内旁通密相气力输灰系统的应用

高原

(杭州瑞唐环保系统工程有限公司，浙江 杭州 310023)

0 引言

气力输灰是以空气为动力和介质的一种输送方式，整个输送过程在密闭的条件下完成，不会对环境造成污染。同时，由于介质为空气，也不会与灰产生化学变化，有利于粉煤灰的综合利用。因此，气力输灰系统在电厂得到了大力推广应用并取得了良好的经济和社会效益。本文以大唐林州热电有限责任公司2×350 MW级热电机组工程为例，对内旁通密相气力输送系统进行介绍。

1 气力输灰系统概况

依据粉煤灰在管道中的流动状态，气力除灰方式分为悬浮流输送、集团流输送、部分流输送和栓塞流输送等;根据输送压力的种类，气力除灰方式可分为动压力输送和静压力输送;根据输送压力的不同，气力除灰方式又可分为正压输送和负压输送。

气力输灰在我国电厂除灰系统中应用较晚，20世纪60年代才开始在小容量电厂除灰系统中采用，不能保证长期、连续、安全运行，只限应用在供干灰的输送支线上;改革开放后，为适应电厂机组容量不断增大和灰渣综合利用的需要，于20世纪80年代开始从国外引进气力除灰系统的设计和制造技术，大大推动了我国电厂气力除灰技术的发展，通过引进技术的消化吸收，逐步实现了国产化。

从引进的输灰技术来看，其中大部分为稀相气力输送技术范畴，灰气流速高，输送浓度低，能耗高，设备和管道磨损严重，输送距离受到一定限制。为此，输送速度低、浓度高的密相气力输送系统备受各方关注。采用密相气力输送系统后，也带来了新的问题。首先，输灰时降低其输送速度，提高灰、气比，将导致在输送过程中堵管，威胁系统的运行安全，为此不得不在输灰管沿线设置吹堵装置，但在运行中有时由于吹堵不及时，系统堵管难以避免。其次，密相气力输送系统往往要求在1根输送管线上只安装1到2台发送器，若安装多台发送器，在同一时间内也只允许1台发送器送料，这样，输送系统中设置的输送管线数量多、阀门多、系统复杂、输送效率低，给系统设计和运行带来很多困难。因此，如何在1根管线上既能串联多台发送器并使其同时工作，又能在低速度、高灰、气比条件下保证不堵管，保证系统运行的安全性和经济性，是当前在电厂推广密相气力输灰系统必须妥善解决的重要问题。

近年来，内旁通密相气力输送技术发展很快，内旁通密相气力输灰系统是在输灰管道内上方配置1根内旁通管(即内套管)，在内旁通管上沿线每隔一定距离在管底开设1个孔口并装设1个孔板。内旁通技术是解决大出力输送高磨损性物料(如锅炉飞灰)的理想方案。系统通过输送管道的自调节实现稳态输送并防止堵管。

输送的空气同时经过主输送管和内旁通管，在内旁通管上特别设计的开口在主输送管上形成紊流，在紊流状态下，飞灰积聚并分割成料段。其主要工作原理如下:当主输送管道中物料发生积聚并可能发生堵管时，由于阻力增大，进入旁通管的空气流量增加。当空气进入内旁通管后，由于2个气流射流点间的压差大于输送料段的压力，进入旁通管的空气重新流入主输送管，重新流入主输送管的空气在此区域形成紊流。这样，料段不断分割、移动、吹散，将物料不断向前输送。

内旁通管密相输送系统同常规系统相比，物料真正在低速状态下输送，由于速度低，状态稳定，因此，对管道和弯头的磨损可以降到最低，而且内旁通管管道的布置可以有多种形式(水平、垂直或倾斜)，因此，该种输送系统已在燃煤发电厂中作为主要除灰系统使用。

2 系统配置

大唐林州热电有限责任公司2×350 MW级热电机组工程除灰系统采用内旁通管密相气力输送系统，每台锅炉出力按88 t/h设计，灰库距除尘器场地约450 m。系统配置如下:每台锅炉配省煤器灰斗4个，每个灰斗用1个仓泵;配电－袋除尘器灰斗24个，每个灰斗下配1台仓泵。其中:省煤器配0.3 m3仓泵，共4台;电－袋除尘器一电场配2.0 m3仓泵，共8台;电－袋除尘器二、三袋场配1.0 m3仓泵，各8台;省煤器4个仓泵与一电场A侧4个仓泵串联组成1个输送单元，用1根输送管线(DN 150);一电场B侧4个仓泵串联组成1个输送单元，用1根输送管线(DN 150);电－袋除尘器二袋场8个仓泵组成1个输送单元，用1根输送管线(DN 125);电－袋除尘器三袋场8个仓泵组成1个输送单元，用1根输送管线(DN 125);电－袋除尘器一电场用2根输送管线输至原灰库和粗灰库，且可以在2座灰库之间切换;电袋除尘器二、三袋场用2根输送管线输至细灰库。

