关键词：节能降耗 状态监测 反馈控制 自诊断
0 引言
华能金陵电厂输灰系统，采用紊流双套管多仓泵串联气力除灰技术。环保超净排放改造后，因烟气温度降低、掺烧经济煤种等多种原因，造成输灰系统耗气量大，常发堵管灰斗高料位等现象，严重影响电除尘及输灰正常运行。为解决问题，在对输灰系统缺陷和常见故障进行梳理分析，提出具体措施，进行优化改造，降低能耗，提高可靠性。
1 输灰系统概述
华能金陵电厂(2×1030MW)超超临界机组，每台炉各设一套独立的飞灰收集输送系统。输灰工艺设备包括空压机、仓泵组、DCS控制、灰库分选、干灰装船几大部分。输送气源、灰库分选、干灰装船为两台炉公用设备。
每台炉配置2台三室四电场电除尘器，设24个相对独立的电场，每个电场设2个灰斗。每台炉脱硝、省煤器，各配8个灰斗，单台炉共64个灰斗。每个灰斗对应设1个输送仓泵。64只仓泵按所连灰管，进行分组，按预先设定的参数循环间隔自动输送。每台炉设四根输灰母管，一电场A、B两侧各设一根粗灰管，用于输送一电场、脱硝、省煤器灰斗的飞灰；二电场设一根输灰管，三、四电场合用一根细灰管。仓泵系统布置详见图一。
输灰仓泵组每完成一次飞灰的输送为一个工作循环，每个工作循环包括进料、加压流化、输送、吹扫四个阶段。共用一根输灰母管的仓泵组，采用轮换交替循环输送的工作模式。
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图1 #1炉飞灰输送系统图
2 输灰系统问题梳理
2.1气源方面
飞灰输送用气量受机组负荷、煤质灰量和输送参数设定等因素影响。原输灰系统由运行人员，根据机组负荷和煤质情况，人工调节空压机启停台数满足系统用气需要。存在以下问题。
2.1.1无备用设备隐患
为满足2台机组输灰用气量，长期需6台输灰空压机同时运行，无法进行空压机轮换维护；当某台空压机故障时，影响气源稳定供给，存在安全隐患。
2.1.2气源含油带水
储气罐残水排放不及时,空气有带水现象，当冷的输送气遇到温度高的灰时,水蒸气挥发出来 ,灰易结块。冬季疏水管道保温效果不好,发生冻管, 残水无法排出。
2.1.3输送气压波动大
多个输灰单元有同输同停现象，导致空压机加卸载频繁，效能利用率降低。同时气源压力波动大，压力不足时，灰气比异常，输送浓度过大，造成管道阻力增大，易发生堵管。 堵后需加强吹扫,气源消耗增大,形成恶性循环。
2.2气动阀门故障
2.2.1阀门密封不严
气动阀门存在密封不严、内漏、堵灰。进料阀、平衡阀密封不严，输送阶段，空气从泄漏处吹向灰斗，对应灰斗料位高；而内漏，会造成输送压力不足，出力下降，灰输不动；同时内漏致使吹扫压力快速降到下限值，而程控默认灰已输尽，再次进料。输不净而反复进料后，造成灰管堵死。出料阀关不严，其他单元输送时，会将灰气吹入泄漏单元的灰管。平衡阀堵塞，导致仓泵正压，进灰不畅。
2.2.2阀门卡涩
输灰顺控是依据各阀门动作反馈，实现步骤顺序执行。阀门卡涩、反馈不到位，导致步序执行不下去，长时间停运。阀门卡涩开不足，还会造成输送不畅。
2.3测量表计可靠性不高
判断仓泵组进料料满，采用“料位”和“定时”且“料位优先” 的控制方式。但使用中因料位开关可靠性不高，无法提供准确的料位信号，经常出现误动或拒动。误动导致仓泵进灰不足，空输耗气。拒动导致仓泵进灰过量，输不动，易堵管。
压力变送器在输灰循环控制中起着关键作用，它的测量值是输灰运行控制和故障判断的主要依据。当前压力变送器取样方式为管式，经常发生取样管堵塞，导致测量不准。
2.4输灰程控适应性差
2.4.1无法随工况变化自动调整
实际运行中，煤种常偏离设计煤种,机组负荷也常变动，导致灰斗灰量及灰的流动性产生较大变化。而输灰参数往往不能及时根据工况变化，作出恰当的调整，导致输送灰气比出现大范围波动。灰量大，流动性差，输送出力不够，发生堵管；灰量小，流动性好，空输时间过长，造成耗气量大，设备过度磨损。即使人工调整，操作上也是滞后的，参数设置值也多为经验值，偏差大。另外，输灰单元因检修、故障停运，电除尘与输灰系统间缺少联动，不能及时调整电除尘运行参数，导致灰斗积灰。
