摘要：闡述300MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的二級(jí)石灰石系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)的目的及運(yùn)行方式。在試運(yùn)期間發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)存在： 管道積粉、母管空載壓力高、程控時(shí)經(jīng)常斷粉等問(wèn)題， 導(dǎo)致二級(jí)石灰石系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，環(huán)保脫硫也無(wú)法投入。為了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放， 必須對(duì)二級(jí)石灰石系統(tǒng)進(jìn)行改造， 為此針對(duì)試運(yùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究， 并提出改變管徑以解決管道積粉， 改變給粉方式以解決空載壓力高， 取消程控以解決斷粉等措施， 方案實(shí)施后系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)， 最大出力高于設(shè)計(jì)值， 脫硫效率、煙氣排放指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，取得了很好的改造效果。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床,石灰石,脫硫,系統(tǒng),改造

0 引言

電廠燃煤鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量SO2，必須采取措施以減少其排入大氣的SO2 數(shù)量， 為此產(chǎn)生了煙氣脫硫與燃燒脫硫2 種方法， 而通過(guò)燃燒控制SO2 的排放則首推循環(huán)流化床鍋爐， 此爐型通過(guò)控制燃燒溫度使SO2 能與加入爐內(nèi)的石灰石進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成CaSO4 進(jìn)而達(dá)到脫硫的效果， 屬于低溫燃燒類型， 爐內(nèi)燃燒溫度選擇的是位于大多數(shù)天然石灰石進(jìn)行最佳脫硫反應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi)， 因而理論上具有很高的脫硫效率。文中討論的是秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司2 臺(tái) 300 MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的石灰石二級(jí)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試等方面的原因而引起的達(dá)不到脫硫標(biāo)準(zhǔn)要求的問(wèn)題， 以及如何進(jìn)行有針對(duì)性改造使之最終實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司2 臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的石灰石系統(tǒng)設(shè)計(jì)為二級(jí)輸送， 外購(gòu)成品石灰石粉儲(chǔ)存于一級(jí)石灰石粉庫(kù)中， 通過(guò)倉(cāng)泵進(jìn)行氣力輸送至二級(jí)石灰石粉倉(cāng)中， 一級(jí)庫(kù)及相應(yīng)的氣力輸送系統(tǒng)構(gòu)成了一級(jí)輸送； 由二級(jí)粉倉(cāng)及其相應(yīng)的氣力輸送系統(tǒng)構(gòu)成了二級(jí)輸送。

1.1 原設(shè)計(jì)系統(tǒng)

每臺(tái)鍋爐原設(shè)計(jì)為石灰石二級(jí)粉倉(cāng)1 個(gè)； 二級(jí)給料系統(tǒng)2 套，設(shè)計(jì)為一運(yùn)一備。每套包括：緩沖倉(cāng)、給料倉(cāng)、旋轉(zhuǎn)給料閥、混合器、風(fēng)機(jī)、管道、閥門等，石灰石粉二級(jí)輸送系統(tǒng)的原設(shè)計(jì)最大輸送能力不小于 24.6 t/h。整套系統(tǒng)的出力是按鍋爐燃用含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%的煤種設(shè)計(jì)的， 在滿負(fù)荷狀態(tài)下且燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)石灰石的耗用量設(shè)計(jì)為10.2 t/h。石灰石二級(jí)輸送系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

1.2 給粉方式

石灰石粉經(jīng)二級(jí)粉倉(cāng)、緩沖倉(cāng)、給料倉(cāng)、由旋轉(zhuǎn)給料閥送入混合器進(jìn)行氣粉混合， 后經(jīng)2 次變徑后到達(dá)各料腿給料點(diǎn)，混合器前、后管道為D273 mm× 10 mm，第1 次變徑后為2 路D159 mm×8 mm 分管，到鍋爐料腿附近再次變徑為2 路D108 mm×8 mm 管道， 每路D273 mm×10 mm 母管最終分為4 路 D108 mm×8 mm 管道至各料腿給料點(diǎn)， 即單線4 點(diǎn)給粉方式。

1.3 管路布置方式

在單線4 點(diǎn)給粉方式下， 為了保證各給料點(diǎn)給料量的一致、各管段的壓力平衡、支路風(fēng)量分布均勻，需要采取相對(duì)復(fù)雜的管道布置，力求保證到各個(gè)給料點(diǎn)的管道口徑相同、走向相同、管線長(zhǎng)度相同，因此只能采用對(duì)稱的管道布置方式。圖1 中可清晰地看出從混合器出口后直至4 個(gè)給料點(diǎn)的管道整體以鍋爐左、右爐膛的中心線為基準(zhǔn)對(duì)稱，而4 個(gè)給料點(diǎn)的管道則分別為：1 號(hào)與2 號(hào)、3 號(hào)與4 號(hào)圍繞各自3 個(gè)的中心線對(duì)稱。

