［摘 要］文章基于國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司省煤器輸灰系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目，參考九江電廠、陳家港電廠等案例進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)基于先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案。結(jié)果表明，通過加裝先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)、安裝自動(dòng)成栓閥專用伴氣管道等，并對(duì)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，輸灰系統(tǒng)均未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，節(jié)氣率明顯提升，節(jié)能效果顯著，為企業(yè)節(jié)約了大量的能源。

［關(guān)鍵詞］省煤器；輸灰系統(tǒng)；先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)

［中圖分類號(hào)］TM621.2 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）03–0099–04

1 背景

以前的火電廠輸灰方式不僅浪費(fèi)大量的水資源，也對(duì)水資源造成了污染。并且在處置燃燒后的灰渣時(shí)，也增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)生產(chǎn)效益。而氣力輸灰系統(tǒng)，不僅節(jié)約了水資源，還不用掩埋煤灰，保護(hù)了環(huán)境。而且可以將產(chǎn)生的灰渣作為商品進(jìn)行銷售，增加了企業(yè)效益。但在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)時(shí)，正確設(shè)計(jì)和選擇氣力輸送系統(tǒng)要根據(jù)被輸送物料的特性（如輸送量、輸送距離、環(huán)境條件等）進(jìn)行。但火電廠輸灰系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行條件較惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)輸灰系統(tǒng)堵灰堵管的現(xiàn)象。因此為解決輸灰系統(tǒng)堵灰堵管問題，提高生產(chǎn)效益，改良輸灰系統(tǒng)和研發(fā)新的輸灰技術(shù)勢(shì)在必行。

國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司位于陜西省神木市錦界工業(yè)園區(qū)，是一個(gè)擁有6 臺(tái)空冷燃煤發(fā)電機(jī)組的大型發(fā)電企業(yè)。盡管該公司的裝機(jī)容量高達(dá)3 720 MW，但其省煤器輸灰系統(tǒng)卻存在著一些嚴(yán)重的問題。由于輸灰管道沿途沒有設(shè)置合理的助吹補(bǔ)氣裝置，以及灰粒徑大、不易形成柱塞或栓塞等因素，使得輸灰系統(tǒng)頻繁發(fā)生堵管故障，同時(shí)也造成了管道內(nèi)灰氣流速快，管道和彎頭磨損嚴(yán)重。為了解決這些問題，提高省煤器輸灰系統(tǒng)的運(yùn)行效率，該公司決定對(duì)省煤器輸灰管路加裝先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)，沿輸灰管道安裝自動(dòng)成栓閥專用伴氣管道，并在伴氣管與輸灰管道間安裝自動(dòng)成栓閥，配套加裝無(wú)人巡檢控制系統(tǒng)等，同時(shí)對(duì)原控制系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。保證伴氣系統(tǒng)與輸灰主進(jìn)氣同步控制，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少日常維護(hù)、故障判斷等問題。

2 氣力輸送系統(tǒng)概述

2.1 傳統(tǒng)氣力輸送系統(tǒng)

氣力輸送系統(tǒng)是一種利用氣流的力量將灰塵從一個(gè)地方輸送到另一個(gè)地方的設(shè)備，其在許多工業(yè)生產(chǎn)中都有應(yīng)用。根據(jù)其工作原理和特性，氣力輸送系統(tǒng)主要可以分為以下4 種形式。

2.1.1 負(fù)壓輸送

負(fù)壓輸送是一種出現(xiàn)較早的氣力輸送形式。其主要設(shè)備包括羅茨風(fēng)機(jī)、羅茨真空泵和抽氣器，適用于多點(diǎn)受料向一處集中輸送。這種方式不會(huì)發(fā)生跑灰、冒灰現(xiàn)象，工作環(huán)境相對(duì)清潔。但由于其受真空度極限的限制，輸送距離和出力都有一定的限制，而且流速較高，磨損嚴(yán)重。