2.4.2不同电场对应单元工况差异大
一电场为主力输灰管道,灰量占到80%左右，同时与脱硝省煤器共用输灰母管，飞灰输送特性差异大。为保证不堵管，现采取提高输灰频率模式。频率高会导致输送气源耗气量大。
三四电场灰量相对偏少，但是进料时间过长，灰在仓泵中积存过久，温度降低，流动性变差，也会造成输送不畅。
3 输灰系统节能提效措施与实践
通过对问题的梳理和分析，进行了如下节能提效改造工作。
3.1提高输灰气源品质
各灰管建立输送联锁关系，设定最低输送气压，避免同输同停，避免输送气压大幅波动。储气罐疏水排污管道敷设伴热带，加强保温，避免冬季冻结；排污管道加装电磁阀，实现程序控制自动放残功能，提高气源品质。空压机加卸载触发压力，采取梯次整定的方式，避免空压机在某一压力值出现同时加卸载状况。
3.2优化输灰逻辑功能
3.2.1设计三种模式，提高操作便利性
手动操作模式：增设单个仓泵组一键输灰功能，减少运行人员手动排除灰管堵塞操作的步骤，降低操作强度，避免误操作。顺控操作模式：上位机设计有各时间及压力参数设定界面，方便运行人员根据设备及系统状况，人工设定不同的输送参数。自动操作模式：实现根据飞灰输送难易程度，自动调节灰气比，进行高效输灰。各操作模式间设置闭锁条件。保证某单元或单一仓泵因故障解列退出运行，不影响其他单元正常输灰功能。
3.2.2开发仓泵灰气比智能调节
原输灰控制主要根据预先设定的装灰时间，控制进灰量。当出现灰斗下灰不畅，仓泵进灰不足时，导致压缩空气空吹，气源浪费严重，输灰能耗增大，管道阀门磨损加剧等后果。当工况、煤种改变，进灰量过多时，会出现输灰困难、堵管、仓泵组停输、灰斗料位升高现象，严重时导致电场内部积灰搭桥、短路，导致电除尘电场出现异常。
自动模式下，现将原来“时间控制”、“料位优先”的方式，优化为 “时间主导，过程反馈，自动调节”的控制模式，其基本原理为：通过比较输送阶段所用时间长短，反馈控制进料阶段仓泵的装灰时间，实现将输送灰气比控制在恰当范围内的自动调节目标。当仓泵灰量大或流动性变差时，输送阶段输送压力将会增高，输送时间也会变长。根据这一输灰特性，以进料时间为自变量，输送时间为因变量，通过实验的方法，收集数据，逐步确定进料时间和输送时间函数关系，建立控制模型。实现根据输送阶段时间长短，反馈自动调整进料时间和循环周期的控制功能。
通过增设进料自动调节功能，提高了输灰程控自适应能力。在保证输送出力的前提下，减少了空压机的运行台数。同时为防止因阀门及变送器故障，顺控条件无法触发，输送步序停止的异常，增设步序执行的最大最小时间限值，保障顺控继续执行能力。
3.3增设联锁联动功能
3.3.1完善相互闭锁功能。
避免同一灰管多个输送单元同时输送，出现的堵塞现象。按优先级别，对4根灰管所属各输灰单元进行分类。优化联锁逻辑，在保证灰量大的一二电场正常输送前提下，利用其输送间隔，安排灰量少的三四电场单元进行输灰。避免多个输送单元同时输灰，平均分配用气量。
3.3.2联动电除尘功能。
当某一仓泵或输送单元因检修或故障，退出输灰程控时，自动降低对应电除尘电场运行参数，避免灰斗灰位持续上升。为保证脱硫出口粉尘排放不超标，同步自动提高同一通道后一电场的运行参数，保证同一烟气通道的粉尘收集能力。
3.3.3平衡各输灰单元出力。
适当降低电除尘一电场运行参数，相应提高二电场运行参数，减轻一电场输灰负荷，提高二电场仓泵组出力。三四电场优化，需考虑灰在仓泵内积存时间过长，灰温降低，结块难输的问题。自动进料，需同步调整进料时间和循环间隔时间，及时进行输送。
3.4开发输灰状态自诊断
输灰异常后及时发现、判断、预警、处理，既能保证系统安全运行，也能降低能耗。
3.4.1输送超时（堵管）报警。
输送时间超过最大设定时间，灰管压力仍没降到设定值以下，触发堵管预报警。提示运行人员加强监盘，分析异常原因。同时输送时间超过最大设定值，该单元退出程控输灰，触发报警，提示进行手动干预处理，避免故障过大。
3.4.2充压泄漏报警 。
