300 MW循环流化床锅炉机组石灰石系统问题分析

      摘要：阐述300MW 循环流化床锅炉机组的二级石灰石系统原始设计的目的及运行方式。在试运期间发现此系统存在： 管道积粉、母管空载压力高、程控时经常断粉等问题， 导致二级石灰石系统无法正常运行，环保脱硫也无法投入。为了环保达标排放， 必须对二级石灰石系统进行改造， 为此针对试运过程中发现的3个关键问题进行研究， 并提出改变管径以解决管道积粉， 改变给粉方式以解决空载压力高， 取消程控以解决断粉等措施， 方案实施后系统运行平稳， 最大出力高于设计值， 脱硫效率、烟气排放指标全部达标，取得了很好的改造效果。

      0 引言

      电厂燃煤锅炉在运行过程中会产生大量SO2，必须采取措施以减少其排入大气的SO2 数量， 为此产生了烟气脱硫与燃烧脱硫2 种方法， 而通过燃烧控制SO2 的排放则首推循环流化床锅炉， 此炉型通过控制燃烧温度使SO2 能与加入炉内的石灰石进行化学反应生成CaSO4 进而达到脱硫的效果， 属于低温燃烧类型， 炉内燃烧温度选择的是位于大多数天然石灰石进行最佳脱硫反应的温度区间内， 因而理论上具有很高的脱硫效率。文中讨论的是秦皇岛发电有限责任公司2 台 300 MW 循环流化床锅炉机组的石灰石二级系统在实际运行过程中由于系统设计、施工、调试等方面的原因而引起的达不到脱硫标准要求的问题， 以及如何进行有针对性改造使之最终实现脱硫的目的。

      1 系统简介

      秦皇岛发电有限责任公司2 台循环流化床锅炉机组的石灰石系统设计为二级输送， 外购成品石灰石粉储存于一级石灰石粉库中， 通过仓泵进行气力输送至二级石灰石粉仓中， 一级库及相应的气力输送系统构成了一级输送； 由二级粉仓及其相应的气力输送系统构成了二级输送。

      1.1 原设计系统

      每台锅炉原设计为石灰石二级粉仓1 个； 二级给料系统2 套，设计为一运一备。每套包括：缓冲仓、给料仓、旋转给料阀、混合器、风机、管道、阀门等，石灰石粉二级输送系统的原设计最大输送能力不小于 24.6 t/h。整套系统的出力是按锅炉燃用含硫质量分数为0.75%的煤种设计的， 在满负荷状态下且燃用设计煤种时石灰石的耗用量设计为10.2 t/h。石灰石二级输送系统原始设计见图1。

      1.2 给粉方式

      石灰石粉经二级粉仓、缓冲仓、给料仓、由旋转给料阀送入混合器进行气粉混合， 后经2 次变径后到达各料腿给料点，混合器前、后管道为D273 mm× 10 mm，第1 次变径后为2 路D159 mm×8 mm 分管，到锅炉料腿附近再次变径为2 路D108 mm×8 mm 管道， 每路D273 mm×10 mm 母管最终分为4 路 D108 mm×8 mm 管道至各料腿给料点， 即单线4 点给粉方式。

      1.3 管路布置方式

      在单线4 点给粉方式下， 为了保证各给料点给料量的一致、各管段的压力平衡、支路风量分布均匀，需要采取相对复杂的管道布置，力求保证到各个给料点的管道口径相同、走向相同、管线长度相同，因此只能采用对称的管道布置方式。图1 中可清晰地看出从混合器出口后直至4 个给料点的管道整体以锅炉左、右炉膛的中心线为基准对称，而4 个给料点的管道则分别为：1 号与2 号、3 号与4 号围绕各自3 个的中心线对称。

      1.4 流程控制

      原设计从二级粉仓下料到旋转给料阀采用程序控制，关键流程为：首先打开缓冲仓的进料阀，石灰石粉从二级粉仓进入到缓冲仓，30 s 后关闭，缓冲仓进料结束；然后打开给料仓的进料阀，石灰石粉从缓冲仓进入到给料仓，20 s 后关闭， 给料仓进料结束；再次启动缓冲仓进料；依次循环进行，旋转给料阀则不停地将给料仓中的石灰石粉送入混合器。设计如此的下粉程控， 其目的在于将二级粉仓与母管之间形成隔绝状态， 防止母管内的压缩空气顶入二级粉仓中，从而引起母管卸压并降低系统出力。