2.1.2 低正壓輸送

低正壓輸送適用于除塵器灰斗下的氣鎖閥，在輸送風(fēng)壓的作用下以正壓形式將氣灰混合物輸送至灰?guī)?。該方式的?yōu)點(diǎn)是輸送壓力較低，輸送距離和出力都比負(fù)壓輸送有所提升。但其流速仍較高，磨損嚴(yán)重。

2.1.3 正壓輸送

正壓輸送是通過流態(tài)化倉(cāng)泵進(jìn)行輸送，其輸送壓力較高，輸送距離和出力也大幅提升。在這種系統(tǒng)中，空氣動(dòng)力源一般使用空壓機(jī)，灰氣比大幅提高，磨損問題得到了一定的改善。

2.1.4 雙套管輸送

雙套管輸送是為了解決正壓輸送易出現(xiàn)的堵管、磨損等問題，開發(fā)出的一種特殊的輸送技術(shù)。其最大的特點(diǎn)是解決了輸送堵管問題，使得輸送距離大幅延長(zhǎng)。同時(shí)，由于輸送流速低、濃度高，使得磨損問題也得到了較大的改善。

2.2 先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)

先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)是一種具有顯著優(yōu)勢(shì)的輸灰系統(tǒng)，其采用了專利技術(shù)，通過在輸灰管道上間隔一定距離安裝氣力輸送器，沿輸灰管道鋪設(shè)一條氣力輸送器專用伴氣管道，并只保留原來輸送系統(tǒng)的主進(jìn)氣，從而實(shí)現(xiàn)了堵管處點(diǎn)進(jìn)氣的工作方式，不堵的地方不進(jìn)氣。這樣就在最大程度上節(jié)省了壓縮空氣的用量，降低了流速，減小了磨損，提高了輸灰效率。此外，由于其可以實(shí)現(xiàn)滿泵滿管輸送，因此可以大幅提高輸灰效率，有效減少輸灰頻次。并且，由于其采用了恒壓恒流狀態(tài)輸送，管道、閥門等使用壽命可延長(zhǎng)3 倍以上。該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送，輸送距離理論上講不受限制。并且該系統(tǒng)可大幅節(jié)約用氣量，成本回收期也較短。

3 基于先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)的應(yīng)用案例分析

3.1 項(xiàng)目主要問題分析

根據(jù)2021 年6 月14 日的數(shù)據(jù)，國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司1～6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)總共出現(xiàn)了100次缺陷。其中，5 號(hào)爐和6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)的缺陷占比為56%，主要問題在于輸灰管道堵管和彎頭磨損泄漏。而1～4 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)，其缺陷占比為44%，主要原因包括輸灰管道堵塞、補(bǔ)償器磨損泄漏及篩分器堵塞導(dǎo)致的灰斗溫度低。根據(jù)堵管問題的成因分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行情況存在一定的出入。例如，5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為5 t/h，但實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)發(fā)生堵管情況時(shí)，基本能通過手動(dòng)吹掃疏通。同時(shí)，循環(huán)時(shí)間設(shè)計(jì)為7 min/次，但實(shí)際循環(huán)間隔為10～12 min。此外，落料時(shí)間存在延時(shí)，倉(cāng)泵底部三通處有少量的灰，等待大量落灰時(shí)容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。再者，5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)與1～4 號(hào)爐在設(shè)計(jì)和運(yùn)行上存在顯著的差異。例如，1～4號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)分為A、B 側(cè)輸灰，每側(cè)由3 個(gè)倉(cāng)泵獨(dú)立輸灰；而5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)則由6 臺(tái)倉(cāng)泵同時(shí)輸灰。另外，1～4 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)的輸灰管道接入電除塵入口喇叭口，具有負(fù)壓；而5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)的輸灰管道無(wú)負(fù)壓。并且1～4 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)的壓縮空氣有單獨(dú)的儲(chǔ)氣罐，壓力穩(wěn)定，而5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)的壓縮空氣無(wú)儲(chǔ)氣罐，氣量波動(dòng)大。