充压流化阶段，进气阀打开，出料阀关闭。设计系统气密性检查功能。原理为：检测输灰单元内压力的上升速度，一定时间能达不到设定值，触发泄漏报警，提示系统存在泄漏，及时进行密封性检查，以防输送压力不足。
3.4.3输灰单元停运报警。
某一单元在自动循环输灰中，因异常退出程控，或程序执行超过最大预设时间，触发退出程控报警。
3.4.4输送参数偏差过大报警。
处于同一电场A、B侧不同的两个输灰单元，对同一输送参数，如时间、压力、周期等进行逻辑比较，偏差过大，超过设定值时，触发偏差过大报警。
3.4.5阀门故障报警。
实现出料阀门开不到位状况下，延时自动关闭阀门，退出执行顺控，并及时触发报警，避免同一灰管所有单元停运的风险。设置系统充压压力过高报警，避免因阀门前后压差过大，而导致出料阀开阀卡涩故障。设计气动阀门反馈故障报警，即在设定的时间内，达不到操作方向应达到的阀位。以防开关卡涩延迟，导致的系统异常。
3.4.6料位及变送器异常报警。
取消仓泵进料料位优先控制模式，保留料位高报警功能。在灰斗高料报警基础上，增设灰斗低位料位开关，提高灰斗料位测量、报警的可靠性，保证电除尘电场的安全运行。变送器选用膜盒式，改造为法兰式安装方式，防止取样堵塞。输灰完毕，仓泵或灰管压力值，没有下降到设定值，触发变送器零点异常故障。
3.5增设输灰参数状况监测表
为降低运行人员劳动强度，及时掌握运行状况，提高监控效率。设计输送参数表，提高运行分析便利性，为设备状态检修提供依据。详见图2，图3。
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图2 #1炉各单元输送参数监测表
按运行班次，统计每8小时各单元的输送次数。运行人员可通过纵向对比每班的输送次数，横向对比共用同一灰管的输送单元输灰次数，及时发现异常。检修人员可根据各输灰单元累计输送次数，总结设备磨损规律，制定状态检修计划。
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图3 #1炉各单元输送次数统计表
4 优化改造效果
节能优化改造后，经一段时间使用，取得了如下效果：
改造后，投入自动模式输灰，每天输灰频次降低了1/3。在总灰量一定条件下，输灰次数降低，说明效率提高，耗气量下降。灰气比提高，输送流速降低，减轻管道弯头阀门的磨损，提高设备使用寿命。
两台炉输灰同时运行，比改造前减少一台空压机运行。单台空压机电机功率为250KW?h,配套冷干机功率6.5KW?h；按7200运行小时，0.8出力系数测算，停运一台空压机，全年节约用电：
（250+6.5）×0.8×7200=147.44万KW?h
按上网电价0.37元/度来计算，仅此一项每年可节省电费54.7万元。还可降低气力输送设备检修、备件费用。空压机压力输出达到均匀、平稳状态，减少加卸载频率，减少无效能耗，延长了使用寿命。空压机定期轮换维护计划得到执行，提高了气源的可靠性。
投用自动功能，降低人员操作强度，不用人工设定参数，减少偏差。增加自诊断预警功能，提高缺陷处理的及时性，大大降低了系统堵管，减少了处理时的环境污染。
5 结语
输灰系统在电厂中是个高能耗环节，普遍存在运行效率低，设备磨损大、输送能耗高等问题。通过上述节能提效研究，解决了输灰工况变化，而程控适应性不强，造成的不良后果；消除空压机无备用的隐患。输灰系统的优化，是一个不断改进和探索过程，需要我们在实践中不断创新，以适应电厂提质增效要求。
参考文献
[1]付玮，《大型火电机组输灰系统运行优化探讨》，工程技术，2016
[2]金保红，郭建，《气力输灰系统常见故障及原因分析》，山东工业技术，2013
[3]孔凡荣，《火电厂输灰系统节能降耗技术探究》，现代工业经济和信息化，2014
[4]张鹏，武广萍，《双套管气力输灰系统堵管原因分析与处理》，甘肃科技，2013
论文作者:程延光,史居旺, 成志鑫
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电场论文; 单元论文; 进料论文; 时间论文; 系统论文; 阀门论文; 空压机论文; 《当代电力文化》2019年 19期论文;