王震

摘要：濃相氣力輸灰技術(shù)是目前較為先進(jìn)成熟的干灰輸送技術(shù)，它對(duì)解決火力發(fā)電廠(chǎng)的粉塵污染，減少濕灰排放，粉煤灰的綜合利用起到重要作用。為了解決長(zhǎng)距離輸灰時(shí)，出力小，能耗大，管道設(shè)備多，投資大的問(wèn)題，相繼開(kāi)發(fā)出了串、并聯(lián)出灰方式。本文通過(guò)計(jì)算、試驗(yàn)和輸灰工程實(shí)例闡述該項(xiàng)技術(shù)在我司的應(yīng)用發(fā)展和成熟。

關(guān)鍵詞：濃相氣力輸灰；長(zhǎng)距離； 串、并聯(lián)出灰；效益

一、常規(guī)濃相氣力輸灰

目前，以煤為燃料的火力發(fā)電廠(chǎng)大多采用煤粉鍋爐，煤粉在鍋爐中燃燒后的部分殘出物從爐膛底部落下，這些物質(zhì)顆粒度較粗，通常稱(chēng)為爐渣。煤粉在爐膛中燃燒的大部分以灰的形式隨煙氣一起流動(dòng)，通過(guò)尾部受熱面，最后在除塵器中把大部分飛灰分離出來(lái)，只有極少量的飛灰隨著煙氣通過(guò)煙囪排出。通過(guò)除塵器分離出來(lái)的干灰即為粉煤灰。

過(guò)去大多數(shù)電廠(chǎng)采用濕法處理，不僅耗水量大且廢棄的灰漿淤泥堆存要占用大片土地，污水排入江河湖海污染環(huán)境。現(xiàn)在利用干法處理，可使粉煤灰變廢為寶，如制造性能優(yōu)良的建筑材料或鋪設(shè)高速公路，帶來(lái)很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。1978年上海市粉煤灰的排放總量為54萬(wàn)噸，利用總量為18萬(wàn)噸，利用率僅為33.3%；1994年上海市粉煤灰的排放總量為326.9萬(wàn)噸，利用總量為307.9萬(wàn)噸，利用率達(dá)到94.2%。

為了進(jìn)行干法處理，上海xxxx有限公司（原上海xxx廠(chǎng)）在對(duì)國(guó)外技術(shù)引進(jìn)消化吸收過(guò)程中，成功研制和開(kāi)發(fā)了濃相氣力輸灰系統(tǒng)設(shè)備，于1991年3月在上海南市發(fā)電廠(chǎng)的#11爐（220t/h鍋爐）上成功投運(yùn)。它有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，密封性好，飛灰無(wú)泄漏。

2.構(gòu)造簡(jiǎn)單，除壓縮空氣外，不需要其他動(dòng)力。

3.運(yùn)動(dòng)部件少，故障少，維修工作量小，運(yùn)行可靠，幾乎沒(méi)有雜音。

4.輸送濃度高，平均灰氣比達(dá)到30：1（kg：kg）以上，流速低，管道磨較小，能耗低。

在水平輸送管道中，一般輸送氣流速越大，物料越接近于均勻分布。但根據(jù)不同的情況，當(dāng)輸送氣流速不大時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)會(huì)有顯著變化。在物料管的起始段是按管底流大致均勻地輸送，越到后段就越接近疏密流，最后終于形成脈動(dòng)流或停滯流。水平管越長(zhǎng)，這現(xiàn)象越明顯。物料在水平輸送管道中輸送，一般分為以下6種狀態(tài)：

1. 均勻流：輸送時(shí)物料顆粒接近于均勻分布狀態(tài)，物料在氣流中呈懸浮狀態(tài)。

2. 管底流：輸送時(shí)物料接近管底，分布較密，一面作不規(guī)則滾動(dòng)一面輸送。

3. 疏密流：輸送時(shí)物料在水平管中呈疏密不均的狀態(tài)，部分顆粒在管底滑動(dòng)。

4. 停滯流：輸送時(shí)物料的大部分顆粒失去懸浮能力而停滯在管底，局部區(qū)段因物料積聚而使管內(nèi)斷面變小，氣流速度在該區(qū)段增大，將停滯的物料吹走。

