电厂收灰系统改造的方案优化与节能实践

摘 要 ：通过对江苏仪征化纤股份有限公司热电厂收灰系统存在的问题剖析，提出了系统改造的优化设置方案，并阐述了改造的技术要点；经过单仓泵改为双仓泵系统的优化改造，提高了系统的经济性和可靠性；运行实践证明，改造后系统技术先进，节能与环保效益好。
关键词：收灰系统； 改造； 优化； 节能

1 引言
燃煤电厂对于煤炭燃烬后所排放的大量粉煤灰的处理问题，是关系到电厂的环境保护与降本增效的重大课题。而仪化热电厂对技术落后的仓泵收灰系统改造的方案优化与节能的实践，不仅实现了干灰全部收集的环保目标，还达到了节气、节水的节能效果，并为实现冲灰水闭路循环创造了条件。
为减轻水力除灰使煤灰堆场库容量日益减少的压力，拥有6台220t/h锅炉的仪化热电厂，1995年投运了#1～#6炉一电场粉煤灰收灰系统；后改造成一、二电场共用仓泵形式；三电场粉煤灰收灰系统于1999年建成。形成6台电除尘器三个电场共18台仓泵的正压收灰系统。
然而，其一、二电场的仓泵磨损严重，罐体已多处磨穿；系统故障率高，其出料阀密封正常使用天数不超过20d；干灰管路弯头经常磨穿，泄漏造成环境污染。三电场的收灰系统，由于下灰三通角度大于粉煤灰自流角度，一用就堵灰而不得不停用。系统的压缩空气耗用量大，仅一、二电场每年收灰的压缩空气成本就达220万元，能耗浪费严重。
因而，从环境保护的角度，要求干灰全部收集外售，延长灰场使用年限，节水以保障冲灰水闭路循环，实施“清洁生产”；从运行管理的角度，要求降低设备故障率、确保无泄漏，并减少系统维修费用；从节能降耗的角度，要求运用技术领先、投资省的改造方案，建成高效节气的收灰系统，使压缩空气耗量下降。
2 单仓泵与双仓泵系统布置的比较
国内目前各电厂干灰收集基本上都采用单仓泵系统，先进的双仓泵系统较少。220t/h锅炉电除尘干式收灰系统改造前布置见图1和图2，设备比较见表1。

双仓泵系统虽比单仓泵系统少4台仓泵，因其2台仓泵为互换投用，可靠性较高；加上链运机、饲料机汇集输灰，输灰管道仅1条，系统简化，投资省；运行气耗也明显减少。

3 对收灰系统技术的优化
3.1 电除尘器的收灰情况计算
按电除尘每电场除尘效率70%～80%计算，可得:
一电场收尘率=70%～80%；
二电场收尘率=16%～21%；
三电场收尘率=3.2%～6.3%;
总收尘率=97.3%～99.2%。
每炉燃煤量约30t/h，煤灰值A=25%～35%，则每炉灰渣量7.5～10.5t/h，按10%渣量计算，则灰量在6.75～9.45t/h；6只灰斗的收灰量分别为：
#1灰斗=#2灰斗=2.36～3.78t/h;
#3灰斗=#4灰斗=0.54～0.99t/h;
#5灰斗=#6灰斗=0.11～0.3t/h;
故得知：一、二、三电场的收灰量比≈14∶3∶1。
3.2 链运机选用技术要点
3.2.1 链运机的技术特点： FU型链式输送机主要用于水平或以小倾角(小于15O)输送物料，输送距离单机可达60m，输送能耗低，整机寿命长，输送链可用5年，滚子可用2～3年；可进行高架布置，能灵活多点进出料；运行成本低,维修率小、可靠性高。
3.2.2 运机的选型 ：按每台电除尘收灰量在6.75～9.45t/h的计算，可选用2台输灰量6t/h的FU200型；考虑到一、二、三电场的收灰量比≈14∶3∶1的情况，在采取由三电场向一电场送灰的布置方式后，不仅缩短大量煤灰的输送距离、减少链运机磨损并增大可靠性，故选用送灰量在4t/h的FU150型即可满足改造需要。
3.3 仓式泵选用技术要点和依据
3.3.1 新型仓泵的技术特点 ：仓泵选用为流态化上引式，比较原有老式的下引式仓泵，具有灰气比高、物料流速低、调节功能强、料位方式简明、排堵方式先进等特点，属于目前国内领先技术。　　
3.3.2 仓泵容积的计算与选择：根据每台电除尘收灰量在6.75～9.45t/h的计算，双仓泵出灰3次/h，灰堆积容重按0.75t/m3计算，则：(9.45/0.75)/（2×3）=2.1 m3/台次，按仓泵有效容积率85%，选用2.5m3容积的仓泵可满足需要。
比较原老式仓泵, 有效容积增大1倍;加上是双仓泵同时出灰,其出灰阀等开启次数仅仅是老式仓泵的1/4。实际上，仓泵容积越大，出灰次数越少，管道空耗气的时间就减少，节气效果越明显；出灰阀等开启次数也减少，系统设备故障率必然下降。因而，只要现场好布置，宜尽量用大容积仓泵。
3.4 仓泵阀门选用技术要点
3.4.1 出灰阀：仓泵出灰阀不耐磨、寿命短是个普遍的问题。出灰阀是在装满粉煤灰的仓泵缸内充压后才开启，带压开阀时段含灰气流的“喷沙”冲蚀使得出灰阀的密封面很快磨损。这就是出灰阀寿命最多3个月、少的只有3周的原因。
对出灰阀采用硬质密封球阀，要求系统在充压小于或等于0.08MPa前开启出灰阀，且充压为底部气化气源，要先于输送加压气源开启，可确保开阀时无“喷沙”冲蚀磨损。
3.4.2 进灰阀：仓泵进灰阀的磨损、不严密漏气是常见故障。采用钟罩阀，连杆为十字头连接的球形钟罩，具有自调整对中心的性能；其密封圈用耐热耐磨的氟橡胶，以延长使用寿命。在钟罩阀上部增设硬密封气动蝶阀，起进料预隔断的作用，以保护进料阀，使其不会因夹灰泄漏而导致磨损。
3.4.3 底部气化板：底部采用高性能气化板，为金属塔状叠缝形式。这样，可避免结露等堵塞和使用寿命短的问题，基本无维修。下泵封头使用“O”形圈密封，采用底面进气，底部设平底支撑。
3.4.4 报警与排堵：系统设置管道堵灰报警和自动排堵装置。
3.5 出料自控系统选用技术要点
音叉式料位计、电容式料位计能粗略反馈仓泵的料位情况。而电子秤重式料位计对仓泵采取软接头、三脚悬浮支撑后，通过1脚1只的重力衡传感器，接入PLC计量模块；安装后经调零、质量标定，可实现进出灰量的量化。但从节约投资，确保球形橡胶软接头对进灰、出灰、进气、透气等钢性连接的运行维护难度，考虑灰容重在变化和对灰量控制精度要求不需这样高的实际，故放弃这一选择。
用音叉式料位计，在较大容量的2只仓泵中任一料位计发讯后即出灰，且设置达1500s时段无论料位计发讯与否均出灰。当输灰管气压小于或等于0.11MPa时即停止出灰，恢复进灰。如此循环往复。
4 对收灰系统设置的优化
以收灰为目标，系统设置的简捷优化，能提高系统安全度，降低系统电耗、水耗和气耗量，从而减少设备投资。经大量调研分析，形成#1、#3、#5灰斗和#2、#4、#6灰斗各用1只仓泵的方案。提高灰斗料口0.5m并缩短方管长度，一、二电场灰斗间下灰管由Ｖ形为Ｙ形；三电场下灰经链运机送至二电场的下灰管。对输灰管的90o弯头大多改为45o弯头以减少系统阻力。

