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)運行時間增加，系統(tǒng)及閥門故障數(shù)量逐年遞增，部分消缺反復出現(xiàn)，增大了運維人員的勞動強度，增加了維護成本。除塵器本體阻力逐漸增大使引風機電流增大，而且壓縮空氣耗氣量逐漸上升，使系統(tǒng)處于不經(jīng)濟運行狀態(tài)。為保證干灰系統(tǒng)的可靠運行和經(jīng)濟性，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)電廠虎山項目裝設(shè)2臺660 MW超臨界參數(shù)燃煤汽輪發(fā)電機組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，一次再熱、平衡通風、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)由浙江菲達配套提供。每臺機組除塵器由2個電場、3個袋區(qū)構(gòu)成，省煤器輸灰系統(tǒng)單獨配置1根輸灰管路。輸灰系統(tǒng)下進料閥均采用硬密封擺動閥。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2臺爐的飛灰量為300 t/h（實際摻燒煤泥約240 t/h），最大用氣量約為157.2 Nm3/min。2臺爐氣力輸送系統(tǒng)共用一套氣源系統(tǒng)，氣源設(shè)計容量為4臺60 Nm3/min螺桿空壓機，三運一備，配套4臺70 Nm3/min組合式干燥機。

1.2 系統(tǒng)或設(shè)備簡述

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

大唐淮北發(fā)電廠虎山1、2號爐電袋復合除塵器，設(shè)計為“2電場+3袋區(qū)”，其中袋區(qū)劃分為4個并列布置的過濾單元A1、A2、B1、B2，每單元設(shè)計為3階梯型布置，濾袋規(guī)格為φ138 mm×8300 mm 。單臺爐設(shè)計安裝的濾袋總數(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，閥門啟閉全行程時間約10 s～13 s，閥位信號裝置為無接觸磁感應接近開關(guān)。噴吹閥的活塞為鑄鐵材質(zhì)，閥體為鋁合金壓膜鑄造，實際噴吹面積約60m2～70m2。

1.4 主要歷史狀況

自2013年投入運行，氣源系統(tǒng)由原設(shè)計的三運一備方式變更為4臺空壓機全開也無法滿足機組較高負荷時用氣量要求（＞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60 Nm3/min空壓機基礎(chǔ)上新增1臺160 Nm3/min離心空壓機并進行壓縮空氣系統(tǒng)整體優(yōu)化。目前正常情況下2臺爐氣力輸灰系統(tǒng)運行時需要開啟1臺160 Nm3/min離心空壓機和1臺60 Nm3/min螺桿空壓機，3臺60 Nm3/min螺桿空壓機作為備用機。

若離心空壓機保養(yǎng)或檢修，4臺60 Nm3/min螺桿空壓機運行，仍不能滿足2臺機組較高負荷時輸灰系統(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660MW機組每年的輸灰系統(tǒng)及電袋除塵器噴吹系統(tǒng)發(fā)生的各類備品配件費用約60萬元，輸灰及噴吹系統(tǒng)缺陷量大，發(fā)生頻繁，同時造成壓縮空氣的極大浪費，從而也加劇了閥門管道的磨損，導致輸灰空壓機系統(tǒng)的效率差。2015年09月—2016年09月干灰整個系統(tǒng)缺陷發(fā)現(xiàn)：料位缺陷37條，儀控專業(yè)閥門故障82條，機務專業(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)閉不嚴造成輸灰管積灰、堵塞及其他機務缺陷35條，共計228條缺陷發(fā)生。

系統(tǒng)更換下進料DN200整閥約65次，更換上進料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、下進料閥、透氣閥和噴吹閥故障率高，檢修人員維護量大。造成除塵器本體阻力大、引風機電流增大，負荷在550 MW以上時甚至造成輸灰困難。輸灰系統(tǒng)日常維護所消耗材料費用和人工費用逐年遞增。

隨著系統(tǒng)投入使用時間增加，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)計耗氣量。2臺機干灰系統(tǒng)設(shè)計氣量是157.2 Nm3/min，目前實際耗氣量大約220 Nm3/min，比設(shè)計耗氣量多約40%。當機組滿負荷運行時，一、二電場中任意一個電場因故障退出時，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)的出力來應對該工況。

2.2 安全隱患

出現(xiàn)以上安全狀況會影響氣力輸送及系統(tǒng)安全性，閥門內(nèi)漏導致輸灰不暢并加速閥體的磨損、輸送時除塵器內(nèi)部二次揚塵，嚴重時會導致出現(xiàn)灰斗高料位，陽極振打錘系不能正常投用，甚至會出現(xiàn)一排4個倉泵的電場不能正常投用，嚴重危及灰斗的安全，有坍塌的風險，影響電除塵及機組的安全運行[1]。

2016年5月9日，1號爐因多個閥門故障集中發(fā)生，導致干灰系統(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，機組被迫降負荷。同時2號爐也出現(xiàn)多個閥門故障（內(nèi)漏、機械卡咬和閥桿斷裂等），導致干灰系統(tǒng)輸灰困難。