綜合來看，目前省煤器輸灰系統(tǒng)面臨的主要問題集中在輸灰管道的堵塞、彎頭磨損泄漏及補(bǔ)償器磨損泄漏等方面。項(xiàng)目針對(duì)1～6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，采取了一系列臨時(shí)措施以降低故障發(fā)生率并提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

（1）每天晚上20點(diǎn)左右或機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)進(jìn)行巡檢，如果發(fā)現(xiàn)堵管故障，及時(shí)聯(lián)系運(yùn)行人員手動(dòng)吹灰疏通，該方法可以基本消除故障。同時(shí)，還需定期對(duì)篩分器和倉(cāng)泵底部三通進(jìn)行檢查和清理。

（2）對(duì)5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整，將落料閥的開關(guān)方式從逐個(gè)開關(guān)改為同時(shí)開關(guān)，以便進(jìn)行下灰量控制調(diào)整。在鍋爐吹灰時(shí)段及機(jī)組高負(fù)荷時(shí)，也可以嘗試調(diào)整為135、246 倉(cāng)泵分別單獨(dú)輸灰，以增加靈活性。

（3）為解決輸灰高峰階段壓縮空氣量不足的問題，5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)在13.7 m 層分別增加了輸灰儲(chǔ)氣罐。同時(shí)，考慮到與二電場(chǎng)同時(shí)輸灰的可能優(yōu)勢(shì)，已對(duì)5 號(hào)爐省煤器輸灰系統(tǒng)程序進(jìn)行了調(diào)整，并觀察運(yùn)行情況。如果運(yùn)行狀況明顯改善，則會(huì)對(duì)6號(hào)爐省煤器輸灰系統(tǒng)程序進(jìn)行類似調(diào)整。

（4）5 號(hào)爐、6 號(hào)爐省煤器卸灰系統(tǒng)的彎頭將參照1～4 號(hào)爐進(jìn)行采購(gòu)儲(chǔ)備，并在日常和機(jī)組檢修期間逐步更換，以減少?gòu)濐^磨損泄漏等問題。

3.2 項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造主要內(nèi)容

3.2.1 輸灰系統(tǒng)案例經(jīng)驗(yàn)分析

此次改造方案調(diào)研了以下3 個(gè)案例。

（1）國(guó)華電力九江電廠2×1 000 MW 機(jī)組2 號(hào)電除塵輸灰系統(tǒng)改造。該電廠有2 臺(tái)1 000 MW 的發(fā)電機(jī)組，其2 號(hào)爐電除塵一電場(chǎng)有12 臺(tái)MD 倉(cāng)泵，分為AB 兩個(gè)單元各6 臺(tái)倉(cāng)泵。然而，自該爐氣力輸灰系統(tǒng)投運(yùn)以來，由于未進(jìn)行大的技改，管道彎頭等部位磨損嚴(yán)重，用氣量大，灰渣在輸送過程中堵管現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)輸灰系統(tǒng)節(jié)能降耗，消除堵管現(xiàn)象，該電廠于2020年對(duì)2號(hào)爐一電場(chǎng)進(jìn)行了氣力輸灰改造，先期改造了一電場(chǎng)B 側(cè)1 條管線。改造采用了先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)，對(duì)一電場(chǎng)分批改造，鋪設(shè)了伴氣管道，并安裝了氣力輸送器。此外，還配套了無(wú)人巡檢并對(duì)原系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。改造后的運(yùn)行效果明顯，輸灰頻次減少，灰氣比有效控制在35～40 kg/kg 以上，同時(shí)輸灰流速降低，減少了管道磨損。改造后可以實(shí)現(xiàn)滿泵滿管輸送，完全消除了堵管現(xiàn)象。

