大中型火力发电厂省煤器输灰系统设计与应用

孙建朝

（中国华电工程（集团）有限公司，北京 100160）

0 引言

火力发电厂中省煤器灰斗排灰具有排灰温度高（最高可达400℃）、灰粒径大、密度大、耗气量大、难输送、易堵管的特点，尤其是遇到机组高负荷、煤质差、灰分大等情况时，上述特点体现得更为明显。另外，省煤器灰斗在热态时会产生较大的热位移，同时省煤器灰斗下空间小，设备布置受限制，因此其排灰系统是除灰技术的一个难点，省煤器输灰方案的选择必须对症下药。下面对省煤器输灰系统不同输送方案进行分析，通过比较找出省煤器灰的合理输送方案。

1 国内省煤器灰输送系统技术概况

国内电厂在以前很少关注省煤器灰斗的输灰问题，大部分机组只是预留了灰斗并未配置输灰系统，也有不少工程已取消了省煤器排灰，但这给其后的空气预热器（以下简称空预器）和脱硝系统造成负担和不利影响，具体表现在：（1）省煤器出口烟道未设置出灰系统使得省煤器出口烟道水平段大量积灰，积灰高度最大达0.5m左右；（2）省煤器出口烟道焊缝出现裂纹，烟道变形开裂漏灰；（3）空预器传热元件积灰堵塞，造成烟气阻力严重偏高，从而使引风机电流偏大，导致厂用电增加；（4）空预器传热元件积灰堵塞，烟气阻力增大造成炉膛压力大范围波动，严重影响了机组运行的经济性和安全性［1-2］。随着近2年机组脱硝改造的推进，其重要性逐步被认识，因而陆续配置了省煤器输灰系统或进行改造，可见设置省煤器灰输送系统是必要的。

省煤器出口烟道输灰系统可分水力输灰与气力输灰。在20世纪90年代，省煤器排灰多采用水力除灰方式，水力输灰系统灰浆前池、沟道的土建施工工作量大，工程造价高，耗水量大，运行后影响现场环境，进入20世纪后，水力除灰因不符合国家环保要求，逐渐被气力输送系统代替。因此，水力输灰系统不再作为省煤器输灰系统推荐方案。

正压浓相气力除灰是近年来大中型燃煤机组普遍采用的气力输灰方式，正压浓相气力输送系统有如下特点。

（1）较高的灰气比。灰气比可达30～60 kg／kg，而常规稀相系统为5～15 kg／kg，因此其空气消耗量大为减少，多数情况下为其他系统的1／3～1／2。

（2）输送速度低。浓相系统平均流速在8～12 m／s，为常规稀相系统的 1／3～1／2。输灰管道磨损大为减小，采用普通无缝钢管即可，只在弯头部位采用耐磨材料或增加壁厚。

（3）输送距离远。单级当量输送距离可达1500 m，对于更长距离的输送，可采用中转灰仓两级输送的方式解决。

由于正压浓相气力输送系统具有输送浓度高，能耗小；输送速度低，管道磨损轻，除弯管外的输送管道可采用普通碳钢管，节省投资；系统运行可靠，可自动程序控制，自动化水平高；系统及设备成熟，检修维护工作量较小等优点，省煤器输灰系统应优先考虑采用正压浓相气力输送方式。

2 不同设计方案对比分析

目前国内电厂省煤器除灰方式不尽相同，采用正压浓相气力除灰省煤器灰的输送去向有如下几个方案可供选择。

（1）省煤器灰输送至干渣仓。此方案适用于除渣系统采用干式除渣系统的工程，大中型燃煤电站干渣仓一般布置在锅炉排渣口中心线锅炉钢架外侧，省煤器至干渣仓间输送距离较近，布置简单，弯头数量少，耗气量较小，投资少。目前国内采用此方案的电厂有芜湖发电厂五期工程、华能荆门“上大压小”热电联产新建工程、山西大唐运城发电有限责任公司等，实践证明运行效果良好。

（2）省煤器出口烟道的灰斗串联为独立的省煤器单元，用1根输送管输送至粗灰库。采用此方案省煤器灰输送系统可作为独立的单元进行控制，但由于省煤器灰粒较粗，灰粒输送特性不良，需沿输灰管道布置沿程补气装置，这种布置方式系统耗气量大，输送距离长，工程造价大；并且由于输送距离长，输送过程中灰速不断加大，容易造成弯头及管道磨损。目前，大唐宁德电厂、平顶山姚孟第二发电有限公司、辽宁清河发电有限责任公司等采用这一输灰方式。

（3）省煤器输灰管道并入电除尘一电场，共用1根灰管输送至灰库，省煤器灰与除尘器一电场灰同步输送，即一电场灰输送时省煤器灰同时输送。采用此方案可以将省煤器灰与除尘器一电场灰合并输送至粗灰库，有利于干灰的综合利用。但由于省煤器输灰的管道垂直落差大，灰在下降管段重力作用下会导致灰堵塞在水平管与垂直管连接处，因此，需在省煤器输灰管路上设置沿程补气装置防止堵管，但会增加一定的耗气量。目前，浙江绍兴滨海热电厂、华能珞璜电厂、燕山湖发电厂等采用这一输灰方式。