5. 部分流：輸送時(shí)物料顆粒堆積在管底，并且隨著時(shí)間的推移，象沙丘般移動(dòng)。

6. 柱塞流：輸送時(shí)堆積的物料層充滿(mǎn)管道，在管中形成柱塞狀流動(dòng)。

濃相氣力輸灰系統(tǒng)屬于第6種：柱塞流。它利用壓縮空氣的靜壓和動(dòng)壓使物料以柱塞狀態(tài)在密閉管路中輸送，較之單純利用動(dòng)壓輸送的稀相系統(tǒng)效率高、流速低，較之單純利用靜壓輸送的脈沖氣力輸送機(jī)，具有更高的可靠性和更長(zhǎng)的輸送距離。

濃相氣力輸灰系統(tǒng)的組成：

1、輸灰部分包括若干個(gè)大小與輸灰量相匹配的輸灰機(jī)（倉(cāng)泵），倉(cāng)泵是一個(gè)壓力容器發(fā)送罐包含進(jìn)料閥、出料閥、流化盤(pán)、一次氣裝置、二次氣裝置等。

2、控制部分包括每臺(tái)倉(cāng)泵上的灰位料位器、壓力變送器、電磁閥箱以及帶有模擬屏或CRT的輸灰PLC控制柜。

3、氣源部分包括若干臺(tái)0.7MPa的螺桿空壓機(jī)和配套的空氣凈化干燥裝置以及儲(chǔ)氣罐組成。

4、輸灰管道包括普通#20無(wú)縫鋼管、耐磨彎頭、伸縮節(jié)、吹堵裝置等。

氣力輸灰機(jī)工作過(guò)程由四個(gè)階段組成：

⑴進(jìn)料階段

進(jìn)料閥處于常開(kāi)狀態(tài)，飛灰靠重力自由落入輸送機(jī)殼體內(nèi)。保證除塵器集灰斗內(nèi)是空的，杜絕了集灰斗內(nèi)飛灰“搭橋”現(xiàn)象。

當(dāng)灰位上升觸到料位發(fā)信器后，料位器發(fā)出料滿(mǎn)信號(hào)，自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥，完成進(jìn)料階段。當(dāng)灰量較少時(shí)，進(jìn)料階段時(shí)間超過(guò)了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，也將自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥，完成進(jìn)料階段。

⑵流化階段

自動(dòng)開(kāi)啟進(jìn)氣閥，壓縮空氣進(jìn)入殼體擴(kuò)散后穿過(guò)流化盤(pán)，使空氣均勻地包圍在飛灰顆粒四周，同時(shí)壓力上升。

圖一、氣力輸灰機(jī)（倉(cāng)泵）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

充分流化是本系統(tǒng)能低速不堵塞輸灰的保障是本系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。

⑶輸送階段

當(dāng)輸送機(jī)殼體內(nèi)壓力上升到一定值時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，自動(dòng)開(kāi)啟出料閥。流化盤(pán)上的飛灰流化加強(qiáng)，輸送開(kāi)始，殼體內(nèi)灰位開(kāi)始下降。在此階段中，流化盤(pán)上的飛灰始終處于邊流化、邊輸送狀態(tài)。

⑷吹掃階段

飛灰輸送完畢，壓力下降到空管阻力時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，延續(xù)一定時(shí)間吹掃管路，然后關(guān)閉進(jìn)氣閥。待機(jī)體內(nèi)壓力為常壓時(shí)關(guān)閉出料閥，開(kāi)啟進(jìn)料閥，完成一個(gè)輸灰循環(huán)。

兩臺(tái)氣力輸灰機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，整個(gè)工作循環(huán)的壓力和時(shí)間變化（見(jiàn)下圖）

