际上国外系统中的发送器（输送罐）和双套管也是在国内加工制做的，只不过采用了外商的图纸技术要求。但对国产系统中的进出口阀门、料位计必须采购进口部件，控制系统采用CRT+PLC，显示操作比较直观实用。
根据初步设计和调研情况，经过经济技术比较，认为选用正压一级输送系统比气力两级输送系统具有系统相对简单、控制简便，占地面积省，管理集中等优点，故除灰系统拟采用正压一级浓相双套管气力输送方式。该系统灰量大、飞灰的堆积密度大的特点，很适合宣威电厂的条件。
4待完善的地方
由于电除尘器锥斗角度的问题，在进料阀采用DN300的情况下，系统排气管道出口连接到烟道处，由于负压系统的缘故，排气管道磨损严重。计划加大排气管道直径，用耐磨管道，同时将管道出口移置电除尘器灰斗高料位处。
5结束语
宣威电厂9号炉、8号炉两台机组分别于2005年8月和10月投入运行，除灰系统至今始终保持安全稳定的运行状态，没有发生过堵管、漏灰等故障。双套管气力除灰系统在宣威电厂的应用表明，该系统完全能够满足输送距离远、灰量大的运行要求。整个系统组成相对简单，不仅提高了系统运行的稳定性，而且有效地降低了系统的能耗，减少了运行成本。
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