摘要：针对神华国能哈密电厂4x660MW机组空预器前置灰斗气力除灰系统出现的故障情况，深入分析空预器前置灰斗料位高、输灰频繁堵管的原因，从检修和运行方面提出了相应的整改措施。在运行和检修的多次整改下，该机组空预器前置灰斗料位高报警频率明显降低，空预器前置灰斗输灰运行工作顺利进行。
关键词：脱硝；灰斗；料位高；堵管；措施
一、空预器前置灰斗输灰系统介绍
神华国能哈密电厂为4×660MW国产超临界空冷燃煤发电机组。锅炉为上海锅炉厂生产的2236t/h超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，单炉膛塔式布置、四角对冲正反切向燃烧、摆动喷嘴调温、一次再热、平衡通风、全钢架悬吊结构、紧身封闭布置、固态排渣。辅控输灰系统采用新华DCS操作系统。
机组空预器前置灰斗输灰系统采用正压式浓相气力除灰系统。输送用压缩空气为0.6-0.7Mpa。该机组在脱硝催化剂层出口和空预器入口之间设置4个灰斗，A、B侧各2个灰斗，位于锅炉13.7m平台，接收储存锅炉垂直烟道的沉降灰。
每个灰斗设置1个料位计，位于灰斗垂直高度的2/3处，料位计为射频导纳式。在每个灰斗下各设置一个仓泵。A/B侧2个仓泵，包括压缩空气进气阀、补气阀组构成一个输灰系统。
空预器前置灰斗A、B侧输灰系统共用一根输灰母管，输送至粗灰库。A、B侧输灰程序交替运行，A侧输灰完毕后，B侧输灰开始进行。输灰母管设置一路泄压管道。输灰管道堵管时，可以通过泄压管道将灰气排至灰斗内。在正常运行状态下，该机组空预器前置灰斗输灰系统的输灰设计出力为3.0t/h。
空预器前置灰斗气力输灰系统输送过程分为三个阶段。
进料阶段：输送系统投入运行后进料阀打开，物料自由落入泵体内，当料位计发出料满信号或达到设定时间时，进料阀自动关闭，随后开始输送阶段。
输送阶段：出料阀打开 → 小助吹阀组打开 → 进气阀组打开 →补气阀组打开，输送开始，仓泵内物料逐渐减少。
吹扫阶段：当泵内物料输送完毕，压力下降到等于或接近管道阻力（关泵压力）时，补气阀组、进气阀组、小助吹阀组依次关闭，然后出料阀关闭，从而完成一次输灰循环。
二、空预器前置灰斗输灰运行现状
该机组自投产后，空预器前置灰斗输灰系统运行良好。空预器前置灰斗输灰是自动程序控制输灰，正常情况下根据PLC控制自动输灰，无须人为干扰。输灰系统完成一次输灰过程需要时间大约4-5min，输灰压力为0.25MPa左右，进料时间为30s，灰斗落灰顺畅。输灰压力曲线平滑，类似抛物线形状，如下图2-1所示：
图2-1 输灰曲线图
随着机组运行小时数增加，输灰管道受飞灰磨损严重频繁泄漏，经常停运检修。且空预器前置灰斗输灰管道输灰压力增加，最高为0.6Mpa，输灰系统完成一次输灰过程需要时间7-8min。大大降低了输灰频率。同时输灰管道频繁堵管，影响输灰频率，输灰曲线如下图2-2所示：
图2-2
灰斗由于系统设计原因导致落灰不畅，不能正常落灰，种种原因导致灰斗灰位不断累积上升，触发灰斗高料位报警。
灰斗高料位报警后，运行人员精心调整，检修维护全力配合，仍然无法使灰斗灰位下降。灰斗灰位不断积累升高，越过空预器入口挡板，进入空预器，可能导致空预器差压升高，烟风系统阻力增大，会严重威胁机组安全稳定运行。
三、空预器前置灰斗料位高原因分析
3.1 空预器前置灰斗输灰系统设计缺陷。
与机组静电除尘器下灰斗相比较，空预器前置灰斗没有设置气化风板和气化风管道，没有设置灰斗电加热器。灰斗气化风的作用是将进入灰斗内部的灰处于流态化，使灰很容易地从灰斗内排出，同时防止灰板结。灰斗加热器使灰保持一定温度，防止灰温度低板结。随着灰斗灰位不断累积，在无法及时输送的前提下，积灰会逐渐堆积在下灰口，且积灰颗粒较粗，由于没有气化风，积灰会逐渐板结，从而造成落灰困难。
仓泵没有设置排气管道和阀门。由于输灰管道输送媒介为压缩空气，每次输灰过程结束后，仓泵内会残留一定压力的压缩空气。在仓泵进料之前，必须将仓泵内的压缩空气排出，才能使灰顺利落入仓泵。由于仓泵没有排气阀，在相同的进料时间内，仓泵的落灰量时多时少，基本没有确定性。运行人员需要在现场通过敲打仓泵来判断落灰量，帮助监盘人员增减进料时间，给运行调整带来很大困难。
另一方面，由于空预器前置灰斗A、B侧输灰系统共用一条输灰母管。A侧系统输送完毕后，B侧才开始输送，不能同时输送。这样设计，在单位小时内，就造成了整个系统输灰能力降低。若输灰母管因泄漏或出料阀故障检修时，必须将A、B侧输灰同时停运，这样停运时间越长，灰斗积灰会越多。
