解觀臣 梁永貴 韓鋼城 傲騎 賈明成 田青

（1 北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司呼和浩特金橋熱電廠 內(nèi)蒙古呼和浩特 010040 2 福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

0 引言

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境要求的日益提高，氣力輸送系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送管線(xiàn)布置靈活、運(yùn)行可靠環(huán)保、無(wú)需消耗水資源等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)迅速被建材、冶金、火力發(fā)電等行業(yè)廣泛應(yīng)用［1］。但是傳統(tǒng)氣力輸送系統(tǒng)控制單一，無(wú)法根據(jù)實(shí)際輸送工況的變化進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)節(jié)，因此在運(yùn)行過(guò)程中大部分系統(tǒng)存在能耗高、磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，金橋熱電廠對(duì)2 號(hào)機(jī)組氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行了智能節(jié)能技術(shù)改造。該技改項(xiàng)目也是龍凈環(huán)保智能節(jié)能輸送系統(tǒng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)的首次成功運(yùn)用。

1 改造前系統(tǒng)配置情況

金橋熱電廠2 號(hào)機(jī)組采用亞臨界自然循環(huán)煤粉鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）1 025 t/h，鍋爐燃煤量（BMCR 工況時(shí)）設(shè)計(jì)煤種量142.3 t/h，校核煤種量143.4 t/h，2013—2015 年實(shí)際燃用煤種量159.6 t/h。

鍋爐廢氣脫硝采用選擇性催化法（SCR）工藝，出口排放NOx≤50 mg/m3；空氣預(yù)熱器采用由東方鍋爐廠引進(jìn)美國(guó)C-E預(yù)熱器公司技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的LAP10320/3883 型三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，立式逆轉(zhuǎn)布置，煙氣與空氣以逆流方式換熱。

改造前，氣力輸送系統(tǒng)采用鎮(zhèn)江紐普蘭氣力輸送有限公司的正壓濃相氣力輸送系統(tǒng)，灰渣分除，包括除塵器排出的灰的輸送、儲(chǔ)存和外運(yùn)，主要設(shè)施有空壓機(jī)房、灰?guī)欤ㄈ莘e為550 m3）。輸送氣源為螺桿空壓機(jī)提供的壓縮空氣，共設(shè)4 臺(tái)螺桿空壓機(jī)。鍋爐布袋除塵器下共15 個(gè)發(fā)送器，每5 個(gè)發(fā)送器為1 組同時(shí)發(fā)送干灰，靠門(mén)及中間單元采用母管制，靠墻單元單獨(dú)輸灰?；?guī)煜略O(shè)有3 個(gè)排灰口，1 路經(jīng)給料機(jī)、干灰散裝機(jī)后裝罐式自卸車(chē)外運(yùn)至綜合利用點(diǎn)，另2 路經(jīng)給料機(jī)、雙軸攪拌機(jī)加濕后裝車(chē)送往灰場(chǎng)。改造前氣力輸送詳細(xì)配置如下。

（1）金橋熱電廠2 號(hào)機(jī)組（300 MW）灰斗配置情況。鍋爐配五室三袋場(chǎng)布袋除塵器，每個(gè)袋場(chǎng)5 個(gè)灰斗，每臺(tái)爐合計(jì)15個(gè)灰斗；每個(gè)灰斗下配置1 臺(tái)1.2 m3倉(cāng)泵；倉(cāng)泵為下引式。

（2）氣力輸送單元分布及管道。一、二袋區(qū)各5 臺(tái)倉(cāng)泵為1個(gè)輸灰單元，2 個(gè)單元共用1 根輸灰管（灰管一），三袋區(qū)5 臺(tái)倉(cāng)泵為1 個(gè)輸灰單元，設(shè)1 根輸灰管（灰管二）；灰管管徑均為DN200。

（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力。2 號(hào)爐氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)總出力為67 t/h。每臺(tái)除塵器灰量分配比例見(jiàn)表1。據(jù)此計(jì)算各袋區(qū)灰量，一袋區(qū)灰量為18.7 t/h，二袋區(qū)灰量為13.9 t/h，三袋區(qū)灰量為34.4 t/h。

表1 除塵器灰量分配比例

（4）輸送距離。氣力輸送灰管一水平距離約為249 m，爬升高度約23 m，彎頭8 個(gè)，當(dāng)量長(zhǎng)度為335 m；氣力輸送灰管二水平距離約為257 m，爬升高度約23 m，彎頭8 個(gè)，當(dāng)量長(zhǎng)度為343 m。

