660MW发电机组干灰系统优化改造方案评析

张 涛

（大唐淮北发电厂，安徽 淮北 235000）

0 引言

随着干灰系统运行时间增加，系统及阀门故障数量逐年递增，部分消缺反复出现，增大了运维人员的劳动强度，增加了维护成本。除尘器本体阻力逐渐增大使引风机电流增大，而且压缩空气耗气量逐渐上升，使系统处于不经济运行状态。为保证干灰系统的可靠运行和经济性，必须对干灰输送系统阀门、仓泵出料总成、输灰管道和电袋除尘器喷吹活塞阀进行整体换型及系统技术改造。

1 原系统或设备的基本情况

1.1 进行改造的系统或设备的基本情况

大唐淮北发电厂虎山项目装设2台660 MW超临界参数燃煤汽轮发电机组，锅炉为超临界参数变压直流炉，一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构锅炉。

输灰系统采用双套管技术，由大唐集团科技工程有限公司配套提供，电袋除尘器喷吹系统由浙江菲达配套提供。每台机组除尘器由2个电场、3个袋区构成，省煤器输灰系统单独配置1根输灰管路。输灰系统下进料阀均采用硬密封摆动阀。布袋喷吹采用活塞式脉冲喷吹阀。

在MCR（最大连续出力）最差煤质时2台炉的飞灰量为300 t/h（实际掺烧煤泥约240 t/h），最大用气量约为157.2 Nm3/min。2台炉气力输送系统共用一套气源系统，气源设计容量为4台60 Nm3/min螺杆空压机，三运一备，配套4台70 Nm3/min组合式干燥机。

1.2 系统或设备简述

大唐淮北发电厂虎山项目气力输送系统采用浓相正压输送原理，每台炉设计配置46台套输送泵，其中每台仓泵配2台DN200气动进料阀（上进料为气动蝶阀、下进料为旋转阀），一二电场每台仓泵配1台DN80气动排气阀，一二三袋区及省煤器输灰系统每2台仓泵配1台DN80气动排气阀。系统共分为8个输送单元，4根输灰管道。输灰系统将飞灰输送至3座混凝土灰库，单台炉设计输送能力150 t/h。

大唐淮北发电厂虎山1、2号炉电袋复合除尘器，设计为“2电场+3袋区”，其中袋区划分为4个并列布置的过滤单元A1、A2、B1、B2，每单元设计为3阶梯型布置，滤袋规格为φ138 mm×8300 mm 。单台炉设计安装的滤袋总数为14 296条，配套536只喷吹阀，48组气包，其中40组气包配套11只喷吹阀、8组气包配套12只喷吹阀，每只喷吹阀喷吹27条布袋约98 m2。

1.3 技术状况及其他有关技术参数

下进料阀及排气阀阀体材质为铸铁，密封环及阀板材质为硬质材质和陶瓷，阀门启闭全行程时间约10 s～13 s，阀位信号装置为无接触磁感应接近开关。喷吹阀的活塞为铸铁材质，阀体为铝合金压膜铸造，实际喷吹面积约60m2～70m2。

1.4 主要历史状况

自2013年投入运行，气源系统由原设计的三运一备方式变更为4台空压机全开也无法满足机组较高负荷时用气量要求（＞550 MW）。为解决压缩空气量不足的问题，于2014年10月在原有4台60 Nm3/min空压机基础上新增1台160 Nm3/min离心空压机并进行压缩空气系统整体优化。目前正常情况下2台炉气力输灰系统运行时需要开启1台160 Nm3/min离心空压机和1台60 Nm3/min螺杆空压机，3台60 Nm3/min螺杆空压机作为备用机。

若离心空压机保养或检修，4台60 Nm3/min螺杆空压机运行，仍不能满足2台机组较高负荷时输灰系统用气需求。

2 存在的主要问题

2.1 缺陷情况的记录

虎山2台660MW机组每年的输灰系统及电袋除尘器喷吹系统发生的各类备品配件费用约60万元，输灰及喷吹系统缺陷量大，发生频繁，同时造成压缩空气的极大浪费，从而也加剧了阀门管道的磨损，导致输灰空压机系统的效率差。2015年09月—2016年09月干灰整个系统缺陷发现：料位缺陷37条，仪控专业阀门故障82条，机务专业缺陷109条，其中双套管磨损脱落造成输灰不畅及灰库阀门卡涩5条，阀门内漏磨损69条，阀门关闭不严造成输灰管积灰、堵塞及其他机务缺陷35条，共计228条缺陷发生。