每台锅炉空气耗量为68.2 m3/min，控制用气量为 1.5 m3/min，布袋反吹用气量为 4.0 m3/min。

3 技术参数和工艺流程

锅炉设计参数如下:出力，88 t/h;输送压力，0.18 MPa;灰气比，39;总耗气量，68.2 m3/min;起始流速，4.2 m/s;末端流速，11.9 m/s。

输灰系统压缩空气源工作正常(压力达到要求值)，系统投入准备。开始运行→透气阀开→灰斗下进料阀开→单元发送罐进料阀开→发送罐料满发讯(或装灰时间到)→灰斗下进料阀关→透气阀关→单元进气阀开→混灰器主进气阀开(开始输灰)→输灰管道压力降至设定值→混灰器主进气阀关→单元进气阀关(1个输送循环结束)。

4 系统实际输送情况和分析

该工程输灰系统采用常压输送，即先开出料阀再开单元进气阀。系统实际运行数据以#1锅炉某输灰单元为例，打开单元进气阀后输送压力为0.18 MPa左右，设定压力高值为0.30 MPa，堵管压力值为 0.40 MPa，输灰结束压力为 0.08 MPa，从装料开始至输灰结束实际耗时4 min，系统输送正常，满足设计要求。

(1)正常的输灰曲线应该是 n形(如图1所示)，下面分3个阶段进行分析。

图1 正常曲线

1)上升段部分。输灰开始后，灰被充分气化，气－灰混合物充满整个管道空间，输灰压力在很短的时间内达到峰值，所以，输灰曲线的上升段基本上是一条竖线。峰值的高低直接受压力罐中灰量和管道中灰的气化程度影响。

2)顶端部分。输灰曲线的顶端部分实际上是输灰过程，在此过程中，灰管沿线被气化的灰充满，沿程阻力保持稳定，系统中偶然有积灰现象，压力上、下波动几次，但总的趋势是1条接近水平的直线，持续时间一般在4 min左右。

3)下降段部分。输灰接近尾声时，管道豁然开朗，其沿程阻力降到0.08 MPa以下，所以，输灰曲线下降至一定的值后基本稳定，该值接近空吹压力值。

(2)不论是管道原因还是灰的物理性质的因素，均可造成输灰不畅，表现出来的输灰曲线变形基本一致。异常的输灰曲线典型如图2、图3所示，现就此次出现的异常输灰曲线分3个阶段进行分析。

图2 异常曲线

1)上升段斜率变小。在管路异常或灰粗的情况下，均会出现灰不能被很好气化的现象，在管道后半段甚至出现气、灰分离现象，灰管顶部相对阻力较小，压缩气体在管道上部的泄漏量加大，进入管道的灰逐渐形成堆积，压力随着灰的堆积而变高，所以，输灰曲线在上升段表现出斜率递减现象。

图3 异常曲线

2)顶部变尖。随着灰的堆积，双套紊流管开始发挥作用，紊流扰动增强，消除管内下部堆灰，当堆积的灰被彻底吹扫后，管道顶部豁然开朗，输灰压力急剧下降，导致输灰曲线形成尖顶，但在该过程中，输灰压力都偏高，一般需要使用混灰器大量补气。当输灰管线压力下降后，曲线开始恢复正常。

3)输灰曲线波动。图3所示亦为较典型的异常输灰曲线，顶端出现水平段连续波动的情况，可能是输灰量过大导致输灰过程中吹扫时间较长使系统反复自动吹扫所致。在这种情况下，实际输送到灰库的灰量可能更小，输灰结束后，最好空吹1次以减少管道内积存的余灰。

