配煤摻燒工況下的除灰系統(tǒng)優(yōu)化

陳 剛

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上海 200241）

0 引言

上海吳涇熱電廠11、12號(hào)機(jī)組為300MW火力發(fā)電機(jī)組，分別于1991年和1992年投產(chǎn)。機(jī)組除灰系統(tǒng)由美國(guó)Allen公司設(shè)計(jì)，采用微正壓稀相氣力輸灰方式，負(fù)責(zé)將省煤器及電除塵下集灰斗所收集到的飛灰，通過氣力輸送排放到灰?guī)爝M(jìn)行后續(xù)處理。

為降低發(fā)電成本，機(jī)組燃煤由設(shè)計(jì)煤種改為配煤摻燒后，灰量猛增，超過設(shè)計(jì)值。由此引發(fā)灰斗積灰、輸灰不暢等問題，影響到除灰系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。通過引入脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)機(jī)作為輸灰氣源和優(yōu)化除灰系統(tǒng)PLC程控設(shè)置等措施，挖掘設(shè)備潛力，在不增加額外投資的情況下，提高了除灰系統(tǒng)出力，解決了生產(chǎn)和環(huán)保等方面問題。

1 優(yōu)化前運(yùn)行狀況

11、12號(hào)機(jī)組除灰系統(tǒng)由輸送風(fēng)機(jī)、灰斗氣化風(fēng)機(jī)和加熱器、氣鎖閥（電除塵器和省煤器）、粗細(xì)灰管等設(shè)備組成。每臺(tái)機(jī)組各有2根獨(dú)立的粗、細(xì)輸灰管道，粗灰管輸送省煤器灰斗（4斗）和電除塵器一電場(chǎng)灰斗（8斗）的灰，細(xì)灰管輸送二、三電場(chǎng)（各8斗）的灰。

輸送風(fēng)機(jī)共3臺(tái)，其中輸送風(fēng)機(jī)A為11號(hào)機(jī)組粗、細(xì)灰管的輸灰氣源；輸送風(fēng)機(jī)C為12號(hào)機(jī)組粗、細(xì)灰管的輸灰氣源；輸送風(fēng)機(jī)B為備用輸灰氣源，兩臺(tái)機(jī)組公用。但是，每臺(tái)機(jī)組的粗、細(xì)灰管只能交替處于運(yùn)行狀態(tài)，不能同時(shí)進(jìn)行輸灰。因此，同一時(shí)間，每臺(tái)機(jī)組只能由一根灰管進(jìn)行輸灰工作。

灰管和輸送風(fēng)機(jī)工作方式如圖1所示。

圖1 優(yōu)化前輸灰系統(tǒng)工作方式

除灰控制系統(tǒng)的工作方式有兩種。

1）壓力方式 PLC根據(jù)料位計(jì)灰粉位置信號(hào)和氣鎖閥壓力值信號(hào)，采取相應(yīng)的處理。當(dāng)灰斗料位計(jì)指示高料位，控制系統(tǒng)將開進(jìn)料閥，關(guān)出料閥，灰將從灰斗卸放到氣鎖閥；當(dāng)氣鎖閥內(nèi)部壓力超過定值，控制系統(tǒng)將關(guān)進(jìn)料閥，開出料閥，通過壓縮空氣使灰經(jīng)過灰管輸往灰?guī)?；?dāng)氣鎖閥內(nèi)部壓力低于定值時(shí)，則切換到其他灰斗除灰。在壓力方式下，高灰位灰斗優(yōu)先除灰，灰斗除灰時(shí)間受實(shí)際灰位控制。

2）時(shí)間方式 灰斗氣鎖閥按預(yù)設(shè)順序（省煤器4遍→一電場(chǎng)24遍→二電場(chǎng)10遍→三電場(chǎng)5遍）進(jìn)行除灰，每個(gè)灰斗除灰時(shí)間固定，進(jìn)料閥開啟8s后關(guān)閉，關(guān)閉同時(shí)出料閥開啟22s，30s為一個(gè)循環(huán)。