圖二、氣力輸灰機(jī)整個(gè)工作循環(huán)的壓力和時(shí)間變化圖（常規(guī)輸灰）

t1：進(jìn)料時(shí)間

t2：流化時(shí)間

t3：輸送時(shí)間及把倉(cāng)泵里的灰全部送到灰管的時(shí)間。

t4：吹掃時(shí)間，把灰管里的灰全部送到灰?guī)?，并把灰管吹干凈所用的時(shí)間。

Gm：倉(cāng)泵系統(tǒng)出力（t/h）

φ：倉(cāng)泵充滿(mǎn)系數(shù) φ一般取0.8

γh：灰的容重 一般取0.7-0.8t/m3

VP：倉(cāng)泵的幾何容積（m3）

gm：每倉(cāng)裝灰量（t/倉(cāng)）

以2臺(tái)1.25m3倉(cāng)泵共用一根φ108×7輸灰管，輸送距離是300米為例。

gm=φγh VP=0.8×0.8×1.25=0.8t/倉(cāng)

二、串聯(lián)出灰問(wèn)題的提出

為了對(duì)長(zhǎng)距離輸灰的計(jì)算和設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)，經(jīng)上海市電力局批準(zhǔn)，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠(chǎng)有限公司（原上海水工機(jī)械廠(chǎng)）于1992年到1993年間在上海南市發(fā)電廠(chǎng)#11爐進(jìn)行了1200米距離的輸灰試驗(yàn)。上海南市發(fā)電廠(chǎng)#11爐輸灰設(shè)備是國(guó)產(chǎn)的第一套濃相氣力輸灰設(shè)備，1991年11月通過(guò)部級(jí)鑒定。在上海南市發(fā)電廠(chǎng)#11爐輸灰設(shè)備原有幾何長(zhǎng)度為256米的輸灰管上增加可切換的輸灰管道：在靠近倉(cāng)泵處25米，斷開(kāi)一、二電場(chǎng)的二根灰管，各接一根叉管和二只球閥。二根叉管并接成一根4”灰管。在#11、#12爐倉(cāng)泵平臺(tái)上盤(pán)八圈，共長(zhǎng)950米，再連接到原有的一根5”報(bào)廢的灰管上，直至灰?guī)臁Ｔ谛略龌夜艿?56米、588米和705米三處接了三根叉管和六只球閥。三根叉管通過(guò)球閥直接接在5”灰管上。這樣在#11爐倉(cāng)泵輸灰設(shè)備系統(tǒng)上，可以做幾何長(zhǎng)度分別為256米、643米、870米、982米和1200米的五種輸灰試驗(yàn)。

由上表可以看出，隨著輸送距離的增加，出灰時(shí)間也將增加，使輸一泵灰的時(shí)間增加，從而使輸灰系統(tǒng)的出力下降，耗氣量增加，灰氣比下降。當(dāng)此套系統(tǒng)用于長(zhǎng)距離、大容量鍋爐時(shí)，必定要增加輸灰管的數(shù)量，如在上海吳涇熱電廠(chǎng)，1臺(tái)410t/h鍋爐上用5根4”灰管才能滿(mǎn)足輸灰出力。增加了灰管的鋪設(shè)費(fèi)用，增加了輸灰的耗氣量，增大了空壓機(jī)容量，不僅一次性投資增加而且平時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用也增加了。為了解決這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷地摸索和試驗(yàn)，終于研制出優(yōu)于常規(guī)輸灰的方式，稱(chēng)為串聯(lián)輸灰方式。此方式將輸灰機(jī)第3階段即輸送階段作了調(diào)整，使倉(cāng)泵中的灰全部輸送到灰管即可，取消了第4階段即吹掃階段，改為用灰管上的二次氣、三次氣來(lái)保證灰在灰管中的輸送，來(lái)完成吹掃任務(wù)，此時(shí)倉(cāng)泵關(guān)閉出料閥，開(kāi)啟排氣閥泄壓，再打開(kāi)進(jìn)料閥進(jìn)灰。同時(shí)另一臺(tái)倉(cāng)泵開(kāi)始進(jìn)行流化、輸送工作，使灰管始終保持著充滿(mǎn)狀態(tài)。原來(lái)倉(cāng)泵的輸送任務(wù)由灰管來(lái)完成。極大的提高了輸灰系統(tǒng)的出力。