（5）空壓機(jī)配置情況。2 臺(tái)爐輸灰系統(tǒng)配置4 臺(tái)上海英格索蘭壓縮機(jī)有限公司制造的型號(hào)為M-250、標(biāo)稱(chēng)容積流程為43.9 m3/min、標(biāo)稱(chēng)額定功率為250 kW 型螺桿空壓機(jī)。用氣高峰時(shí)，4 臺(tái)空壓機(jī)需要全部運(yùn)行才能滿(mǎn)足氣力系統(tǒng)用氣要求。

2 存在問(wèn)題及原因分析

2.1 機(jī)組運(yùn)行時(shí)粗細(xì)灰交替出現(xiàn)

金橋熱電廠2 號(hào)爐布袋除塵器為延長(zhǎng)布袋的使用壽命，采用定壓噴吹。因差壓設(shè)置過(guò)高，達(dá)到1 400 Pa 時(shí)才開(kāi)始配吹清灰，致使噴吹間隔過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)常出現(xiàn)7 h～10 h 才噴吹清灰1 次的情況，如圖1 所示；在此噴吹間隔期間產(chǎn)生了沉降灰，如圖2所示。原氣力輸送系統(tǒng)輸送異常，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致除塵器灰斗緊急排灰。

圖1 除塵器噴吹時(shí)間間隔

圖2 沉降灰

2.2 除塵器偏流嚴(yán)重

金橋熱電廠2 號(hào)爐布袋除塵器每個(gè)袋場(chǎng)的灰斗數(shù)量為5個(gè)，不是對(duì)稱(chēng)的偶數(shù)個(gè)，所以同個(gè)袋場(chǎng)不同灰斗偏流嚴(yán)重，造成不同灰斗內(nèi)的灰量、倉(cāng)泵進(jìn)料量存在差別加大的問(wèn)題。

2.3 氣力輸送系統(tǒng)控制手段單一

改造前，氣力輸送控制系統(tǒng)控制手段單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)按實(shí)際情況實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整輸送參數(shù)，系統(tǒng)用氣量只能根據(jù)最差燃用煤質(zhì)和系統(tǒng)最大出力進(jìn)行設(shè)置。一旦機(jī)組負(fù)荷低或煤質(zhì)灰分降低后，系統(tǒng)運(yùn)行將會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行頻繁、耗氣量大、磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。

3 系統(tǒng)智能化穩(wěn)定及節(jié)能優(yōu)化解決方案

氣固兩相流特性決定了粗灰和細(xì)灰在輸送時(shí)要求的氣量及初始速度均不一樣［2-3］。在這種粗細(xì)灰頻繁交替出現(xiàn)的情況下，傳統(tǒng)氣力輸送系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)低能耗運(yùn)行。

3.1 對(duì)倉(cāng)泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造

本次改造將現(xiàn)有形式的倉(cāng)泵改造為具有流化及可控給料功能的中引式倉(cāng)泵。在該結(jié)構(gòu)型式的倉(cāng)泵中，物料在倉(cāng)泵內(nèi)先經(jīng)內(nèi)置的出料管進(jìn)行一個(gè)小幅度的垂直提升后進(jìn)入輸灰管道，因此在進(jìn)料階段，飛灰不會(huì)自動(dòng)進(jìn)入輸灰管道，避免了下引式倉(cāng)泵間輸灰管道由于大量進(jìn)灰導(dǎo)致的倉(cāng)泵間堵塞。同時(shí)，在輸送時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入倉(cāng)泵內(nèi)的流化氣和直接進(jìn)入輸灰管道的輸送氣的比例，有效地控制倉(cāng)泵向輸灰管道的給料量，進(jìn)而控制輸送管道的輸送壓力，預(yù)防堵管發(fā)生。另外，流化空氣經(jīng)過(guò)倉(cāng)泵下部的特種聚酯流化盤(pán)均勻地進(jìn)入到倉(cāng)泵內(nèi)，可確保物料在進(jìn)入輸灰管道時(shí)能與流化空氣充分混合，避免團(tuán)狀物料進(jìn)入輸灰管道，這樣既減小了輸送阻力，提高輸送出力，同時(shí)又避免了出料不均的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸送。

3.2 對(duì)輸灰管道采用變徑技術(shù)改造

由于原氣力輸送系統(tǒng)的輸灰管路都采用φ203 mm 單一內(nèi)徑管道，管道后半段內(nèi)飛灰流速較高，輸灰管道和耐磨彎頭磨損嚴(yán)重。為降低磨損，根據(jù)龍凈環(huán)保設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算數(shù)據(jù)在當(dāng)量長(zhǎng)度148 m（一、二袋場(chǎng)灰管）、150 m（三袋場(chǎng)灰管）的位置將輸灰管道內(nèi)徑由φ152 mm 變徑到φ203 mm。通過(guò)輸灰管道變徑，將飛灰在管道末端的流速?gòu)?5 m/s～20 m/s 降低到9.8 m/s～10.3 m/s 之間，輸送壓力控制在80 kPa～120 kPa 之間，降低了流速和壓力損失，減輕了管道和彎頭的磨損。