      2 存在的问题

      在分部调试过程中，风机、阀门、程序控制的运行均正常，管路系统通畅，为整体试运行奠定了基础。但在投粉的试运过程中逐步发现系统存在3 个关键问题， 制约着整个系统的正常运行：（1）在混合器至第1 次变径前的D273 mm 母管中积粉现象严重，母管压力瞬间可达90～100 kPa，存在堵死的危险，无法正常运行。（2）相对于管道2 次变径、单线4 点给粉的系统来说，管道能量损失较大，空载时母管压力高达20 kPa 以上， 严重制约着系统的出力。（3）发现当旋转给料阀的变频器输出超过 30%（50 Hz 时为100%）以后，程控下粉量不足，导致给料仓经常断粉，母管压力摆动剧烈，低者降为空载风压， 经多次调整程控时间间隔并反复试验效果均不理想，系统出力严重受阻，达不到脱硫指标要求。

      3 原因分析及改造方向

      3.1 积粉问题

      针对第1 个问题，从风机、管路、系统出力等的设计入手，着重于管路口径与风机出力的匹配性，在现有风机风量的基础上重新核算各段管路内的介质流速， 经计算在D273 mm、D159 mm、D108 mm 3 个管段流速分别为14、21、22 m/s 3 个等级。这样使 D273 mm 的管道内流速最慢，而14 m/s 的设计流速达不到19 m/s 的送粉标准，导致该管段内的石灰石粉无法形成正常的流化状态， 石灰石粉中较大的颗粒都沉积在此段管道中。经过一段时间运行后沉积的石灰石粉逐渐将D273 mm 管道堵塞，导致母管压力瞬间升高。基于现有风量计算出能满足19 m/s 流速的管道口径为D234 mm×10 mm，同时又要考虑留有一定的裕度， 为此将管道选为D219 mm×10 mm，经计算此管道内流速可达21 m/s，完全可满足要求。

      3.2 给粉方式

      针对第2 个问题，经讨论认为采用单线4 点给粉的方式导致管道布置复杂、管线较长、沿程阻力较大，风机出力无法满足系统出力的要求。而在维持现有风机不变的前提下， 就只能在给粉方式、管道布置方面做文章，为此提出将单线4 点给粉变为单线2 点给粉以简化管道布置、缩短管线长度、降低沿程阻力，达到适当提高单线出力的目的。为此将二级变径改为一级变径， 取消D108 mm 管道，用D159 mm×8 mm 管道与D219 mm×10 mm 母管相匹配，这样全线内流速均为21m/s 左右，能够满足要求。

      3.3 下粉问题

      针对第3 个问题，经过较长时间的观察，发现6 号锅炉2 号线下料非常顺畅，极少间断，而1、2 号线的区别在于：由于2 号线给料仓进料阀装反了，导致阀门实际状态与程控指令完全相反，程控受阻，而重装阀门比较麻烦，为了尽快摸清系统存在的问题，对此问题采取了一个临时措施，人为地将此阀门打开，屏蔽掉其相关的程控逻辑， 其结果是只有缓冲仓自己在走程控，循环速度快，供料充足；而1 号线走全部的程控，循环速度相对较慢，粉料流动性不好，导致下料间断。受2 号线启发，将1、2 号线的程控全部停掉，人为地常开缓冲仓和给料仓的进料阀，使二级仓内的石灰石粉能够自然向下流动起来， 此后双线运行都非常平稳，再未出现下料间断现象，母管压力随转速平稳变化。

      对于设计中担心的返风卸压问题， 通过以下2 点即可完全避免： 一是使二级粉仓始终保持一定的料位， 经过实地观察只需很低的料位即能依靠石灰石粉的重量对母管压力进行封闭而无法返风； 二是待二级粉仓有一定料位后再将进料阀打开下粉，二级粉仓空仓前关闭进料阀， 也就实现了与母管隔离的目的。