2 優(yōu)化前存在的問題

2.1 灰斗積灰嚴(yán)重

11、12號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)煤種灰分為7%，校核煤種灰分為14%。實(shí)施配煤摻燒后，燃煤灰分大幅上升，機(jī)組燃煤實(shí)際灰分一直超過20%。Allen公司微正壓稀相技術(shù)的輸灰系統(tǒng)出力提高余地不是很大，因此在摻燒工況下，面對(duì)燃煤灰量增多、灰質(zhì)變化等原因，除灰系統(tǒng)無法及時(shí)將灰斗存灰送往灰?guī)?，造成灰斗?yán)重積灰，曾出現(xiàn)1個(gè)班次內(nèi)11號(hào)機(jī)組電除塵器一電場(chǎng)8個(gè)灰斗，一下子被積灰堵塞了7個(gè)的極端狀況。

灰斗積灰嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引發(fā)電除塵器高壓柜內(nèi)部極板等部件的短路以及欠壓故障報(bào)警跳閘，影響設(shè)備安全運(yùn)行。如果通過降低電除塵器除塵效率的辦法來降低灰斗積灰量，則會(huì)使大量飛灰進(jìn)入脫硫吸收塔，造成吸收塔漿液質(zhì)量變化，影響脫硫效率。因此，當(dāng)灰斗積灰嚴(yán)重時(shí)，為保證電除塵器正常工作，只能將灰斗存灰直接排放地面，由人工清場(chǎng)運(yùn)出，嚴(yán)重影響企業(yè)的文明生產(chǎn)，也不符合電除塵器環(huán)保設(shè)備的初衷。

2.2 運(yùn)二備一方式欠妥

按照機(jī)組原先設(shè)計(jì)，3臺(tái)輸送風(fēng)機(jī)作為11、12號(hào)機(jī)組輸灰氣源，運(yùn)二備一，通過切換，風(fēng)機(jī)輪流運(yùn)行，設(shè)備定期檢修和臨時(shí)維護(hù)工作不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。但是，在摻燒工況下，由于灰量大，輸送風(fēng)機(jī)必須24h連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)風(fēng)機(jī)損耗嚴(yán)重。作為服役20年的風(fēng)機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間滿載運(yùn)行會(huì)造成輸送風(fēng)機(jī)軸承溫度升高、皮帶斷裂、振動(dòng)偏大等缺陷頻發(fā)，風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行受到極大影響。在運(yùn)二備一方式下，只要有1臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或者進(jìn)行檢修，另外2臺(tái)風(fēng)機(jī)只能連續(xù)運(yùn)行，不能進(jìn)行檢修或者維護(hù)工作，要么停運(yùn)除灰系統(tǒng)，這給機(jī)組安全運(yùn)行埋下了隱患。

2.3 灰管利用率不高

根據(jù)現(xiàn)有除灰系統(tǒng)工作方式，每臺(tái)機(jī)組在同一時(shí)間只能有1根灰管進(jìn)行輸灰，另1根灰管處于閑置狀態(tài)。在煤種灰分較低的情況下，這種運(yùn)行方式無關(guān)緊要，但在配煤摻燒灰量增大的情況下，需要采取措施合理利用閑置灰管，發(fā)揮設(shè)備輸灰潛力。

3 改造除灰系統(tǒng)

針對(duì)11、12號(hào)機(jī)組除灰系統(tǒng)在摻燒工況下存在的問題，挖掘設(shè)備潛力，從節(jié)能、環(huán)保、安全等方面考慮，對(duì)除灰系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。

3.1 增加除灰系統(tǒng)的輸灰能力

在深度分析其他設(shè)備的運(yùn)行狀況和相關(guān)試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)11、12機(jī)組脫硫系統(tǒng)的4臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，采用運(yùn)一備一的工作方式有潛力可挖。目前，每臺(tái)機(jī)組各配2臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)，如果將氧化風(fēng)機(jī)引入除灰系統(tǒng)作為輸灰氣源，具有氧化風(fēng)機(jī)管道敷設(shè)距離短，沿程出力損失小；氧化風(fēng)機(jī)揚(yáng)程（0.098MPa）、流量（4 800m3／h）比輸送風(fēng)機(jī)揚(yáng)程（0.093MPa）、流量（4 217m3／h）略高，設(shè)備替換性好；氧化風(fēng)機(jī)共4臺(tái)，備用數(shù)量多，不會(huì)影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行；氧化風(fēng)機(jī)2010年投運(yùn)，設(shè)備新、質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)。

