配煤掺烧工况下的除灰系统优化

陈 刚

（上海电力股份有限公司吴泾热电厂，上海 200241）

0 引言

上海吴泾热电厂11、12号机组为300MW火力发电机组，分别于1991年和1992年投产。机组除灰系统由美国Allen公司设计，采用微正压稀相气力输灰方式，负责将省煤器及电除尘下集灰斗所收集到的飞灰，通过气力输送排放到灰库进行后续处理。

为降低发电成本，机组燃煤由设计煤种改为配煤掺烧后，灰量猛增，超过设计值。由此引发灰斗积灰、输灰不畅等问题，影响到除灰系统运行稳定性。通过引入脱硫系统氧化风机作为输灰气源和优化除灰系统PLC程控设置等措施，挖掘设备潜力，在不增加额外投资的情况下，提高了除灰系统出力，解决了生产和环保等方面问题。

1 优化前运行状况

11、12号机组除灰系统由输送风机、灰斗气化风机和加热器、气锁阀（电除尘器和省煤器）、粗细灰管等设备组成。每台机组各有2根独立的粗、细输灰管道，粗灰管输送省煤器灰斗（4斗）和电除尘器一电场灰斗（8斗）的灰，细灰管输送二、三电场（各8斗）的灰。

输送风机共3台，其中输送风机A为11号机组粗、细灰管的输灰气源；输送风机C为12号机组粗、细灰管的输灰气源；输送风机B为备用输灰气源，两台机组公用。但是，每台机组的粗、细灰管只能交替处于运行状态，不能同时进行输灰。因此，同一时间，每台机组只能由一根灰管进行输灰工作。

灰管和输送风机工作方式如图1所示。

图1 优化前输灰系统工作方式

除灰控制系统的工作方式有两种。

1）压力方式 PLC根据料位计灰粉位置信号和气锁阀压力值信号，采取相应的处理。当灰斗料位计指示高料位，控制系统将开进料阀，关出料阀，灰将从灰斗卸放到气锁阀；当气锁阀内部压力超过定值，控制系统将关进料阀，开出料阀，通过压缩空气使灰经过灰管输往灰库；当气锁阀内部压力低于定值时，则切换到其他灰斗除灰。在压力方式下，高灰位灰斗优先除灰，灰斗除灰时间受实际灰位控制。

2）时间方式 灰斗气锁阀按预设顺序（省煤器4遍→一电场24遍→二电场10遍→三电场5遍）进行除灰，每个灰斗除灰时间固定，进料阀开启8s后关闭，关闭同时出料阀开启22s，30s为一个循环。

2 优化前存在的问题

2.1 灰斗积灰严重

11、12号机组设计煤种灰分为7%，校核煤种灰分为14%。实施配煤掺烧后，燃煤灰分大幅上升，机组燃煤实际灰分一直超过20%。Allen公司微正压稀相技术的输灰系统出力提高余地不是很大，因此在掺烧工况下，面对燃煤灰量增多、灰质变化等原因，除灰系统无法及时将灰斗存灰送往灰库，造成灰斗严重积灰，曾出现1个班次内11号机组电除尘器一电场8个灰斗，一下子被积灰堵塞了7个的极端状况。

灰斗积灰严重时，会引发电除尘器高压柜内部极板等部件的短路以及欠压故障报警跳闸，影响设备安全运行。如果通过降低电除尘器除尘效率的办法来降低灰斗积灰量，则会使大量飞灰进入脱硫吸收塔，造成吸收塔浆液质量变化，影响脱硫效率。因此，当灰斗积灰严重时，为保证电除尘器正常工作，只能将灰斗存灰直接排放地面，由人工清场运出，严重影响企业的文明生产，也不符合电除尘器环保设备的初衷。

2.2 运二备一方式欠妥

按照机组原先设计，3台输送风机作为11、12号机组输灰气源，运二备一，通过切换，风机轮流运行，设备定期检修和临时维护工作不会影响系统正常运行。但是，在掺烧工况下，由于灰量大，输送风机必须24h连续满负荷运行，对风机损耗严重。作为服役20年的风机，长时间满载运行会造成输送风机轴承温度升高、皮带断裂、振动偏大等缺陷频发，风机稳定运行受到极大影响。在运二备一方式下，只要有1台风机出现故障或者进行检修，另外2台风机只能连续运行，不能进行检修或者维护工作，要么停运除灰系统，这给机组安全运行埋下了隐患。

2.3 灰管利用率不高

根据现有除灰系统工作方式，每台机组在同一时间只能有1根灰管进行输灰，另1根灰管处于闲置状态。在煤种灰分较低的情况下，这种运行方式无关紧要，但在配煤掺烧灰量增大的情况下，需要采取措施合理利用闲置灰管，发挥设备输灰潜力。

3 改造除灰系统

针对11、12号机组除灰系统在掺烧工况下存在的问题，挖掘设备潜力，从节能、环保、安全等方面考虑，对除灰系统进行技术改造。

3.1 增加除灰系统的输灰能力

在深度分析其他设备的运行状况和相关试验后，发现11、12机组脱硫系统的4台氧化风机，采用运一备一的工作方式有潜力可挖。目前，每台机组各配2台氧化风机，如果将氧化风机引入除灰系统作为输灰气源，具有氧化风机管道敷设距离短，沿程出力损失小；氧化风机扬程（0.098MPa）、流量（4 800m3／h）比输送风机扬程（0.093MPa）、流量（4 217m3／h）略高，设备替换性好；氧化风机共4台，备用数量多，不会影响脱硫系统正常运行；氧化风机2010年投运，设备新、质量好等优势。