通过优化设计，我们的单炉的设备简化比较见表2。

５ 改造实施及投资情况简介
改造项目的投资概算总价为333.71万元。由于方案优化及项目项目实施招投标等原因，节约了大量投资。2002年，中标单位于7月26日开工，8月11日起至11月7日，陆续完成并投运了#4炉、#5炉、#2炉和#6炉仓泵收灰系统。2003年3月20日完成#3炉，4月17日又投运了#1炉。
改造后投运的6台炉电除尘仓泵系统均实现了电除尘全收干灰、全停冲灰水，仓泵故障率低、压缩空气消耗量小于老仓泵的50%的目标。经运行考核与各种工况试验表明，此项改造为同类收灰系统投资省、技术先进，节能与环保效益好的项目。
６ 项目效益情况
6.1 直接经济效益
新仓泵随锅炉运行而投用，保持了良好的设备状况。2003年，根据厂内压缩空气流量表计量，选出的比较直观的计量数据参见表3。

单炉旧仓泵日24h耗气量比新仓泵多：
22.074-9.65=12.424 （km3）
按6台锅炉年运行7000h计算，节气量为：
12.424×6×7000/24=21757.119（km3）；
压缩空气按68元/ km3计, 节气降本效益为：
2.1757119×68=147.95（万元/a）。
6.2 间接经济效益
6.2.1 全部收灰的售灰效益：原设备的三电场灰都无法收灰，改造用链运机收灰的工艺路线，增收灰量3%～6%，按4%计算（年总灰量24万t），目前灰售价15元/t，则6台炉可增收：24×4%×15=14.40 万元/a。
6.2.2 全停冲灰水的节水效益：原设备因三电场的灰无法收干灰而投用冲灰水，每炉三电场2个箱式冲灰器4个喷嘴，2个地沟喷嘴。喷嘴设计流量为6t/h，改造后的6台炉全停用电除尘冲灰水，可减水量为：6×6×6×7000=1512000 t / a=151.2万t/a。按0.43元/t水计，节约费用：100.8×0.43=65.16万元
6.2.3 故障率低的降费效益：原仓泵系统设备中，仓泵进料阀的密封圈使用寿命约20d，出料三通阀的磨损速度快，使用寿命不超过2个月。而改造后的收灰系统磨损小，故障率低；特别强调的是，在对钟罩阀关闭时气缸的进气缓冲处理后，其密封圈即便用丁腈橡胶，使用寿命仍达3个月以上。在对已投运1年多的#4炉出料阀检查后，认为其出料阀预期寿命可达3年；此外，链运机的磨损经运行1年后检查预期寿命也可超过3年。
6.2.4 项目效益统计：综合上计算，此改造项目总计节能效益约为：
147.95 14.40 65.16=227.51万元/a。
7 结语
使用先进、可靠、简捷的双仓泵技术来对收灰系统的改造，不仅降低了投资、实现了干灰的全部收集，还使改造后的系统故障率大大下降，节能及环保效益显著。这是一项值得推广的技术项目。

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