3 改進措施

隨著國家對環(huán)境保護的要求越來越高，發(fā)電廠對燃燒后的飛灰處理都采用了先進的處理措施，在減少工作量和提高經(jīng)濟效益的同時以達到環(huán)境保護的要求[2]。1）擬通過對電除塵干輸灰系統(tǒng)硬密封氣動閥門進行換型以及拆除作用不大的上進料蝶閥，將年故障次數(shù)、累計故障時間降低到較低的水平，減少維護工作量，提高經(jīng)濟性。2）擬通過對活塞式噴吹閥進行換型，恢復電袋復合除塵器本體總阻力設(shè)計值（在不受外界因素干擾情況下）：≤800Pa（初期）/終期≤1200Pa。3）將省煤器、除塵器倉泵磨損嚴重的出料總成、進氣組件、補氣組件進行更換。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）當任一電場退出后，為了袋區(qū)輸灰能力能滿足機組負荷要求，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）將磨損嚴重、雙套管小管脫落的廠區(qū)輸灰管進行更換，對原系統(tǒng)管徑重新優(yōu)化設(shè)計，使輸送穩(wěn)定，減少現(xiàn)有工況能耗的25%，達到原設(shè)計效果。6）輸灰管道上設(shè)置自動清堵裝置，一旦發(fā)生堵管，能通過DCS程序?qū)崿F(xiàn)自動清堵。7）使用非接觸式的無源核子料位計，采用灰斗低料位聯(lián)鎖運行，降低系統(tǒng)耗氣量，實現(xiàn)節(jié)能減排。8）優(yōu)化輸灰系統(tǒng)的運行工藝，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

本次改造拆除上進料氣動閥，將下進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料氣動閥并增加圓頂閥控制邏輯，將原上進料閥控制信號做為新增灰管清堵氣動閥控制信號，下進料閥信號作為圓頂閥控制及報警信號。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、進氣組件、補氣組件進行更換。

電區(qū)輸灰管道數(shù)量不變，袋區(qū)重新設(shè)計布置輸灰管道數(shù)量，對輸灰管道進行整體優(yōu)化，如采用雙管需要重新進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，實現(xiàn)全程低速穩(wěn)定輸送。

采用灰斗低料位聯(lián)鎖運行技術(shù)，提高輸灰系統(tǒng)運行可靠性，降低維護費用，使系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。當灰斗料位計探測到灰斗低料位后，開啟倉泵系統(tǒng)的平衡閥和進料閥對倉泵進料，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)有配氣進行調(diào)整，達到最佳灰氣比，讓系統(tǒng)處于最經(jīng)濟的運行狀態(tài)，同時限時開啟進料閥，防止料位計故障引起灰斗堵灰。

修改DCS控制邏輯，采用科學、先進的運行工藝。根據(jù)灰管的出力、鍋爐負荷、煤的灰份，對灰管進行聯(lián)鎖運行。正常運行時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輸送，從而減少整套系統(tǒng)的巔峰耗氣量，減少空壓機的運行臺數(shù)，降低運行維護成本及能耗。

對倉泵的容量設(shè)計和輸灰管道優(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，恢復電袋復合除塵器本體總阻力設(shè)計值（在不受外界因素干擾情況下） ：≤800 Pa（初期）/終期≤1200 Pa。該廠8號機電袋除塵器噴吹系統(tǒng)使用隔膜脈沖閥效果較好。

進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，閥門開啟時全截面通流，并保護圓頂密封面。4） 自動監(jiān)測密封氣壓并有報警功能，確保密封良好。

氣動軟密封閥的以上特點使它非常適合密封性要求高的氣力輸送系統(tǒng)。當閥門密封圈泄漏會觸發(fā)報警，輸灰系統(tǒng)會暫時停運。當密封圈泄漏問題處理完畢報警消失后，輸灰系統(tǒng)才允許繼續(xù)運行。氣動軟密封閥主要的檢修工作是更換密封圈，更換密封圈的時間短（約為30 min），2名檢修人員即可完成（更換擺動閥需要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行簡單對比（見表1）。

表1 活塞閥與隔膜閥對比特點表

4.2 改造后預期達到的效果

系統(tǒng)年故障次數(shù)、累計故障時間能降低到較低的水平。閥門及料位計換型后能夠提高灰斗料位的精確度，提高干輸灰運行工況的穩(wěn)定性，自動投入率增高，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，從而降低了維護量和維護費用。料位計故障預期下降幅度達到80%以上，閥門故障預期下降幅度達到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，恢復電袋復合除塵器本體總阻力設(shè)計值（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

通過招標確定名優(yōu)產(chǎn)品及施工隊伍，結(jié)合機組大、小修停機概率進行舊設(shè)備拆除及新設(shè)備安裝，并實施技術(shù)改造。

5 結(jié)論

綜上所述，在當前國家全面推動生產(chǎn)革命背景下，對系統(tǒng)全局的統(tǒng)籌，是660MW發(fā)電機組干灰系統(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)濟效益。1）一次性投資較大，但后續(xù)維護減少了工作量，降低了工作強度，既節(jié)約了運行維護費用，也節(jié)約了人力投入，還可以降低空壓機能耗，減少廠用電。2）提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、安全性，同時可以節(jié)約運行維護成本，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。