通過重新布置管道走向，安裝切換閥門，將11、12號(hào)機(jī)組4臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)出口相互聯(lián)通后，并入除灰系統(tǒng)。同時(shí)，在程控中進(jìn)行設(shè)置，提高系統(tǒng)的輸灰能力。改造后，輸灰系統(tǒng)的運(yùn)行方式改為：輸送風(fēng)機(jī)A、C作為11、12號(hào)機(jī)組粗灰管的輸灰氣源，可交叉作業(yè)；輸送風(fēng)機(jī)B作為11、12號(hào)機(jī)組細(xì)灰管的公用輸灰氣源，但是同一時(shí)間只能負(fù)責(zé)1根細(xì)灰管的輸灰工作；11號(hào)機(jī)組氧化風(fēng)機(jī)A、B作為11號(hào)機(jī)組的輸灰氣源，可對(duì)11號(hào)機(jī)組粗、細(xì)灰管進(jìn)行輸灰作業(yè)，但是同一時(shí)間只能負(fù)責(zé)1根灰管的輸灰工作；12號(hào)機(jī)組氧化風(fēng)機(jī)A、B作為12號(hào)機(jī)組的輸灰氣源，可對(duì)12號(hào)機(jī)組粗、細(xì)灰管進(jìn)行輸灰作業(yè)，但是同一時(shí)間只能負(fù)責(zé)1根灰管的輸灰工作；4臺(tái)氧化風(fēng)機(jī)可以交叉作業(yè)，均可負(fù)責(zé)11、12號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)氧化風(fēng)的提供，確保不影響脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。

改造后，在同一工況下，11、12號(hào)機(jī)組的粗、細(xì)灰管可同時(shí)進(jìn)行輸灰工作（程控中分別由輸送風(fēng)機(jī)、氧化風(fēng)機(jī)進(jìn)行，相互之間無干擾），即可同時(shí)進(jìn)行4根灰管的輸灰作業(yè)，輸灰效率提高1倍，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后輸灰系統(tǒng)工作方式

3.2 優(yōu)化程控中氣鎖閥的設(shè)定

在摻燒工況下，由于灰斗的進(jìn)灰量較大，因此大部分的灰斗料位計(jì)信號(hào)和氣鎖閥壓力信號(hào)一直處于高定值狀態(tài)，不適合采用壓力方式進(jìn)行除灰系統(tǒng)運(yùn)行控制。而按時(shí)間方式進(jìn)行除灰系統(tǒng)運(yùn)行控制時(shí)，灰斗按順序除灰，每個(gè)灰斗除灰時(shí)間為進(jìn)料閥8s，出料閥22s，合計(jì)30s。按照原先設(shè)計(jì)，1h只能進(jìn)行120斗次的灰斗除灰工作，而在實(shí)際工作中還是不能滿足及時(shí)除灰的需要，因此對(duì)程控中的除灰時(shí)間和動(dòng)作進(jìn)行了優(yōu)化。

1）修改灰斗氣鎖閥進(jìn)灰時(shí)間 考慮到進(jìn)灰時(shí)間直接影響除灰能力，因此將時(shí)間設(shè)定改為進(jìn)料閥開啟10s，出料閥開啟20s，總時(shí)間依然為30s。這樣一來，每個(gè)灰斗除灰時(shí)增加了2s進(jìn)灰時(shí)間。

2）修改灰斗氣鎖閥除灰動(dòng)作 修改后的動(dòng)作設(shè)定為：將灰斗A進(jìn)料閥關(guān)閉，同時(shí)開啟灰斗A出料閥；將灰斗A出料閥開啟10s后，灰斗B進(jìn)料閥開啟10s（此時(shí)灰斗A出料閥尚未關(guān)閉）；灰斗A出料閥關(guān)閉，同時(shí)灰斗B進(jìn)料閥關(guān)閉，灰斗B出料閥開啟。通過將第2個(gè)灰斗進(jìn)料閥開啟時(shí)間提前，與第1個(gè)灰斗除灰工作疊加進(jìn)行，每個(gè)灰斗除灰工作時(shí)間節(jié)約了10s，1h灰斗工作次數(shù)增加為180斗次。