3.3 解決倉(cāng)泵進(jìn)料問(wèn)題及提高輸送效率

調(diào)整布袋除塵器的噴吹差壓設(shè)定值，縮小噴吹間隔，控制每次噴吹后灰斗積灰位置，氣力輸送程序增加了進(jìn)料輔助工藝，從而解決倉(cāng)泵進(jìn)料問(wèn)題；同時(shí)增加了倉(cāng)泵料位計(jì)，以確保每次輸送時(shí)飛灰濃度能夠得到有效的控制，避免氣力輸送系統(tǒng)“頻繁進(jìn)料，少量輸送”現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)最大幅度的節(jié)能，同時(shí)降低系統(tǒng)的磨損。

3.4 增加智能化穩(wěn)定及節(jié)能控制技術(shù)

為解決由于飛灰物料特性變化或維護(hù)檢修后不能及時(shí)恢復(fù)最佳輸送狀態(tài)的問(wèn)題，在氣力輸送系統(tǒng)嵌入了智能穩(wěn)定輸送控制主機(jī)。此設(shè)備融合了物料特性法技術(shù)，在輸送過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)飛灰物料特性、灰量等的自我調(diào)整、自我適應(yīng)，解決輸送單元因物料特性變化時(shí)無(wú)法穩(wěn)定輸送的問(wèn)題。智能控制系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

圖3 智能控制系統(tǒng)

該智能控制技術(shù)的主要機(jī)理是根據(jù)氣力輸送特性，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)（如氣量及配比、灰氣比和輸送壓力等）以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，解決由于煤質(zhì)變化或除塵設(shè)備故障等原因造成的飛灰料性變化后導(dǎo)致的氣力輸送系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題［5-6］。在無(wú)需人為干預(yù)的情況下及時(shí)根據(jù)不同工況自動(dòng)調(diào)整氣力輸送參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到長(zhǎng)期最佳的穩(wěn)定運(yùn)行及節(jié)能狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)智能、穩(wěn)定和節(jié)能。

3.5 管道智能補(bǔ)氣和自動(dòng)防堵清堵技術(shù)

通過(guò)實(shí)施智能化系統(tǒng)控制技術(shù)，使氣力輸送系統(tǒng)耗氣量始終接近于“最小”用氣點(diǎn)。但由于煤種變化或除塵器存在問(wèn)題，使得機(jī)組產(chǎn)生粗重灰時(shí)，倉(cāng)泵之間及輸送起始段由于飛灰流速低，將發(fā)生灰、氣分離現(xiàn)象，使堵管風(fēng)險(xiǎn)加大。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，在倉(cāng)泵間及輸送起始段安裝智能紊流閥［7］，分別見(jiàn)圖4 和圖5 所示。

圖4 智能紊流閥安裝圖

圖5 智能紊流閥

智能紊流閥采用小流量壓縮氣體建立壓力平衡，實(shí)現(xiàn)壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，整體耗氣量低；采用智能控制器加壓力檢測(cè)變送器控制電磁兩通閥，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)管道壓力變化和自動(dòng)補(bǔ)氣紊流閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，包括智能控制器、三通接頭、流量調(diào)節(jié)閥、電磁兩通閥、擴(kuò)容器、止回閥和測(cè)壓壓力傳感器；三通接頭連接壓縮氣源后一路依次連接電磁兩通閥、擴(kuò)容器和止回閥，一路通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥與擴(kuò)容器相連，擴(kuò)容器連接測(cè)壓壓力傳感器，智能控制器分別連接電磁兩通閥和測(cè)壓壓力傳感器。其工作原理為壓縮氣體由三通接頭（2）進(jìn)入紊流閥內(nèi)，一股氣流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（3）限流后，進(jìn)入擴(kuò)容器（5）內(nèi)，在止回閥（6）作用下，擴(kuò)容器（5）內(nèi)的壓力與止回閥（6）出口的壓力形成平衡?？刂破鳎?）通過(guò)壓力檢測(cè)變送器（7）實(shí)時(shí)檢測(cè)擴(kuò)容器（5）內(nèi)的壓力變化，當(dāng)擴(kuò)容器（5）內(nèi)壓力達(dá)到或超過(guò)設(shè)定的壓力值時(shí)，控制器（1）驅(qū)動(dòng)電磁兩通閥（4）開(kāi)啟，大流量壓縮空氣經(jīng)由氣動(dòng)兩通閥（4）進(jìn)入擴(kuò)容器（5），然后經(jīng)過(guò)止回閥（6）進(jìn)入輸送管道，在大流量壓縮氣體的作用下實(shí)現(xiàn)輸送管道此處物料的紊流作用，增強(qiáng)物料流動(dòng)性，消除堵管風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)擴(kuò)容器（5）內(nèi)壓力下降到低于壓力設(shè)定值后，智能控制器（1）關(guān)閉電磁兩通閥（4），停止向管道補(bǔ)氣。