（2）內(nèi)蒙古國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司1 號(hào)爐省煤器輸灰系統(tǒng)改造。該公司有2×600 MW 機(jī)組，于2010 年通過168 h 滿負(fù)荷運(yùn)行正式投產(chǎn)。其單臺(tái)省煤器輸灰系統(tǒng)配置了7 臺(tái)倉(cāng)泵，采用的是正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)，輸灰為連續(xù)輸送。然而，改造前存在省煤器輸灰管道、彎頭在運(yùn)行過程中受灰的沖刷，耐磨層厚度減薄，管道磨損后影響灰?guī)煸O(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行等問題。為此，根據(jù)省煤器運(yùn)行具體情況，該公司進(jìn)行了先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)改造，安裝了氣力輸送器，并對(duì)氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行了整體優(yōu)化。此外，還增加了無(wú)人巡檢智能輸灰控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣力輸送器壓力變化，就地集中顯示。改造后的效果顯著，能夠保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，完全消除堵管現(xiàn)象，大幅降低了輸灰壓力，提高了整體輸送效率。

（3）神華國(guó)華陳家港發(fā)電有限責(zé)任公司2 號(hào)爐1電場(chǎng)輸灰系統(tǒng)改造。該公司有2×660 MW 的超超臨界燃煤機(jī)組，于2011 年投產(chǎn)發(fā)電。然而，自2 號(hào)鍋爐投運(yùn)以來，由于未進(jìn)行大的技改，管道彎頭磨損嚴(yán)重，局部出現(xiàn)漏氣、漏灰的情況，影響安全生產(chǎn)和環(huán)境安全。在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)用耗氣量大，流速高，磨損嚴(yán)重，檢修工作量大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，該公司采取了先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行改造，沿輸灰管道鋪設(shè)了一條伴氣管道，在伴氣管與輸灰管道間安裝了氣力輸送器，配套無(wú)人巡檢并對(duì)原系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。改造后，輸灰系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、無(wú)堵輸送，總體節(jié)能節(jié)氣30％以上，2～3 a 即可收回成本。

綜上所述，無(wú)論是國(guó)華電力九江電廠、內(nèi)蒙古國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司，還是神華國(guó)華陳家港發(fā)電有限責(zé)任公司，他們?cè)诿媾R輸灰系統(tǒng)存在的問題時(shí)，都選擇了采用先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行改造，而該改造方式也的確取得了顯著的效果，解決了存在的問題，提高了運(yùn)行效率，降低了運(yùn)行成本，證明了其的可行性和有效性。

3.2.2 項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造方案

國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司省煤器輸灰系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目是一項(xiàng)大規(guī)模的工程項(xiàng)目，主要目標(biāo)是對(duì)現(xiàn)有的省煤器輸灰管路進(jìn)行全面的技術(shù)升級(jí)和優(yōu)化。此項(xiàng)目將實(shí)施多項(xiàng)改造措施，具體的改造內(nèi)容如下。

（1）加裝先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)，沿輸灰管道鋪設(shè)自動(dòng)成栓閥專用伴氣管道，以供給自動(dòng)成栓閥。

（2）安裝自動(dòng)成栓閥，間距約3～8 m，以確保系統(tǒng)的有效運(yùn)行。然后，安裝進(jìn)氣組件和控制組件，以同步控制伴氣系統(tǒng)與輸灰主進(jìn)氣。同時(shí)，對(duì)原有的輸灰系統(tǒng)的配氣裝置進(jìn)行優(yōu)化或取消，只保留主進(jìn)氣和倉(cāng)泵底部流化盤進(jìn)氣。

（3）安裝無(wú)人巡檢智能輸灰控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和集中顯示系統(tǒng)狀態(tài)，以解決日常維護(hù)和故障判斷問題，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（4）對(duì)整個(gè)輸灰系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試運(yùn)行。該改造方案有利于消除堵管現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)滿泵滿管輸送，改變連續(xù)進(jìn)氣的高能耗運(yùn)行模式，節(jié)約用氣30%～50%，降低輸灰壓力，整體輸送效率高，故障率低；流速大幅降低，管路、閥門磨損降低，有效節(jié)約運(yùn)行成本。