3）修改灰斗氣鎖閥除灰順序 根據(jù)輸灰管道和輸灰氣源的變化，重新設(shè)定了灰斗除灰順序。電除塵器一電場(chǎng)灰量占總灰量的絕對(duì)多數(shù)，因此將粗灰管原有的省煤器4遍→一電場(chǎng)24遍，改為省煤器2遍→一電場(chǎng)48遍，細(xì)灰管不變。修改后，粗灰管成為電除塵器一電場(chǎng)的“專用”灰管，一電場(chǎng)除灰能力大幅提升。

3.3 增加一電場(chǎng)灰斗保護(hù)措施

配煤摻燒工作的煤種變化大，灰分和灰質(zhì)變化也比較大，為了應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的極端情況，降低除塵器一電場(chǎng)灰斗積灰故障發(fā)生率，還采取了兩項(xiàng)保護(hù)措施。

1）在除塵器一二電場(chǎng)灰斗間加裝斜管 在除塵器一電場(chǎng)8個(gè)灰斗和二電場(chǎng)8個(gè)灰斗間，對(duì)應(yīng)安裝8根斜管。斜管一端位于一電場(chǎng)灰斗的中部，另一端位于二電場(chǎng)灰斗的偏下1／4處。當(dāng)一電場(chǎng)灰斗積灰超過一半時(shí)，灰斗料位計(jì)發(fā)出信號(hào)，打開斜管閥門，讓一電場(chǎng)灰斗內(nèi)的灰自行流動(dòng)到二電場(chǎng)灰斗內(nèi)，以減輕一電場(chǎng)除灰壓力。

2）設(shè)定一電場(chǎng)灰斗氣鎖閥壓力保護(hù)值 對(duì)一電場(chǎng)灰斗氣鎖閥壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)一電場(chǎng)灰斗氣鎖閥內(nèi)部壓力超過預(yù)設(shè)定值時(shí)，控制室CRT上會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，提示取消省煤器灰斗除灰次序，粗灰管輸灰全部轉(zhuǎn)為一電場(chǎng)灰斗進(jìn)行。

3.4 改造后的系統(tǒng)特點(diǎn)

1）提高輸灰效率 輸灰系統(tǒng)由2根灰管同時(shí)輸灰改為4根灰管同時(shí)輸灰，輸灰效率增加一倍，確保輸灰系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

2）增加備用手段 新增氧化風(fēng)機(jī)作為輸送氣源，解決了在灰量大的時(shí)候，輸送風(fēng)機(jī)如因故障或計(jì)劃性檢修而無法正常投運(yùn)，影響輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題，提高了系統(tǒng)的安全性。

3）加強(qiáng)輸灰能力 由于氧化風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程高于輸送風(fēng)機(jī)，在灰分比重較大時(shí)可以讓氧化風(fēng)機(jī)代替輸送風(fēng)機(jī)作為粗灰管輸灰氣源，提高了系統(tǒng)對(duì)摻燒煤種的適應(yīng)能力。

4）提高除灰效率 通過將灰斗進(jìn)灰時(shí)間由8s增至10s和灰斗除灰動(dòng)作時(shí)間疊加10s兩項(xiàng)措施，1h有效除灰時(shí)間由原先的16min，提升至30min，大大提升了除灰系統(tǒng)的工作效率。

5）強(qiáng)化系統(tǒng)保護(hù) 在安裝斜管和設(shè)定氣鎖閥壓力保護(hù)后，一電場(chǎng)灰斗的灰位、壓力等參數(shù)被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制室可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)控，強(qiáng)化了除灰系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

11、12號(hào)機(jī)組的除灰系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化改造，挖掘了設(shè)備潛力，利用了設(shè)備效能，使得除灰運(yùn)行方式更加合理，除灰系統(tǒng)應(yīng)對(duì)配煤摻燒工況下煤質(zhì)變化的能力也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，很好地解決了除灰系統(tǒng)出力不足等問題，取得了明顯的效果。