660MW發(fā)電機(jī)組干灰系統(tǒng)優(yōu)化改造方案評析

張 濤

（大唐淮北發(fā)電廠，安徽 淮北 235000）

0 引言

隨著干灰系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間增加，系統(tǒng)及閥門故障數(shù)量逐年遞增，部分消缺反復(fù)出現(xiàn)，增大了運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了維護(hù)成本。除塵器本體阻力逐漸增大使引風(fēng)機(jī)電流增大，而且壓縮空氣耗氣量逐漸上升，使系統(tǒng)處于不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。為保證干灰系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性，必須對干灰輸送系統(tǒng)閥門、倉泵出料總成、輸灰管道和電袋除塵器噴吹活塞閥進(jìn)行整體換型及系統(tǒng)技術(shù)改造。

1 原系統(tǒng)或設(shè)備的基本情況

1.1 進(jìn)行改造的系統(tǒng)或設(shè)備的基本情況

大唐淮北發(fā)電廠虎山項(xiàng)目裝設(shè)2臺(tái)660 MW超臨界參數(shù)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)鍋爐。

輸灰系統(tǒng)采用雙套管技術(shù)，由大唐集團(tuán)科技工程有限公司配套提供，電袋除塵器噴吹系統(tǒng)由浙江菲達(dá)配套提供。每臺(tái)機(jī)組除塵器由2個(gè)電場、3個(gè)袋區(qū)構(gòu)成，省煤器輸灰系統(tǒng)單獨(dú)配置1根輸灰管路。輸灰系統(tǒng)下進(jìn)料閥均采用硬密封擺動(dòng)閥。布袋噴吹采用活塞式脈沖噴吹閥。

在MCR（最大連續(xù)出力）最差煤質(zhì)時(shí)2臺(tái)爐的飛灰量為300 t/h（實(shí)際摻燒煤泥約240 t/h），最大用氣量約為157.2 Nm3/min。2臺(tái)爐氣力輸送系統(tǒng)共用一套氣源系統(tǒng)，氣源設(shè)計(jì)容量為4臺(tái)60 Nm3/min螺桿空壓機(jī)，三運(yùn)一備，配套4臺(tái)70 Nm3/min組合式干燥機(jī)。

1.2 系統(tǒng)或設(shè)備簡述

大唐淮北發(fā)電廠虎山項(xiàng)目氣力輸送系統(tǒng)采用濃相正壓輸送原理，每臺(tái)爐設(shè)計(jì)配置46臺(tái)套輸送泵，其中每臺(tái)倉泵配2臺(tái)DN200氣動(dòng)進(jìn)料閥（上進(jìn)料為氣動(dòng)蝶閥、下進(jìn)料為旋轉(zhuǎn)閥），一二電場每臺(tái)倉泵配1臺(tái)DN80氣動(dòng)排氣閥，一二三袋區(qū)及省煤器輸灰系統(tǒng)每2臺(tái)倉泵配1臺(tái)DN80氣動(dòng)排氣閥。系統(tǒng)共分為8個(gè)輸送單元，4根輸灰管道。輸灰系統(tǒng)將飛灰輸送至3座混凝土灰?guī)?，單臺(tái)爐設(shè)計(jì)輸送能力150 t/h。

大唐淮北發(fā)電廠虎山1、2號(hào)爐電袋復(fù)合除塵器，設(shè)計(jì)為“2電場+3袋區(qū)”，其中袋區(qū)劃分為4個(gè)并列布置的過濾單元A1、A2、B1、B2，每單元設(shè)計(jì)為3階梯型布置，濾袋規(guī)格為φ138 mm×8300 mm 。單臺(tái)爐設(shè)計(jì)安裝的濾袋總數(shù)為14 296條，配套536只噴吹閥，48組氣包，其中40組氣包配套11只噴吹閥、8組氣包配套12只噴吹閥，每只噴吹閥噴吹27條布袋約98 m2。

1.3 技術(shù)狀況及其他有關(guān)技術(shù)參數(shù)

下進(jìn)料閥及排氣閥閥體材質(zhì)為鑄鐵，密封環(huán)及閥板材質(zhì)為硬質(zhì)材質(zhì)和陶瓷，閥門啟閉全行程時(shí)間約10 s～13 s，閥位信號(hào)裝置為無接觸磁感應(yīng)接近開關(guān)。噴吹閥的活塞為鑄鐵材質(zhì)，閥體為鋁合金壓膜鑄造，實(shí)際噴吹面積約60m2～70m2。