出力是原來(lái)常規(guī)的出力6.9t/h的2.3倍。此時(shí)進(jìn)料時(shí)間t1為0，吹掃時(shí)間t4也為0。

從圖二和圖三的比較上可以看出，同樣輸送一泵灰，串聯(lián)輸灰方式比常規(guī)輸灰方式所用的時(shí)間少，效率高，出力大。

串聯(lián)輸灰方式的關(guān)鍵是如何判別倉(cāng)泵中的灰已全部出完。最初是通過(guò)倉(cāng)泵的下料位器來(lái)測(cè)定。在倉(cāng)泵下錐體部開(kāi)安裝口，裝置1臺(tái)電容式料位器。當(dāng)倉(cāng)泵中有灰時(shí)，料位器不動(dòng)作，一旦倉(cāng)泵中的灰全部送到輸灰管以后，料位器發(fā)出信號(hào)，輸灰控制柜中的PLC受到信號(hào)后，給從控箱發(fā)出指令，使電磁閥動(dòng)作，將出料閥關(guān)閉，關(guān)閉進(jìn)氣閥（關(guān)一次氣），打開(kāi)排氣閥將倉(cāng)泵中剩余的氣排空，同時(shí)進(jìn)行灰管補(bǔ)氣的二次氣、三次氣擔(dān)當(dāng)起一次氣的作用。進(jìn)料閥打開(kāi)，接受來(lái)自灰斗的飛灰。同時(shí)另一個(gè)倉(cāng)泵打開(kāi)進(jìn)氣閥，對(duì)飛灰進(jìn)行流化，開(kāi)始下一個(gè)輸灰過(guò)程。因?yàn)榇?lián)輸灰時(shí)，往往有4到8臺(tái)倉(cāng)泵公用一根輸灰管，為了降低設(shè)備造價(jià)，現(xiàn)在已采用輸灰管上安裝隔膜式壓力變送器，通過(guò)測(cè)定輸灰管上某點(diǎn)壓力的變化來(lái)判別倉(cāng)泵中的灰是否出完，取消了下料位器。串聯(lián)輸灰技術(shù)已從1997年開(kāi)始應(yīng)用于廣州、上海的數(shù)家電廠(chǎng)，取得很好的效果。

三、串聯(lián)出灰的特點(diǎn)和前景

濃相氣力輸灰技術(shù)中的串聯(lián)出灰方式相對(duì)于常規(guī)有出灰方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 輸灰時(shí)間減少，耗氣量減少，輸灰出力提高。

2. 輸灰工藝簡(jiǎn)潔，輸灰管路減少，管路布置方便。

3. 輸灰管路的減少和空壓機(jī)容量的減小，使得固定資產(chǎn)投資減少，

4. 運(yùn)行可靠，空壓機(jī)設(shè)備容量的減小，降低能耗，減少了維護(hù)工作量，降低運(yùn)行費(fèi)用。

5. 長(zhǎng)距離輸送時(shí)灰氣濃度高，平均灰氣比達(dá)到30：1（kg：kg）以上，流速低，管道磨較小。

以下以廣東黃埔電廠(chǎng)1臺(tái)410t/h鍋爐（125MW機(jī)組）一、二電場(chǎng)所做的氣力輸灰工程為例。該用戶(hù)要求的輸灰出力為23t/h（僅輸送一、二電場(chǎng)的灰）。輸灰距離為500米。使用串聯(lián)輸灰技術(shù)，鍋爐除塵器灰斗數(shù)量如下：

第一電場(chǎng)灰斗：4個(gè)，每只灰斗配1只1.5m3倉(cāng)泵

第二電場(chǎng)灰斗：4個(gè)，每只灰斗配1只0.75m3倉(cāng)泵

其中：

一電場(chǎng)A側(cè)的2只1.5m3倉(cāng)泵和二電場(chǎng)A側(cè)的2只0.75m3倉(cāng)泵合用一根灰管（出口處通徑為DN100）。

一電場(chǎng)B側(cè)的2只1.5m3倉(cāng)泵和二電場(chǎng)B側(cè)的2只0.75m3倉(cāng)泵合用一根灰管（出口處通徑為DN100）。

