摘要：闡述300MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的二級石灰石系統(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)常斷粉等問題， 導(dǎo)致二級石灰石系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，環(huán)保脫硫也無法投入。為了環(huán)保達(dá)標(biāo)排放， 必須對二級石灰石系統(tǒng)進(jìn)行改造， 為此針對試運(yùn)過程中發(fā)現(xiàn)的3個(gè)關(guān)鍵問題進(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。

      0 引言

      電廠燃煤鍋爐在運(yùn)行過程中會產(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， 而通過燃燒控制SO2 的排放則首推循環(huán)流化床鍋爐， 此爐型通過控制燃燒溫度使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 300 MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的石灰石二級系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中由于系統(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)要求的問題， 以及如何進(jìn)行有針對性改造使之最終實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。

      1 系統(tǒng)簡介

      秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司2 臺循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的石灰石系統(tǒng)設(shè)計(jì)為二級輸送， 外購成品石灰石粉儲存于一級石灰石粉庫中， 通過倉泵進(jìn)行氣力輸送至二級石灰石粉倉中， 一級庫及相應(yīng)的氣力輸送系統(tǒng)構(gòu)成了一級輸送； 由二級粉倉及其相應(yīng)的氣力輸送系統(tǒng)構(gòu)成了二級輸送。

      1.1 原設(shè)計(jì)系統(tǒng)

      每臺鍋爐原設(shè)計(jì)為石灰石二級粉倉1 個(gè)； 二級給料系統(tǒng)2 套，設(shè)計(jì)為一運(yùn)一備。每套包括：緩沖倉、給料倉、旋轉(zhuǎn)給料閥、混合器、風(fēng)機(jī)、管道、閥門等，石灰石粉二級輸送系統(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。石灰石二級輸送系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)見圖1。

      1.2 給粉方式

      石灰石粉經(jīng)二級粉倉、緩沖倉、給料倉、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、管線長度相同，因此只能采用對稱的管道布置方式。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)對稱，而4 個(gè)給料點(diǎn)的管道則分別為：1 號與2 號、3 號與4 號圍繞各自3 個(gè)的中心線對稱。

      1.4 流程控制

      原設(shè)計(jì)從二級粉倉下料到旋轉(zhuǎn)給料閥采用程序控制，關(guān)鍵流程為：首先打開緩沖倉的進(jìn)料閥，石灰石粉從二級粉倉進(jìn)入到緩沖倉，30 s 后關(guān)閉，緩沖倉進(jìn)料結(jié)束；然后打開給料倉的進(jìn)料閥，石灰石粉從緩沖倉進(jìn)入到給料倉，20 s 后關(guān)閉， 給料倉進(jìn)料結(jié)束；再次啟動(dòng)緩沖倉進(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， 其目的在于將二級粉倉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粉倉中，從而引起母管卸壓并降低系統(tǒng)出力。

      2 存在的問題

      在分部調(diào)試過程中，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)過程中逐步發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在3 個(gè)關(guān)鍵問題， 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)，無法正常運(yùn)行。（2）相對于管道2 次變徑、單線4 點(diǎn)給粉的系統(tǒng)來說，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 30%（50 Hz 時(shí)為100%）以后，程控下粉量不足，導(dǎo)致給料倉經(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 積粉問題

      針對第1 個(gè)問題，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。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

      針對第2 個(gè)問題，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、沿程阻力較大，風(fēng)機(jī)出力無法滿足系統(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)給粉以簡化管道布置、縮短管線長度、降低沿程阻力，達(dá)到適當(dāng)提高單線出力的目的。為此將二級變徑改為一級變徑， 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 下粉問題

      針對第3 個(gè)問題，經(jīng)過較長時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)6 號鍋爐2 號線下料非常順暢，極少間斷，而1、2 號線的區(qū)別在于：由于2 號線給料倉進(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)存在的問題，對此問題采取了一個(gè)臨時(shí)措施，人為地將此閥門打開，屏蔽掉其相關(guān)的程控邏輯， 其結(jié)果是只有緩沖倉自己在走程控，循環(huán)速度快，供料充足；而1 號線走全部的程控，循環(huán)速度相對較慢，粉料流動(dòng)性不好，導(dǎo)致下料間斷。受2 號線啟發(fā)，將1、2 號線的程控全部停掉，人為地常開緩沖倉和給料倉的進(jìn)料閥，使二級倉內(nèi)的石灰石粉能夠自然向下流動(dòng)起來， 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。

      對于設(shè)計(jì)中擔(dān)心的返風(fēng)卸壓問題， 通過以下2 點(diǎn)即可完全避免： 一是使二級粉倉始終保持一定的料位， 經(jīng)過實(shí)地觀察只需很低的料位即能依靠石灰石粉的重量對母管壓力進(jìn)行封閉而無法返風(fēng)； 二是待二級粉倉有一定料位后再將進(jìn)料閥打開下粉，二級粉倉空倉前關(guān)閉進(jìn)料閥， 也就實(shí)現(xiàn)了與母管隔離的目的。