1.4 流程控制

原設(shè)計(jì)從二級(jí)粉倉(cāng)下料到旋轉(zhuǎn)給料閥采用程序控制，關(guān)鍵流程為：首先打開(kāi)緩沖倉(cāng)的進(jìn)料閥，石灰石粉從二級(jí)粉倉(cāng)進(jìn)入到緩沖倉(cāng)，30 s 后關(guān)閉，緩沖倉(cāng)進(jìn)料結(jié)束；然后打開(kāi)給料倉(cāng)的進(jìn)料閥，石灰石粉從緩沖倉(cāng)進(jìn)入到給料倉(cāng)，20 s 后關(guān)閉， 給料倉(cāng)進(jìn)料結(jié)束；再次啟動(dòng)緩沖倉(cāng)進(jìn)料；依次循環(huán)進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)給料閥則不停地將給料倉(cāng)中的石灰石粉送入混合器。設(shè)計(jì)如此的下粉程控， 其目的在于將二級(jí)粉倉(cāng)與母管之間形成隔絕狀態(tài)， 防止母管內(nèi)的壓縮空氣頂入二級(jí)粉倉(cāng)中，從而引起母管卸壓并降低系統(tǒng)出力。

2 存在的問(wèn)題

在分部調(diào)試過(guò)程中，風(fēng)機(jī)、閥門、程序控制的運(yùn)行均正常，管路系統(tǒng)通暢，為整體試運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。但在投粉的試運(yùn)過(guò)程中逐步發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在3 個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題， 制約著整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行：（1）在混合器至第1 次變徑前的D273 mm 母管中積粉現(xiàn)象嚴(yán)重，母管壓力瞬間可達(dá)90～100 kPa，存在堵死的危險(xiǎn)，無(wú)法正常運(yùn)行。（2）相對(duì)于管道2 次變徑、單線4 點(diǎn)給粉的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，管道能量損失較大，空載時(shí)母管壓力高達(dá)20 kPa 以上， 嚴(yán)重制約著系統(tǒng)的出力。（3）發(fā)現(xiàn)當(dāng)旋轉(zhuǎn)給料閥的變頻器輸出超過(guò) 30%（50 Hz 時(shí)為100%）以后，程控下粉量不足，導(dǎo)致給料倉(cāng)經(jīng)常斷粉，母管壓力擺動(dòng)劇烈，低者降為空載風(fēng)壓， 經(jīng)多次調(diào)整程控時(shí)間間隔并反復(fù)試驗(yàn)效果均不理想，系統(tǒng)出力嚴(yán)重受阻，達(dá)不到脫硫指標(biāo)要求。

3 原因分析及改造方向

3.1 積粉問(wèn)題

針對(duì)第1 個(gè)問(wèn)題，從風(fēng)機(jī)、管路、系統(tǒng)出力等的設(shè)計(jì)入手，著重于管路口徑與風(fēng)機(jī)出力的匹配性，在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)風(fēng)量的基礎(chǔ)上重新核算各段管路內(nèi)的介質(zhì)流速， 經(jīng)計(jì)算在D273 mm、D159 mm、D108 mm 3 個(gè)管段流速分別為14、21、22 m/s 3 個(gè)等級(jí)。這樣使 D273 mm 的管道內(nèi)流速最慢，而14 m/s 的設(shè)計(jì)流速達(dá)不到19 m/s 的送粉標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致該管段內(nèi)的石灰石粉無(wú)法形成正常的流化狀態(tài)， 石灰石粉中較大的顆粒都沉積在此段管道中。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后沉積的石灰石粉逐漸將D273 mm 管道堵塞，導(dǎo)致母管壓力瞬間升高?；诂F(xiàn)有風(fēng)量計(jì)算出能滿足19 m/s 流速的管道口徑為D234 mm×10 mm，同時(shí)又要考慮留有一定的裕度， 為此將管道選為D219 mm×10 mm，經(jīng)計(jì)算此管道內(nèi)流速可達(dá)21 m/s，完全可滿足要求。