系统更换下进料DN200整阀约65次，更换上进料DN200整阀约40次，更换DN80整阀约45次，更换喷吹阀约39次。

输灰双套管小管脱落，出现堵管、出力下降、磨损加剧的现象。

由于阀门选型问题，上、下进料阀、透气阀和喷吹阀故障率高，检修人员维护量大。造成除尘器本体阻力大、引风机电流增大，负荷在550 MW以上时甚至造成输灰困难。输灰系统日常维护所消耗材料费用和人工费用逐年递增。

随着系统投入使用时间增加，压缩空气耗气量逐渐增加，目前干灰系统耗气量较大，超过设计耗气量。2台机干灰系统设计气量是157.2 Nm3/min，目前实际耗气量大约220 Nm3/min，比设计耗气量多约40%。当机组满负荷运行时，一、二电场中任意一个电场因故障退出时，现有一、二、三袋区输送出力不足，必须提高袋区输送系统的出力来应对该工况。

2.2 安全隐患

出现以上安全状况会影响气力输送及系统安全性，阀门内漏导致输灰不畅并加速阀体的磨损、输送时除尘器内部二次扬尘，严重时会导致出现灰斗高料位，阳极振打锤系不能正常投用，甚至会出现一排4个仓泵的电场不能正常投用，严重危及灰斗的安全，有坍塌的风险，影响电除尘及机组的安全运行[1]。

2016年5月9日，1号炉因多个阀门故障集中发生，导致干灰系统落灰不畅、输灰困难，电区和袋区出现灰斗高料位、电场被迫退出，机组被迫降负荷。同时2号炉也出现多个阀门故障（内漏、机械卡咬和阀杆断裂等），导致干灰系统输灰困难。

3 改进措施

随着国家对环境保护的要求越来越高，发电厂对燃烧后的飞灰处理都采用了先进的处理措施，在减少工作量和提高经济效益的同时以达到环境保护的要求[2]。1）拟通过对电除尘干输灰系统硬密封气动阀门进行换型以及拆除作用不大的上进料蝶阀，将年故障次数、累计故障时间降低到较低的水平，减少维护工作量，提高经济性。2）拟通过对活塞式喷吹阀进行换型，恢复电袋复合除尘器本体总阻力设计值（在不受外界因素干扰情况下）：≤800Pa（初期）/终期≤1200Pa。3）将省煤器、除尘器仓泵磨损严重的出料总成、进气组件、补气组件进行更换。输灰管道通过整体优化，有效降低后端管道的磨损并提高系统输送能力。4）当任一电场退出后，为了袋区输灰能力能满足机组负荷要求，需要提高一、二、三袋区的输送能力，增加输灰系统安全性，每台炉袋区各增加1根输灰管道，分A、B两侧设2根灰管。5）将磨损严重、双套管小管脱落的厂区输灰管进行更换，对原系统管径重新优化设计，使输送稳定，减少现有工况能耗的25%，达到原设计效果。6）输灰管道上设置自动清堵装置，一旦发生堵管，能通过DCS程序实现自动清堵。7）使用非接触式的无源核子料位计，采用灰斗低料位联锁运行，降低系统耗气量，实现节能减排。8）优化输灰系统的运行工艺，降低整套系统的巅峰耗气量。

4 方案论证

4.1 改造方案介绍

本次改造拆除上进料气动阀，将下进料阀及排气阀换型为软密封圆顶阀（省煤器仓泵由于灰温高，该部分仓泵进料阀采用优质高温耐磨旋转阀），在原控制程序中删除上进料气动阀并增加圆顶阀控制逻辑，将原上进料阀控制信号做为新增灰管清堵气动阀控制信号，下进料阀信号作为圆顶阀控制及报警信号。现有省煤器、电区、袋区仓泵无须整体更换，对出料总成、进气组件、补气组件进行更换。

电区输灰管道数量不变，袋区重新设计布置输灰管道数量，对输灰管道进行整体优化，如采用双管需要重新进行管道选型降低输送气量；如采用单管须使用管道变径技术降低灰气输送末端速度，实现全程低速稳定输送。