通过重新布置管道走向，安装切换阀门，将11、12号机组4台氧化风机出口相互联通后，并入除灰系统。同时，在程控中进行设置，提高系统的输灰能力。改造后，输灰系统的运行方式改为：输送风机A、C作为11、12号机组粗灰管的输灰气源，可交叉作业；输送风机B作为11、12号机组细灰管的公用输灰气源，但是同一时间只能负责1根细灰管的输灰工作；11号机组氧化风机A、B作为11号机组的输灰气源，可对11号机组粗、细灰管进行输灰作业，但是同一时间只能负责1根灰管的输灰工作；12号机组氧化风机A、B作为12号机组的输灰气源，可对12号机组粗、细灰管进行输灰作业，但是同一时间只能负责1根灰管的输灰工作；4台氧化风机可以交叉作业，均可负责11、12号机组脱硫系统氧化风的提供，确保不影响脱硫系统正常运行。

改造后，在同一工况下，11、12号机组的粗、细灰管可同时进行输灰工作（程控中分别由输送风机、氧化风机进行，相互之间无干扰），即可同时进行4根灰管的输灰作业，输灰效率提高1倍，如图2所示。

图2 优化后输灰系统工作方式

3.2 优化程控中气锁阀的设定

在掺烧工况下，由于灰斗的进灰量较大，因此大部分的灰斗料位计信号和气锁阀压力信号一直处于高定值状态，不适合采用压力方式进行除灰系统运行控制。而按时间方式进行除灰系统运行控制时，灰斗按顺序除灰，每个灰斗除灰时间为进料阀8s，出料阀22s，合计30s。按照原先设计，1h只能进行120斗次的灰斗除灰工作，而在实际工作中还是不能满足及时除灰的需要，因此对程控中的除灰时间和动作进行了优化。

1）修改灰斗气锁阀进灰时间 考虑到进灰时间直接影响除灰能力，因此将时间设定改为进料阀开启10s，出料阀开启20s，总时间依然为30s。这样一来，每个灰斗除灰时增加了2s进灰时间。

2）修改灰斗气锁阀除灰动作 修改后的动作设定为：将灰斗A进料阀关闭，同时开启灰斗A出料阀；将灰斗A出料阀开启10s后，灰斗B进料阀开启10s（此时灰斗A出料阀尚未关闭）；灰斗A出料阀关闭，同时灰斗B进料阀关闭，灰斗B出料阀开启。通过将第2个灰斗进料阀开启时间提前，与第1个灰斗除灰工作叠加进行，每个灰斗除灰工作时间节约了10s，1h灰斗工作次数增加为180斗次。

3）修改灰斗气锁阀除灰顺序 根据输灰管道和输灰气源的变化，重新设定了灰斗除灰顺序。电除尘器一电场灰量占总灰量的绝对多数，因此将粗灰管原有的省煤器4遍→一电场24遍，改为省煤器2遍→一电场48遍，细灰管不变。修改后，粗灰管成为电除尘器一电场的“专用”灰管，一电场除灰能力大幅提升。

3.3 增加一电场灰斗保护措施

配煤掺烧工作的煤种变化大，灰分和灰质变化也比较大，为了应对可能出现的极端情况，降低除尘器一电场灰斗积灰故障发生率，还采取了两项保护措施。

1）在除尘器一二电场灰斗间加装斜管 在除尘器一电场8个灰斗和二电场8个灰斗间，对应安装8根斜管。斜管一端位于一电场灰斗的中部，另一端位于二电场灰斗的偏下1／4处。当一电场灰斗积灰超过一半时，灰斗料位计发出信号，打开斜管阀门，让一电场灰斗内的灰自行流动到二电场灰斗内，以减轻一电场除灰压力。

2）设定一电场灰斗气锁阀压力保护值 对一电场灰斗气锁阀压力进行实时监测。当一电场灰斗气锁阀内部压力超过预设定值时，控制室CRT上会出现报警，提示取消省煤器灰斗除灰次序，粗灰管输灰全部转为一电场灰斗进行。

3.4 改造后的系统特点

1）提高输灰效率 输灰系统由2根灰管同时输灰改为4根灰管同时输灰，输灰效率增加一倍，确保输灰系统运行可靠性。

2）增加备用手段 新增氧化风机作为输送气源，解决了在灰量大的时候，输送风机如因故障或计划性检修而无法正常投运，影响输灰系统正常运行的问题，提高了系统的安全性。

3）加强输灰能力 由于氧化风机的扬程高于输送风机，在灰分比重较大时可以让氧化风机代替输送风机作为粗灰管输灰气源，提高了系统对掺烧煤种的适应能力。

4）提高除灰效率 通过将灰斗进灰时间由8s增至10s和灰斗除灰动作时间叠加10s两项措施，1h有效除灰时间由原先的16min，提升至30min，大大提升了除灰系统的工作效率。

5）强化系统保护 在安装斜管和设定气锁阀压力保护后，一电场灰斗的灰位、压力等参数被实时监测，控制室可以随时进行调控，强化了除灰系统的工作稳定性。

4 结语

11、12号机组的除灰系统经过优化改造，挖掘了设备潜力，利用了设备效能，使得除灰运行方式更加合理，除灰系统应对配煤掺烧工况下煤质变化的能力也得到了进一步加强，很好地解决了除灰系统出力不足等问题，取得了明显的效果。