3.2 給粉方式

針對(duì)第2 個(gè)問(wèn)題，經(jīng)討論認(rèn)為采用單線4 點(diǎn)給粉的方式導(dǎo)致管道布置復(fù)雜、管線較長(zhǎng)、沿程阻力較大，風(fēng)機(jī)出力無(wú)法滿足系統(tǒng)出力的要求。而在維持現(xiàn)有風(fēng)機(jī)不變的前提下， 就只能在給粉方式、管道布置方面做文章，為此提出將單線4 點(diǎn)給粉變?yōu)閱尉€2 點(diǎn)給粉以簡(jiǎn)化管道布置、縮短管線長(zhǎng)度、降低沿程阻力，達(dá)到適當(dāng)提高單線出力的目的。為此將二級(jí)變徑改為一級(jí)變徑， 取消D108 mm 管道，用D159 mm×8 mm 管道與D219 mm×10 mm 母管相匹配，這樣全線內(nèi)流速均為21m/s 左右，能夠滿足要求。

3.3 下粉問(wèn)題

針對(duì)第3 個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)6 號(hào)鍋爐2 號(hào)線下料非常順暢，極少間斷，而1、2 號(hào)線的區(qū)別在于：由于2 號(hào)線給料倉(cāng)進(jìn)料閥裝反了，導(dǎo)致閥門實(shí)際狀態(tài)與程控指令完全相反，程控受阻，而重裝閥門比較麻煩，為了盡快摸清系統(tǒng)存在的問(wèn)題，對(duì)此問(wèn)題采取了一個(gè)臨時(shí)措施，人為地將此閥門打開(kāi)，屏蔽掉其相關(guān)的程控邏輯， 其結(jié)果是只有緩沖倉(cāng)自己在走程控，循環(huán)速度快，供料充足；而1 號(hào)線走全部的程控，循環(huán)速度相對(duì)較慢，粉料流動(dòng)性不好，導(dǎo)致下料間斷。受2 號(hào)線啟發(fā)，將1、2 號(hào)線的程控全部停掉，人為地常開(kāi)緩沖倉(cāng)和給料倉(cāng)的進(jìn)料閥，使二級(jí)倉(cāng)內(nèi)的石灰石粉能夠自然向下流動(dòng)起來(lái)， 此后雙線運(yùn)行都非常平穩(wěn)，再未出現(xiàn)下料間斷現(xiàn)象，母管壓力隨轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化。

對(duì)于設(shè)計(jì)中擔(dān)心的返風(fēng)卸壓?jiǎn)栴}， 通過(guò)以下2 點(diǎn)即可完全避免： 一是使二級(jí)粉倉(cāng)始終保持一定的料位， 經(jīng)過(guò)實(shí)地觀察只需很低的料位即能依靠石灰石粉的重量對(duì)母管壓力進(jìn)行封閉而無(wú)法返風(fēng)； 二是待二級(jí)粉倉(cāng)有一定料位后再將進(jìn)料閥打開(kāi)下粉，二級(jí)粉倉(cāng)空倉(cāng)前關(guān)閉進(jìn)料閥， 也就實(shí)現(xiàn)了與母管隔離的目的。

4 具體改造及效果

4.1 改造方案

在維持原有風(fēng)機(jī)不變的前提下， 取消各給料點(diǎn)所有的D108 mm 電動(dòng)門， 改為每個(gè)給料點(diǎn)用一個(gè) D159 mm 的電動(dòng)門與一個(gè)同口徑的手動(dòng)門相串聯(lián)，正常啟、停只需操作電動(dòng)門，而手動(dòng)門只作系統(tǒng)檢修隔絕使用。在管道方面：將1 號(hào)混合器出口至第1 級(jí)分配器入口的D273 mm× 10 mm 管道更換為D219 mm×10 mm 管道，分配器后面出來(lái)的2 路D159 mm× 8 mm 管道不動(dòng)，至1、4 號(hào)料腿正中間上方后彎轉(zhuǎn)向下，與1、4 號(hào)料腿的給料點(diǎn)連接，即1 號(hào)石灰石給料線只供1、4 號(hào)料腿， 形成1 號(hào)與4 號(hào)以中心線對(duì)稱布置； 而將2 號(hào)混合器出口至4 個(gè)料腿的所有管道全部廢除，混合器旋轉(zhuǎn)180°后，重新鋪設(shè)D219 mm× 10 mm 管道直至2、3 號(hào)料腿正中間上方， 變徑為2 路D159 mm×8 mm 分管與2、3 號(hào)料腿的給料點(diǎn)相連接，即2 號(hào)石灰石給料線只供2、3 號(hào)料腿，形成2 號(hào)與3 號(hào)以中心線對(duì)稱布置， 實(shí)現(xiàn)了單線2 點(diǎn)給粉的目的（見(jiàn)圖2）。