采用灰斗低料位联锁运行技术，提高输灰系统运行可靠性，降低维护费用，使系统实现节能降耗的目标。当灰斗料位计探测到灰斗低料位后，开启仓泵系统的平衡阀和进料阀对仓泵进料，确保仓泵能够满泵输送，避免了气力输送系统的“空跑”现象的发生，降低了气力输送系统的磨损及能耗。并对现有配气进行调整，达到最佳灰气比，让系统处于最经济的运行状态，同时限时开启进料阀，防止料位计故障引起灰斗堵灰。

修改DCS控制逻辑，采用科学、先进的运行工艺。根据灰管的出力、锅炉负荷、煤的灰份，对灰管进行联锁运行。正常运行时在保证除尘器不积灰的情况下，最大限度地避免输灰管道同时输送，从而减少整套系统的巅峰耗气量，减少空压机的运行台数，降低运行维护成本及能耗。

对仓泵的容量设计和输灰管道优化改造后，提高一、二、三袋区输灰能力，保证任一电场退出后，袋区输灰满足负荷要求。

活塞喷吹阀换型为隔膜脉冲阀，能有效增加单阀单组滤袋喷吹面积，避免滤袋板结、糊袋，恢复电袋复合除尘器本体总阻力设计值（在不受外界因素干扰情况下） ：≤800 Pa（初期）/终期≤1200 Pa。该厂8号机电袋除尘器喷吹系统使用隔膜脉冲阀效果较好。

进料阀是气力输送系统中最重要的关键部件，圆顶阀特别适用于火电厂的干灰输送系统。其特点如下。1）无摩擦启闭，开启自如，不易卡涩，并且保证密封面在启闭过程中无摩擦损耗。2） 关闭后充气密封，柔性密封圈在高压作用下，仅贴住圆顶，其接合面呈带状，密封性能好。3）曲轴设计，阀门开启时全截面通流，并保护圆顶密封面。4） 自动监测密封气压并有报警功能，确保密封良好。

气动软密封阀的以上特点使它非常适合密封性要求高的气力输送系统。当阀门密封圈泄漏会触发报警，输灰系统会暂时停运。当密封圈泄漏问题处理完毕报警消失后，输灰系统才允许继续运行。气动软密封阀主要的检修工作是更换密封圈，更换密封圈的时间短（约为30 min），2名检修人员即可完成（更换摆动阀需要3～4人）。国内投用最早的圆顶阀已经使用近20年，目前仍然可以正常使用。

下表对活塞阀和隔膜阀的性能进行简单对比（见表1）。

表1 活塞阀与隔膜阀对比特点表

4.2 改造后预期达到的效果

系统年故障次数、累计故障时间能降低到较低的水平。阀门及料位计换型后能够提高灰斗料位的精确度，提高干输灰运行工况的稳定性，自动投入率增高，减少了稀相输灰情况的发生，减少了阀门的动作次数，且减少了仓泵阀门和输灰系统管道的磨损，从而降低了维护量和维护费用。料位计故障预期下降幅度达到80%以上，阀门故障预期下降幅度达到60%以上，节省输灰压缩空气使用量约25%，有效提高了输灰系统运行的可靠性；喷吹阀换型后，能有效地增加滤袋喷吹面积，保证有效喷吹次数，避免滤袋板结、糊袋等情况发生，恢复电袋复合除尘器本体总阻力设计值（在不受外界因素干扰情况下）：≤800 Pa（初期）/终期≤1 200 Pa。系统改造前后对比情况见表2。

表2 输灰系统改造前后参数对比表

4.3 施工方案

通过招标确定名优产品及施工队伍，结合机组大、小修停机概率进行旧设备拆除及新设备安装，并实施技术改造。

5 结论

综上所述，在当前国家全面推动生产革命背景下，对系统全局的统筹，是660MW发电机组干灰系统优化改造中所遵循的原则。该公司此次的干灰系统优化改造是成功的，解决了在生产过程中出现的一系列问题。不但提高了设备生产的安全性能，还有效地降低了成本损耗，每年为公司产生了巨大的经济效益。1）一次性投资较大，但后续维护减少了工作量，降低了工作强度，既节约了运行维护费用，也节约了人力投入，还可以降低空压机能耗，减少厂用电。2）提高系统运行的经济性、安全性，同时可以节约运行维护成本，也有助于提高企业市场竞争能力。节能减支是发电行业发展的必然趋势。