3.3 項(xiàng)目?jī)?yōu)化效果評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目中2、3、4、5、6 號(hào)爐省煤器采用了先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)，主要涉及更換磨損的輸灰系統(tǒng)輸灰管道和其他相關(guān)部件，如彎頭和膨脹節(jié)等。同時(shí)，所有項(xiàng)目都涉及拆除原有的助吹器和相關(guān)供氣管道，并在接口處進(jìn)行封堵。在新的設(shè)計(jì)中，所有項(xiàng)目都新增了自動(dòng)成栓閥專用伴氣管道，這些管道與原有的輸灰管道并排鋪設(shè)，氣源取自原有的輸灰系統(tǒng)。為了提高輸灰系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，所有項(xiàng)目都安裝了自動(dòng)成栓閥，并在輸灰系統(tǒng)的每個(gè)關(guān)鍵位置進(jìn)行了布置。此外，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人巡檢，所有項(xiàng)目都安裝了智能輸灰控制系統(tǒng)，并增加了相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備和畫面。在灰斗積灰判斷方面，所有項(xiàng)目都在灰斗上加裝了溫度變送器。

2、3、4 號(hào)爐省煤器選擇更換了AB 側(cè)沿途的部分管道，而5、6 號(hào)爐省煤器則更換了全部輸灰管道，并將管道材質(zhì)由Φ114 無(wú)縫碳鋼管道更換為Φ168 無(wú)縫碳鋼管道。在新鋪設(shè)自動(dòng)成栓閥專用伴氣管道時(shí)，2、4、5、6 號(hào)爐省煤器選擇了Φ89 不銹鋼管，而#3號(hào)爐省煤器則使用了Φ89 不銹鋼管和Φ48 不銹鋼管。在安裝自動(dòng)成栓閥的數(shù)量上，2、4 號(hào)爐選擇了A 側(cè)24 套，B 側(cè)24 套，而3 號(hào)爐省煤器選擇了A 側(cè)23 套，B 側(cè)23 套，5 號(hào)爐安裝了57 套，6 號(hào)爐則安裝了44 套。在控制系統(tǒng)上，2、3、4 號(hào)爐省煤器選擇了增加PLC柜中的DI 模塊，而5、6 號(hào)爐省煤器則選擇了增加DCS 柜中的IO 模塊。此外，5、6 號(hào)爐省煤器拆除排氣閥和管道，并在DCS 系統(tǒng)上取消了排氣閥的畫面和相關(guān)控制程序。

從省煤器輸灰系統(tǒng)改造效果對(duì)比（圖1）來看，使用先導(dǎo)式低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行改造的效果十分顯著。

（1）所有項(xiàng)目改造后均未出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）改造后的運(yùn)行方式及降低的輸灰頻次，使得單位時(shí)間內(nèi)輸灰次數(shù)大幅減少，這不僅降低了壓縮空氣耗量，同時(shí)也減少了管道磨損，提高了設(shè)備的使用壽命。

（3）通過對(duì)比改造前后的平均每分鐘用氣量，可以發(fā)現(xiàn)節(jié)氣率明顯提升，這證明了改造方案的有效性和節(jié)能效果，為企業(yè)節(jié)約了大量的能源。2 號(hào)爐和3 號(hào)爐的節(jié)氣率達(dá)到了61.8% 和51.9%，而4 號(hào)爐和6號(hào)爐的節(jié)氣率分別為50.3% 和50.5%，5 號(hào)爐的節(jié)氣率達(dá)到了44.5%，由此說明2號(hào)爐的節(jié)能效果更為顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

由國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司省煤器輸灰系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目的分析可知，其采用的低壓節(jié)能單元流化氣力輸送系統(tǒng)不僅能夠有效地解決堵管問題，提高輸灰效率，降低運(yùn)行成本，還能大幅降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的效果。

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