4.2 改造效果

系統(tǒng)完全改造后再次進(jìn)行試運(yùn)行， 空載時(shí)母管壓力降為9～10 kPa，1 號(hào)線比2 號(hào)線的空載壓力稍低1 kPa 左右，表明管道損失大幅下降；而在徹底取消程控后投粉試運(yùn)行， 母管壓力隨旋轉(zhuǎn)給料閥轉(zhuǎn)速的上升而平穩(wěn)升高，全線管道無(wú)積粉現(xiàn)象，母管壓力數(shù)值始終比旋轉(zhuǎn)給料閥轉(zhuǎn)速的百分比數(shù)值低， 在相同的轉(zhuǎn)速下2 號(hào)線又比1 號(hào)線的壓力稍高2 kPa 左右。為了摸清改造后的極限值，在監(jiān)視母管壓力的同時(shí)逐步提高旋轉(zhuǎn)給料閥轉(zhuǎn)速，1 號(hào)0 線在旋轉(zhuǎn)給料閥轉(zhuǎn)速超過(guò)60%以后母管壓力開(kāi)始劇烈擺動(dòng)，表明管道內(nèi)出現(xiàn)積粉； 而2 號(hào)線在旋轉(zhuǎn)給料閥轉(zhuǎn)速超過(guò) 55%以后母管壓力開(kāi)始劇烈擺動(dòng)， 這是因?yàn)? 號(hào)線比1 號(hào)線管路要長(zhǎng)1/3 左右， 管道損失比1 號(hào)線要大，其空載壓力和運(yùn)行壓力都要比1 號(hào)線稍高，積粉出現(xiàn)也就相對(duì)較早。經(jīng)試驗(yàn)最終確認(rèn)改造后旋轉(zhuǎn)給料閥可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速為變頻器輸出 50%，對(duì)應(yīng)的母管壓力為40～50 kPa。

隨后又對(duì)6 號(hào)爐石灰石二級(jí)輸送系統(tǒng)進(jìn)行了不同轉(zhuǎn)速下的出力試驗(yàn)（見(jiàn)表1）。

數(shù)據(jù)表明當(dāng)旋轉(zhuǎn)給料閥變頻器輸出在50%時(shí)雙線出力高達(dá)33 t/h， 石灰石粉的相對(duì)體積質(zhì)量按 1.3 計(jì)算；而在40%下雙線出力即可滿足24.6 t/h 的設(shè)計(jì)出力。

為了摸清真正的脫硫效果，專門進(jìn)行了脫硫效率試驗(yàn)， 經(jīng)試驗(yàn)證明在正常的燃用煤種情況下，其含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎是設(shè)計(jì)煤種的2 倍，而鍋爐設(shè)計(jì)的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)為：在75%負(fù)荷且燃用含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.72%的設(shè)計(jì)煤種時(shí)， 脫硫效率大于90%，煙氣排放的SO2 質(zhì)量濃度小于76 mg/L， 從表中數(shù)據(jù)可看出，實(shí)際的煙氣排放指標(biāo)完全達(dá)到甚至超過(guò)環(huán)保設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 但石灰石的用量比設(shè)計(jì)用量要大1 倍多（見(jiàn)表2）。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐表明，石灰石系統(tǒng)正常投入后，除了SO2 排放環(huán)保達(dá)標(biāo)外，還具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定床壓、控制床溫、改善流化狀況、防止回料腿結(jié)焦以及滅火后的快速恢復(fù)。但也暴露出一些問(wèn)題，如：設(shè)計(jì)煤種的選擇， 含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低直接關(guān)系著石灰石粉的用量， 二者成正比； 石灰石品種的選擇， CaO 活性的高低與石灰石粉的用量成反比， 而上面 2 個(gè)因素又決定著石灰石系統(tǒng)一、二級(jí)出力的設(shè)計(jì)，一級(jí)出力又必須大于二級(jí)；加入的石灰石粉，經(jīng)過(guò)脫硫反應(yīng)，大約增加了相當(dāng)于加入總量2/3 的底渣，需由排渣系統(tǒng)排出， 而底渣量的增加對(duì)排渣系統(tǒng)又是一個(gè)考驗(yàn)， 常規(guī)的風(fēng)水聯(lián)合型冷渣器根本無(wú)法滿足運(yùn)行需要，必須改進(jìn)；石灰石粉的粒度分布也對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，過(guò)細(xì)則未及反應(yīng)即被煙氣帶走浪費(fèi)掉，白白消耗用量，過(guò)粗則加重管道磨損，加速在管道內(nèi)沉積，降低系統(tǒng)出力。

參考文獻(xiàn)：

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