（4）省煤器出口烟道的灰输送至除尘器入口烟道。采用此种输送方式输灰距离较近，管道垂直落差小，布置简单，弯头数量少，耗气量较小，投资少；而且由于电除尘器入口烟道运行工况下，为负压状态，输送容易。为防止输送过程中飞灰量过大造成飞灰在除尘器入口烟道内沉积，系统宜采用“少量多次”的输送模式，采用时间控制来代替料位计控制，这使被输送到烟道的少量飞灰能够被烟气顺利地带到电除尘区。实践证明，此系统简洁、可靠，运行效果良好。目前，华润菏泽电厂、河南首阳山电厂、江苏常熟电厂等采用这一输灰方式。

3 设计注意事项

（1）仓泵进料阀的选择。大中型燃煤电站省煤器灰斗排出的灰温度可达400℃左右，气力输送仓泵密封阀门选择应安全耐用，耐高温、高压的同时又要有很好的密封性，因为进料阀的好坏直接关系到系统运行的可靠性。近年来应用的阀门形式主要有水冷式圆顶阀、耐高温圆顶阀、耐高温陶瓷双插板阀及摆动式陶瓷闸板阀等［3-6］。

（2）仓泵安装方式的选择。因省煤器灰斗下安装空间小，设备布置受限制，目前有不少电厂省煤器输灰系统输灰泵支装在省煤器灰斗下检修平台上，膨胀节安装在省煤器灰斗出口与输灰泵进料阀之间，热态时省煤器灰斗向下膨胀，输灰泵及平台会承受较大的负荷，甚至输灰泵壳体及进料阀会被严重损坏。针对省煤器灰斗排灰的上述特性，省煤器输灰仓泵宜采用小容积输灰泵。该泵可吊装在省煤器灰斗下，节约安装空间，同时便于运行检修。

（3）设置沿程补气装置。省煤器灰属于重力沉降灰，颗粒大、密度大、形状不规则，另外，因省煤器灰管道垂直落差大，极易在输灰管道中沉积，造成管道堵塞［7］。因此，在省煤器输灰管道上设置沿程补气装置是必要的，这样能将积聚的灰栓疏松，保持省煤器灰的顺畅输送。常用的沿程补气方法有管外管伴吹浓相稳定器和管中管双套管紊流方案［8］，如图1、图2所示。

图1 管外管伴吹浓度稳定器方案

图2 管中管双套管紊流方案

（4）管道膨胀节的安装及系统运行模式。省煤器灰斗在热态时膨胀量大，大型电站燃煤机组灰斗向下的膨胀量可达250mm以上，另外因省煤器灰量相对较少，一般占燃煤锅炉总灰量的5%左右，因此省煤器输灰系统可采用小容积泵“少量多次”的输送模式，避免输灰量过大造成堵管［9］。管道膨胀节宜选用钢制波纹膨胀节，膨胀节可安装在末端输送泵出口水平输灰管道上，用于吸收灰斗热膨胀产生的位移。

4 结束语

通过以上分析得知，目前国内大中型燃煤电站采用的省煤器气力输送方案在技术上均是可行的。经技术经济比较，省煤器气力输灰系统采用输送至干渣仓或输送至除尘器入口烟道的方式，具有输送距离短、垂直落差小、弯头数量少等优点，运行效果良好，省煤器灰输送系统方案设计时宜优先考虑上述方案。当采用省煤器灰与一电场灰合并输送时，应考虑设置沿程补气装置或其他防堵措施。如灰库位置与电厂主厂房距离较远，因省煤器灰易在输送过程中沉积堵塞，且输送距离过长，管道末端飞灰输送速度不断增大，管道阀门磨损严重，因此不宜采用省煤器灰直接输送至灰库的方案。

［1］刘富宏.某600MW锅炉省煤器飞灰输送系统设计与应用［J］.江苏电机工程，2010，29（1）：76-78.

［2］梁国建.600MW大型燃煤机组省煤器输灰管路的设计应用与改进［J］.中国电力，2002，35（8）：21-24.

［3］李录新，邱岳山，孟尚虎.600MW机组省煤器输灰系统存在问题及改造［J］.吉林电力，2009（3）：50-52.

［4］时岩，孙良，刘娟.600MW机组省煤器输灰系统常见故障及对策［J］.东北电力技术，2013，34（1）：50-52.

［5］初光，汉继红，刘鹏飞.省煤器输灰程控逻辑实现及管道弯头磨损处理方案［J］.自动化博览，2014（12）：74-76.

［6］姜波，苏富强，郭亮，等.火电机组省煤器灰输送中存在的问题及对策［J］.发电与空调，2013，34（2）：5-7.

［7］邵丽鸿，姜晓明.如何实现大容量锅炉省煤器输灰系统正常投运［J］.安徽电力，2012，29（1）：31-34.

［8］高树爱，封敏.新型栓塞输送技术在600MW火电机组省煤器输灰中应用探讨［J］.2012（30）：50-51.

［9］金定强，陆小成，袁春林，等.600MW机组省煤器灰中等距离气力输送系统改进措施［J］.电力科技与环保，2014（4）：50-52.