依據(jù)氣力輸送系統(tǒng)管道壓力變化，智能化系統(tǒng)控制技術(shù)將及時(shí)在料栓即將形成處實(shí)施補(bǔ)氣，使灰、氣兩相流再次處于紊流狀態(tài)，消除長(zhǎng)料栓，提升物料的流動(dòng)速度，從而有效處理粗重灰在最小氣量狀態(tài)下的輸送問(wèn)題。該技術(shù)還可以實(shí)時(shí)觀測(cè)管道壓力變化，為系統(tǒng)智能化、數(shù)字化管理提供有效數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，結(jié)合輸灰系統(tǒng)自動(dòng)防堵及清堵功能，可以確保系統(tǒng)在小氣量工況下的穩(wěn)定輸送及堵管后的快速自動(dòng)清通。

通過(guò)自動(dòng)防堵和清堵技術(shù)的應(yīng)用，確保了在小氣量條件下氣力輸送管道內(nèi)物料穩(wěn)定、順暢輸送。自動(dòng)防堵技術(shù)根據(jù)氣力輸送管道的壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)一次氣、三次氣及助吹氣的開(kāi)關(guān)和比例，控制倉(cāng)泵向氣力輸送管道內(nèi)的供料量，使輸送壓力始終保持在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)，防止堵管的發(fā)生。當(dāng)氣力輸送系統(tǒng)由于某種原因產(chǎn)生堵管時(shí)，自動(dòng)清堵程序會(huì)先將該輸送單元停止運(yùn)行，打開(kāi)清堵料閥，將管道壓力卸到布袋除塵器灰斗內(nèi)，然后關(guān)閉清堵料閥，打開(kāi)助吹氣閥，對(duì)堵塞部位進(jìn)行不斷沖氣卸壓，直到堵塞部位的料栓潰散，氣力輸送系統(tǒng)重新自動(dòng)投入運(yùn)行。

4 技改后運(yùn)行情況

金橋熱電廠2 號(hào)爐氣力輸送系統(tǒng)技改通過(guò)對(duì)倉(cāng)泵結(jié)構(gòu)、輸灰單元布置、輸灰管徑變徑及氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、自動(dòng)防堵技術(shù)、自動(dòng)清堵程序等技術(shù)的融合提升改造，提升了系統(tǒng)的智能化水平，使系統(tǒng)運(yùn)行出力與實(shí)際灰量相匹配，避免濃相輸灰系統(tǒng)“稀相運(yùn)行”，大大降低系統(tǒng)磨損，有效解決了當(dāng)鍋爐運(yùn)行工況變化時(shí)氣力輸送系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)整的難題，減輕了運(yùn)行維護(hù)人員的工作量，消減影響系統(tǒng)不穩(wěn)定因素，確保了輸灰系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)降低了輸灰系統(tǒng)用氣量，顯著提高了電廠經(jīng)濟(jì)效益。

金橋熱電廠2 號(hào)爐氣力輸送系統(tǒng)技項(xiàng)目于2021 年10 月成功投運(yùn)，在同等條件下對(duì)比，改造前2 號(hào)爐輸灰系統(tǒng)耗氣量73.66 m3/min、改造后耗氣量37.14 m3/min，耗氣量降低49.6%［8］，節(jié)能顯著、運(yùn)行平穩(wěn)，滿(mǎn)足預(yù)期效果。

5 結(jié)論

此次金橋熱電廠2 號(hào)爐氣力輸送系統(tǒng)技改通過(guò)多種輸送和控制技術(shù)的融合升華，使系統(tǒng)運(yùn)行出力與實(shí)際灰量相匹配，從而提高輸送效率，延長(zhǎng)系統(tǒng)零部件使用壽命，增強(qiáng)氣力輸送系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；此外，智能穩(wěn)定輸送控制主機(jī)自動(dòng)尋優(yōu)技術(shù)的應(yīng)用，提升了系統(tǒng)運(yùn)行的自適應(yīng)能力，最大程度解決運(yùn)行維護(hù)人員不專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題；同時(shí)，自動(dòng)防清堵及智能紊流閥技術(shù)的應(yīng)用減少了系統(tǒng)不穩(wěn)定因素，確保輸灰系統(tǒng)在低氣量下保持穩(wěn)定節(jié)能運(yùn)行。該智能節(jié)能氣力輸送技術(shù)的成功運(yùn)用，值得燃煤電廠、鋼鐵、化工等行業(yè)氣力輸送系統(tǒng)借鑒。