比较图2、图3可知，若再发生同类情况，选择图2方式输灰较好。

5 影响输灰曲线的其他因素

除了管路特性、灰量、灰性质等影响输灰曲线的主要因素外，下列因素对输灰曲线的影响也不容忽视。

(1)系统各手动阀门的开度调节。手动阀门的开度在正常工况下应遵循设定开度(由专家在额定工况下利用仪器测算的最佳开度)。当工况发生变化后，应不断进行调整比较，寻找最佳开度。这些手动阀门包括大小旁路隔离阀、压力罐上下部进气阀及单元进气阀等。

(2)压力罐料位计是否工作正常。压力罐料位计不仅决定输灰单元是否输灰，而且保证所有压力罐不出现满料位，以利于灰的输送。由于在设计中发送罐均设有喷嘴和备压装置，如果系统运行时发送罐装料过满则其备压将失去效果而影响输灰(料位计一般要求在发送罐装料至理论容积的85%时报警，可以有效防止装料过满)，同时，发送罐装料过满还可能影响进料阀及透气阀的开关，所以，应及时修复故障的高料位计。

(3)压力罐内进气喷嘴是否完好无损。在历次灰系统检查中，发现发送罐下进气喷嘴(包括支架)有掉落现象，有时甚至多个脱落。实践证明:发送罐下进气喷嘴掉落虽然不会对输灰能力造成过大影响，但对输灰效果影响颇大，通过调整喷嘴压力和进气阀门开度可优化输灰系统，所以，对发送罐下进气喷嘴的作用不能等闲视之。实际上，发送罐下进气喷嘴具有气化作用，如果喷嘴掉落或压力调整不当，会影响气化效果，进而影响输灰系统。

6 造成输灰不畅的主要原因及处理原则

造成输灰不畅的主要因素是煤质、灰的物理特性及系统中阀门的使用情况。首先，若煤质变差使灰量增加，会直接导致输灰系统出力达不到要求;其次，双套管输送系统对灰的粒径和含水率有一定要求(50 μm ＜粒径(90% 灰)＜150 μm，含水率小于1%)，如果实际运行中灰粒径和含水率超标，也会使输灰不畅，甚至难以输送;最后，输灰系统中各种手动阀门的开度都有要求，系统投运后每个阀门都发挥相应作用，如果阀门出现故障(如磨损或开度调整)，会直接影响输灰系统，甚至导致输灰系统瘫痪。

输灰系统运行不畅可以从输灰曲线来直观判断，输灰曲线异常主要表现为输灰曲线上升段斜率变小、输灰压力偏高、输灰曲线尖顶或波动、输灰后期不能很快卸压(即拖尾现象)、输灰时间过长等。

当输灰系统出现问题时，应根据处理的难易程度采用排除法分步进行分析。

(1)检查各手动阀门的开度及进灰时间、输灰时间和输灰压力是否在设定值或设定范围内，排除运行调整原因。注意:阀门开度、进灰时间不要拘泥于设定值或设定范围，应根据实际情况进行调整以排除运行调整原因。

(2)检查系统各阀门是否有内漏及开关是否正确。特别是管路和压力罐的透气阀，必须保证关闭严密，相关单元的输灰阀必须保证开关正确，大、小旁路进气阀必须保证动作正常。

(3)注意观察阀门的动作顺序、输灰过程及其他单元的输灰情况，分析判断输灰程控是否正确，排除输灰控制原因。

(4)检查输灰空气压缩机、灰库排气风机的工作情况，通过方式切换，排除气源及排气原因。

(5)在排除上述原因之后，可能的原因是灰的性质问题，可以取现场灰进行化验，检测灰的颗粒度和含水率是否在合理的范围内。

(6)上述问题排除后，应对系统管路进行检查，在检查管道是否满足安装要求的同时，检查管内是否有异物堵塞，必要时进行管路对接(用完好的管路进行试验)来确认和排除管路问题。

总之，应采用排除法进行输灰不畅的原因分析，侧重于输灰管路及灰性质的影响，同时，要求在尽量短的时间内检查系统，以免影响正常输灰。

7 结束语

国内燃煤发电厂锅炉燃用煤种多而杂，煤质差异很大，锅炉燃煤制粉系统所采用的磨煤机类型也不完全一样，因此，在燃煤发电厂中存在多种形式的气力除灰系统，而内旁通管气力除灰系统特别适合粉煤灰的输送。笔者对大唐林州热电有限责任公司2×350 MW级热电机组工程气力除灰系统设计及运行情况进行了总结，希望对气力除灰系统的设计和应用有所帮助。