3.2 输灰管道频繁堵管。
该机组空预器前置灰斗仓泵出口至灰库入口的管道长度为485m，输送高度为32m，输灰管道90度弯头约15个，45度弯头约2个。经过现场检查分析，仓泵落灰量超过仓泵容积的1/2时，输灰始端压力为0.4-0.5Mpa，输灰时间较长，大约8min左右。管道堵管时，压力高达0.6Mpa，输灰时间超过15min，即为堵管。单位小时内只能完成6-7次的输灰循环。
按照飞灰堆积容重0.75t/m3，仓泵容积为0.5m3计算，每小时完成6次输灰循环，单位小时内系统输灰量大约为2.25t/h，小于设计出力。
3.3锅炉燃煤灰分增加。
该机组燃煤采用高碱劣质褐煤，热值低，灰分高。机组投产初期，在BMCR工况下，燃煤量为420t/h，化验灰分含量为16.75-23.01%。空预器前置灰斗积灰量为1.93t/h。
随着机组运行，煤质发生变化，在BMCR工况下，燃煤量最高为470t/h，化验灰分含量为30.04-32.58%，空预器前置灰斗积灰量为2.82-3.0t/h。对比同一负荷下灰分增加约46.1%。按照飞灰堆积容重0.75t/m3，仓泵容积为0.5m3计算，每小时完成6次输灰循环，单位小时内系统输灰量大约为2.25t/h。单位小时内输出能力小于产生的灰量。
四、空预器前置灰斗料位高解决办法
4.1检修人员在仓泵顶部加装了临时手动排气阀。每次灰斗开始落料时，检修人员必须将排气阀打开，将仓泵内残余的压缩空气排出，落灰完毕后，将排气阀关闭。落灰量明显增大，对灰斗料位进行测量，灰位有所下降。
4.2 加装临时排气阀后，落灰效果明显。但是，因为管道输灰量大，输灰管线较长，导致管道经常性堵管。于是将进气管道的节流孔板进行更换，将节流孔尺寸由Φ5增大为Φ7。进气量增大，管道堵管频率降低。增加进气量带来了一个问题就是，管道因飞灰磨损而泄露。通常，每天有2次以上因输灰管道泄漏而被迫停运检修。
经过运行和检修两方面的精心配合，灰斗料位有所降低，料位报警消失。但是，增加了机组的运行压力和维护负担。因此，趁机组检修期间进行输灰增容改造迫在眉睫。
五、空预器前置灰斗输灰系统增容改造
利用机组C级检修期间进行输灰增容改造。
5.1 原设计为A、B侧公用一个输灰管道，现增加一路输灰管道至粗灰库，同时在新增的输灰管道上增加一路泄压管道，接入对应灰斗上部。增加一路辅助吹扫管道及阀门。保证A/B侧能够同时独立输灰，提高输灰能力。
5.2对输灰程控进行了改造。
5.2.1进料阶段：输送系统投入运行后排气阀和进料阀打开，物料自由落入泵体内，当料位计发出料满信号或达到设定时间时，进料阀自动关闭，随后排气也自动关闭。
5.2.2 输送阶段：出料阀打开 → 小助吹阀组打开 → 进气阀组打开 →补气阀组打开，输送开始，仓泵内物料逐渐减少，输灰压力开始上升。
5.2.3吹扫阶段：当泵内物料输送完毕，压力下降到等于或接近管道阻力（关仓泵压力）时，补气阀组、进气阀组、小助吹阀组等关闭，然后出料阀关闭，从而完成一次输灰循环。
5.3 在每个仓泵顶端安装排气管道和气动阀。排气管道接入该灰斗的最高处，将空气排入灰斗内部。同时将阀门开关信号接入DCS控制系统，由运行人员远方控制开关。
改造完成机组投运后，运行效果显著：
（1）解决了灰斗落灰不畅的问题。仓泵在排气的作用下，灰斗落灰顺畅。进料时间为30s左右，仓泵基本落满灰。减少了运行人员反复调整进料时间的负担。
（2）系统输灰能力提高。输灰系统完成一次输灰过程需要时间大约4-5min，输灰始端压力0.25-0.3MPa，末端压力0.04MPa。A、B侧可以实现同时输送，单位小时内能够完成12次的循环，系统输送能力显著提高。输灰堵管频率降低，输灰压力曲线平滑，如下图5-2所示：
图5-2 改造后输灰曲线图
（3）因改造后输灰堵管现象减少，输灰始端压力降低，所以管道磨损泄漏事件减少，为检修维护提供便利。
结语
空预器前置灰斗输灰系统增容改造弥补了系统原设计的缺陷，为灰斗顺利落灰提供了便利，提高了空预器前置灰斗的输灰能力，满足了机组满负荷阶段输灰能力的需要，改造后效果显著，可以为其他3台机组增容改造提供实践基础和经验总结。
参考文献：
[1] 李培荣，李金伴.发电厂除灰控制技术化学工业出版社，2006.
论文作者:蒋恒
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
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