1.4 主要?dú)v史狀況

自2013年投入運(yùn)行，氣源系統(tǒng)由原設(shè)計(jì)的三運(yùn)一備方式變更為4臺(tái)空壓機(jī)全開也無法滿足機(jī)組較高負(fù)荷時(shí)用氣量要求（＞550 MW）。為解決壓縮空氣量不足的問題，于2014年10月在原有4臺(tái)60 Nm3/min空壓機(jī)基礎(chǔ)上新增1臺(tái)160 Nm3/min離心空壓機(jī)并進(jìn)行壓縮空氣系統(tǒng)整體優(yōu)化。目前正常情況下2臺(tái)爐氣力輸灰系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要開啟1臺(tái)160 Nm3/min離心空壓機(jī)和1臺(tái)60 Nm3/min螺桿空壓機(jī)，3臺(tái)60 Nm3/min螺桿空壓機(jī)作為備用機(jī)。

若離心空壓機(jī)保養(yǎng)或檢修，4臺(tái)60 Nm3/min螺桿空壓機(jī)運(yùn)行，仍不能滿足2臺(tái)機(jī)組較高負(fù)荷時(shí)輸灰系統(tǒng)用氣需求。

2 存在的主要問題

2.1 缺陷情況的記錄

虎山2臺(tái)660MW機(jī)組每年的輸灰系統(tǒng)及電袋除塵器噴吹系統(tǒng)發(fā)生的各類備品配件費(fèi)用約60萬元，輸灰及噴吹系統(tǒng)缺陷量大，發(fā)生頻繁，同時(shí)造成壓縮空氣的極大浪費(fèi)，從而也加劇了閥門管道的磨損，導(dǎo)致輸灰空壓機(jī)系統(tǒng)的效率差。2015年09月—2016年09月干灰整個(gè)系統(tǒng)缺陷發(fā)現(xiàn)：料位缺陷37條，儀控專業(yè)閥門故障82條，機(jī)務(wù)專業(yè)缺陷109條，其中雙套管磨損脫落造成輸灰不暢及灰?guī)扉y門卡澀5條，閥門內(nèi)漏磨損69條，閥門關(guān)閉不嚴(yán)造成輸灰管積灰、堵塞及其他機(jī)務(wù)缺陷35條，共計(jì)228條缺陷發(fā)生。

系統(tǒng)更換下進(jìn)料DN200整閥約65次，更換上進(jìn)料DN200整閥約40次，更換DN80整閥約45次，更換噴吹閥約39次。

輸灰雙套管小管脫落，出現(xiàn)堵管、出力下降、磨損加劇的現(xiàn)象。

由于閥門選型問題，上、下進(jìn)料閥、透氣閥和噴吹閥故障率高，檢修人員維護(hù)量大。造成除塵器本體阻力大、引風(fēng)機(jī)電流增大，負(fù)荷在550 MW以上時(shí)甚至造成輸灰困難。輸灰系統(tǒng)日常維護(hù)所消耗材料費(fèi)用和人工費(fèi)用逐年遞增。

隨著系統(tǒng)投入使用時(shí)間增加，壓縮空氣耗氣量逐漸增加，目前干灰系統(tǒng)耗氣量較大，超過設(shè)計(jì)耗氣量。2臺(tái)機(jī)干灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣量是157.2 Nm3/min，目前實(shí)際耗氣量大約220 Nm3/min，比設(shè)計(jì)耗氣量多約40%。當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一、二電場中任意一個(gè)電場因故障退出時(shí)，現(xiàn)有一、二、三袋區(qū)輸送出力不足，必須提高袋區(qū)輸送系統(tǒng)的出力來應(yīng)對該工況。

2.2 安全隱患

出現(xiàn)以上安全狀況會(huì)影響氣力輸送及系統(tǒng)安全性，閥門內(nèi)漏導(dǎo)致輸灰不暢并加速閥體的磨損、輸送時(shí)除塵器內(nèi)部二次揚(yáng)塵，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)灰斗高料位，陽極振打錘系不能正常投用，甚至?xí)霈F(xiàn)一排4個(gè)倉泵的電場不能正常投用，嚴(yán)重危及灰斗的安全，有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，影響電除塵及機(jī)組的安全運(yùn)行[1]。

2016年5月9日，1號(hào)爐因多個(gè)閥門故障集中發(fā)生，導(dǎo)致干灰系統(tǒng)落灰不暢、輸灰困難，電區(qū)和袋區(qū)出現(xiàn)灰斗高料位、電場被迫退出，機(jī)組被迫降負(fù)荷。同時(shí)2號(hào)爐也出現(xiàn)多個(gè)閥門故障（內(nèi)漏、機(jī)械卡咬和閥桿斷裂等），導(dǎo)致干灰系統(tǒng)輸灰困難。