出灰方式：一電場(chǎng)A側(cè)的2只1.5m3倉(cāng)泵和二電場(chǎng)A側(cè)的2只0.75m3倉(cāng)泵合用一根φ107×7灰管，采用串聯(lián)輸灰方式。一電場(chǎng)B側(cè)的2只1.5m3倉(cāng)泵和二電場(chǎng)B側(cè)的2只0.75m3倉(cāng)泵合用一根灰管，也采用串聯(lián)輸灰方式?；夜苌霞友b隔膜式壓力變送器，通過(guò)測(cè)定灰管的壓力，來(lái)判定倉(cāng)泵中的灰是否出空。

在該系統(tǒng)運(yùn)行六個(gè)月以后，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠(chǎng)有限公司對(duì)系統(tǒng)作了測(cè)試。系統(tǒng)出力為13.4×2=26.8 t/h大于23 t/h的設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。

用戶(hù)認(rèn)為該系統(tǒng)綜合性能處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。系統(tǒng)最大輸送能力大于24t/h，灰氣比大于30，達(dá)到了技術(shù)合同規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求。

四、并聯(lián)出灰的應(yīng)用

隨著全社會(huì)對(duì)環(huán)保要求的越來(lái)越高，電廠(chǎng)的除塵器的凈化率也需進(jìn)一步提高，隨之而來(lái)靜電除塵器配置有一電場(chǎng)、二電場(chǎng)、三電場(chǎng)、四電場(chǎng)甚至五電場(chǎng)，相應(yīng)的輸灰系統(tǒng)的倉(cāng)泵數(shù)量也需隨之增加，如果對(duì)于后續(xù)電場(chǎng)僅有百分之幾的灰量，采用傳統(tǒng)的時(shí)間設(shè)定，排隊(duì)輪流出灰的話(huà)，設(shè)備的配置成倍增加，出灰的效率也大大降低。伴隨這些情況，我司又嘗試應(yīng)用了并聯(lián)出灰方式。一方面按照灰量的減小，縮小倉(cāng)泵的體積，分別有0.1m3 ～ 1.5m3 各個(gè)系列；一方面按照2個(gè)倉(cāng)泵一組，4個(gè)倉(cāng)泵一組，8個(gè)倉(cāng)泵一組或者更多，將每組當(dāng)做傳統(tǒng)的單個(gè)倉(cāng)泵一起工作，共用一個(gè)出灰閥，一組進(jìn)氣系統(tǒng)，一組排氣系統(tǒng)，從而既提高了效率又減少了設(shè)備配置。按照這樣的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)大量的試驗(yàn)，我們?cè)谏虾Ｊ纯诎l(fā)電廠(chǎng)#1～#4爐4臺(tái)300MW機(jī)組（進(jìn)口澳大利亞ABB系統(tǒng)，上海電力環(huán)保設(shè)備總廠(chǎng)有限公司參與調(diào)試）、山東臨沂電廠(chǎng)#5、#6爐2臺(tái)135MW機(jī)組等都取得了成功。

五、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)前我國(guó)電力體制的改革正在不斷深入，主輔分離、廠(chǎng)網(wǎng)分離，各個(gè)電廠(chǎng)都面臨著競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的壓力，減人增效，節(jié)能增效是大家的共同任務(wù)。對(duì)輸灰設(shè)備的投資建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)可使粉煤灰變廢為寶，改善環(huán)境，提高粉煤灰的綜合利用率的干法處理，即采用氣力輸灰設(shè)備系統(tǒng)，在各個(gè)電廠(chǎng)將受到廣泛的歡迎。以上海石洞口發(fā)電廠(chǎng)為例：全廠(chǎng)總裝機(jī)容量1200MW，4臺(tái)300MW國(guó)產(chǎn)改進(jìn)型亞臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量70億Kwh，年需處理灰、渣量90萬(wàn)噸，干灰全部完成氣力輸送，全年減少向長(zhǎng)江排放廢水量達(dá)700萬(wàn)噸，取得了巨大的環(huán)境效益。原來(lái)的濕灰利用價(jià)值低，改造后的粉煤灰產(chǎn)品的品種多，有調(diào)濕灰、爐渣、原灰、高質(zhì)量的分選灰，因而產(chǎn)值大大提高，原濕灰的管道粗，閥件等設(shè)備維修量大，設(shè)備運(yùn)行的能耗大，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著人們環(huán)境意識(shí)的提高，環(huán)保技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受到重視。