3 改進(jìn)措施

隨著國家對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，發(fā)電廠對燃燒后的飛灰處理都采用了先進(jìn)的處理措施，在減少工作量和提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求[2]。1）擬通過對電除塵干輸灰系統(tǒng)硬密封氣動(dòng)閥門進(jìn)行換型以及拆除作用不大的上進(jìn)料蝶閥，將年故障次數(shù)、累計(jì)故障時(shí)間降低到較低的水平，減少維護(hù)工作量，提高經(jīng)濟(jì)性。2）擬通過對活塞式噴吹閥進(jìn)行換型，恢復(fù)電袋復(fù)合除塵器本體總阻力設(shè)計(jì)值（在不受外界因素干擾情況下）：≤800Pa（初期）/終期≤1200Pa。3）將省煤器、除塵器倉泵磨損嚴(yán)重的出料總成、進(jìn)氣組件、補(bǔ)氣組件進(jìn)行更換。輸灰管道通過整體優(yōu)化，有效降低后端管道的磨損并提高系統(tǒng)輸送能力。4）當(dāng)任一電場退出后，為了袋區(qū)輸灰能力能滿足機(jī)組負(fù)荷要求，需要提高一、二、三袋區(qū)的輸送能力，增加輸灰系統(tǒng)安全性，每臺(tái)爐袋區(qū)各增加1根輸灰管道，分A、B兩側(cè)設(shè)2根灰管。5）將磨損嚴(yán)重、雙套管小管脫落的廠區(qū)輸灰管進(jìn)行更換，對原系統(tǒng)管徑重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，使輸送穩(wěn)定，減少現(xiàn)有工況能耗的25%，達(dá)到原設(shè)計(jì)效果。6）輸灰管道上設(shè)置自動(dòng)清堵裝置，一旦發(fā)生堵管，能通過DCS程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)清堵。7）使用非接觸式的無源核子料位計(jì)，采用灰斗低料位聯(lián)鎖運(yùn)行，降低系統(tǒng)耗氣量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。8）優(yōu)化輸灰系統(tǒng)的運(yùn)行工藝，降低整套系統(tǒng)的巔峰耗氣量。

4 方案論證

4.1 改造方案介紹

本次改造拆除上進(jìn)料氣動(dòng)閥，將下進(jìn)料閥及排氣閥換型為軟密封圓頂閥（省煤器倉泵由于灰溫高，該部分倉泵進(jìn)料閥采用優(yōu)質(zhì)高溫耐磨旋轉(zhuǎn)閥），在原控制程序中刪除上進(jìn)料氣動(dòng)閥并增加圓頂閥控制邏輯，將原上進(jìn)料閥控制信號(hào)做為新增灰管清堵氣動(dòng)閥控制信號(hào)，下進(jìn)料閥信號(hào)作為圓頂閥控制及報(bào)警信號(hào)。現(xiàn)有省煤器、電區(qū)、袋區(qū)倉泵無須整體更換，對出料總成、進(jìn)氣組件、補(bǔ)氣組件進(jìn)行更換。

電區(qū)輸灰管道數(shù)量不變，袋區(qū)重新設(shè)計(jì)布置輸灰管道數(shù)量，對輸灰管道進(jìn)行整體優(yōu)化，如采用雙管需要重新進(jìn)行管道選型降低輸送氣量；如采用單管須使用管道變徑技術(shù)降低灰氣輸送末端速度，實(shí)現(xiàn)全程低速穩(wěn)定輸送。

采用灰斗低料位聯(lián)鎖運(yùn)行技術(shù)，提高輸灰系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，降低維護(hù)費(fèi)用，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。當(dāng)灰斗料位計(jì)探測到灰斗低料位后，開啟倉泵系統(tǒng)的平衡閥和進(jìn)料閥對倉泵進(jìn)料，確保倉泵能夠滿泵輸送，避免了氣力輸送系統(tǒng)的“空跑”現(xiàn)象的發(fā)生，降低了氣力輸送系統(tǒng)的磨損及能耗。并對現(xiàn)有配氣進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最佳灰氣比，讓系統(tǒng)處于最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)限時(shí)開啟進(jìn)料閥，防止料位計(jì)故障引起灰斗堵灰。

修改DCS控制邏輯，采用科學(xué)、先進(jìn)的運(yùn)行工藝。根據(jù)灰管的出力、鍋爐負(fù)荷、煤的灰份，對灰管進(jìn)行聯(lián)鎖運(yùn)行。正常運(yùn)行時(shí)在保證除塵器不積灰的情況下，最大限度地避免輸灰管道同時(shí)輸送，從而減少整套系統(tǒng)的巔峰耗氣量，減少空壓機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，降低運(yùn)行維護(hù)成本及能耗。

對倉泵的容量設(shè)計(jì)和輸灰管道優(yōu)化改造后，提高一、二、三袋區(qū)輸灰能力，保證任一電場退出后，袋區(qū)輸灰滿足負(fù)荷要求。

活塞噴吹閥換型為隔膜脈沖閥，能有效增加單閥單組濾袋噴吹面積，避免濾袋板結(jié)、糊袋，恢復(fù)電袋復(fù)合除塵器本體總阻力設(shè)計(jì)值（在不受外界因素干擾情況下） ：≤800 Pa（初期）/終期≤1200 Pa。該廠8號(hào)機(jī)電袋除塵器噴吹系統(tǒng)使用隔膜脈沖閥效果較好。

進(jìn)料閥是氣力輸送系統(tǒng)中最重要的關(guān)鍵部件，圓頂閥特別適用于火電廠的干灰輸送系統(tǒng)。其特點(diǎn)如下。1）無摩擦啟閉，開啟自如，不易卡澀，并且保證密封面在啟閉過程中無摩擦損耗。2） 關(guān)閉后充氣密封，柔性密封圈在高壓作用下，僅貼住圓頂，其接合面呈帶狀，密封性能好。3）曲軸設(shè)計(jì)，閥門開啟時(shí)全截面通流，并保護(hù)圓頂密封面。4） 自動(dòng)監(jiān)測密封氣壓并有報(bào)警功能，確保密封良好。

氣動(dòng)軟密封閥的以上特點(diǎn)使它非常適合密封性要求高的氣力輸送系統(tǒng)。當(dāng)閥門密封圈泄漏會(huì)觸發(fā)報(bào)警，輸灰系統(tǒng)會(huì)暫時(shí)停運(yùn)。當(dāng)密封圈泄漏問題處理完畢報(bào)警消失后，輸灰系統(tǒng)才允許繼續(xù)運(yùn)行。氣動(dòng)軟密封閥主要的檢修工作是更換密封圈，更換密封圈的時(shí)間短（約為30 min），2名檢修人員即可完成（更換擺動(dòng)閥需要3～4人）。國內(nèi)投用最早的圓頂閥已經(jīng)使用近20年，目前仍然可以正常使用。

下表對活塞閥和隔膜閥的性能進(jìn)行簡單對比（見表1）。

表1 活塞閥與隔膜閥對比特點(diǎn)表

4.2 改造后預(yù)期達(dá)到的效果

系統(tǒng)年故障次數(shù)、累計(jì)故障時(shí)間能降低到較低的水平。閥門及料位計(jì)換型后能夠提高灰斗料位的精確度，提高干輸灰運(yùn)行工況的穩(wěn)定性，自動(dòng)投入率增高，減少了稀相輸灰情況的發(fā)生，減少了閥門的動(dòng)作次數(shù)，且減少了倉泵閥門和輸灰系統(tǒng)管道的磨損，從而降低了維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用。料位計(jì)故障預(yù)期下降幅度達(dá)到80%以上，閥門故障預(yù)期下降幅度達(dá)到60%以上，節(jié)省輸灰壓縮空氣使用量約25%，有效提高了輸灰系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；噴吹閥換型后，能有效地增加濾袋噴吹面積，保證有效噴吹次數(shù)，避免濾袋板結(jié)、糊袋等情況發(fā)生，恢復(fù)電袋復(fù)合除塵器本體總阻力設(shè)計(jì)值（在不受外界因素干擾情況下）：≤800 Pa（初期）/終期≤1 200 Pa。系統(tǒng)改造前后對比情況見表2。

表2 輸灰系統(tǒng)改造前后參數(shù)對比表

4.3 施工方案

通過招標(biāo)確定名優(yōu)產(chǎn)品及施工隊(duì)伍，結(jié)合機(jī)組大、小修停機(jī)概率進(jìn)行舊設(shè)備拆除及新設(shè)備安裝，并實(shí)施技術(shù)改造。

5 結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前國家全面推動(dòng)生產(chǎn)革命背景下，對系統(tǒng)全局的統(tǒng)籌，是660MW發(fā)電機(jī)組干灰系統(tǒng)優(yōu)化改造中所遵循的原則。該公司此次的干灰系統(tǒng)優(yōu)化改造是成功的，解決了在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一系列問題。不但提高了設(shè)備生產(chǎn)的安全性能，還有效地降低了成本損耗，每年為公司產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1）一次性投資較大，但后續(xù)維護(hù)減少了工作量，降低了工作強(qiáng)度，既節(jié)約了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，也節(jié)約了人力投入，還可以降低空壓機(jī)能耗，減少廠用電。2）提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，同時(shí)可以節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本，也有助于提高企業(yè)市場競爭能力。節(jié)能減支是發(fā)電行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。