引言

某電廠4×200MM機(jī)組鍋爐采用中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所和上海鍋爐廠合作研制的超高壓、自然循環(huán)、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣循環(huán)流化床鍋爐,型號(hào)為ws-690/13.7-M451。鍋爐原有爐內(nèi)脫硫石灰石輸送系統(tǒng)為上海中芬電氣工程有限公司設(shè)計(jì)制造,設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)出力為6t/G。鍋爐設(shè)計(jì)有石灰石粉倉(cāng)和石灰石氣力輸送系統(tǒng),石灰石輸送系統(tǒng)采用正壓稀相氣力輸送方式,由于鍋爐燃燒煤種含硫量高,現(xiàn)有的脫硫系統(tǒng)無(wú)法滿足排放濃度環(huán)保新要求。

為了保證石灰石系統(tǒng)穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行,滿足環(huán)保排放新要求,電廠實(shí)施了鍋爐脫硫石灰石輸送系統(tǒng)的改造,改造保留原石灰石粉倉(cāng),將原石灰石粉倉(cāng)的下料口由原來(lái)的單下料口擴(kuò)口改造為褲衩型雙下料口,并分別在兩個(gè)下料口各布置了一套給料機(jī)出力為15t/G的石灰石輸送系統(tǒng)(系統(tǒng)包含進(jìn)氣系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等)。在鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中,石灰石粉倉(cāng)的石灰石粉通過(guò)重力進(jìn)入石灰石輸送系統(tǒng)的倉(cāng)泵,通過(guò)兩個(gè)倉(cāng)泵交替進(jìn)料,將石灰石粉通過(guò)變頻給料機(jī)和氣力輸送管線輸送至鍋爐前后墻附近,然后通過(guò)各支路分別從爐后分離器回料閥和前墻二次風(fēng)口噴入爐膛內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)噴鈣脫硫的目的。石灰石輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)改造對(duì)原粉庫(kù)增加氣化加熱系統(tǒng),石灰石系統(tǒng)輸送流程如圖2所示。

石灰石輸送系統(tǒng)改造的系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中,在機(jī)組高負(fù)荷狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)的石灰石輸送系統(tǒng)控制流程無(wú)法滿足系統(tǒng)輸送的出力,影響鍋爐的整體脫硫效率和環(huán)保排放,為最大限度提高石灰石輸送系統(tǒng)設(shè)備的出力,通過(guò)對(duì)石灰石輸送系統(tǒng)原控制流程的優(yōu)化,縮短輸送系統(tǒng)注料控制步序的循環(huán)運(yùn)行時(shí)間,從而提高石灰石系統(tǒng)的整體輸送出力,確保鍋爐的整體脫硫效率和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放,使機(jī)組發(fā)電生產(chǎn)更加安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)。

1石灰石輸送系統(tǒng)工作原理

石灰石輸送系統(tǒng)的石灰石粉料采用正壓稀相氣力輸送方式,輸送氣源來(lái)自專用輸送空壓機(jī)。一般由粉罐車通過(guò)氣力輸送方式將石灰石粉由粉倉(cāng)的進(jìn)料管道輸送到粉倉(cāng),石灰石粉倉(cāng)頂部配備有除塵風(fēng)機(jī)為粉倉(cāng)維持壓力平衡,并實(shí)現(xiàn)粉倉(cāng)除塵,粉倉(cāng)作用主要是存儲(chǔ)石灰石粉。改造后的石灰石輸送系統(tǒng)(以單側(cè)為例)由共用粉倉(cāng)、兩個(gè)壓力容器、一個(gè)容積式給料器和壓縮空氣配氣組件構(gòu)成,結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中容積式給料器通過(guò)齒輪箱由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)速度來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)備出力。兩個(gè)壓力容器垂直布置,上邊的稱為收料泵,下邊的叫給料泵,每個(gè)泵的進(jìn)口裝氣動(dòng)圓頂閥,通過(guò)給圓頂閥密封膠圈充氣,從而實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密密封。該系統(tǒng)在正常情況下連續(xù)運(yùn)行,物料輸送時(shí),給料泵將被充氣加壓,而收料泵的作用是依據(jù)料位信號(hào)連續(xù)、及時(shí)地將石灰石物料注入給料泵中,并把具有輸送壓力的給料泵和石灰石粉倉(cāng)相互隔離,防止輸送壓縮空氣串入粉倉(cāng),從而保證物料連續(xù)被輸送到回料閥和爐膛中。

2石灰石程控控制步序的改進(jìn)

2.1原石灰石輸送系統(tǒng)注料程控步序

原石灰石輸送系統(tǒng)注料程控步序的初始狀態(tài):收料泵圓頂閥處于關(guān)閉狀態(tài),收料泵處于空倉(cāng)狀態(tài)。

當(dāng)給料泵內(nèi)部的音叉式低料位開(kāi)關(guān)未被石灰石覆蓋而被觸發(fā)料位低時(shí),石灰石給料過(guò)程按照如下方式開(kāi)始:打開(kāi)收料泵排氣圓頂閥進(jìn)行排氣,收料泵內(nèi)壓力逐漸開(kāi)始下降,收料泵內(nèi)余壓氣體被排出,當(dāng)余壓排放壓力達(dá)到低限收料泵入口圓頂閥打開(kāi),石灰石粉料依靠重力由石灰石粉倉(cāng)落入收料倉(cāng)泵內(nèi)。當(dāng)收料倉(cāng)泵頂部的音叉式高料位開(kāi)關(guān)觸發(fā)或當(dāng)設(shè)定的進(jìn)料定時(shí)器計(jì)時(shí)完成,收料泵的入口圓頂閥關(guān)閉,同時(shí)排氣圓頂閥關(guān)閉,然后打開(kāi)收料泵的壓力均衡閥,此時(shí)收料泵內(nèi)壓力開(kāi)始上升。當(dāng)收料泵內(nèi)壓力大于或接近給料泵的壓力時(shí),收料泵的壓力均衡閥關(guān)閉。此時(shí)給料泵的平衡閥打開(kāi),給料泵上部壓縮空氣通過(guò)平衡閥返回收料泵,然后給料泵入口圓頂閥打開(kāi),石灰石粉料依靠重力從收料泵落入給料泵。當(dāng)石灰石進(jìn)料達(dá)到預(yù)先設(shè)定的進(jìn)料時(shí)間后,則石灰石粉料由收料泵落入給料泵的過(guò)程結(jié)束,此時(shí)收料泵的壓力均衡閥、給料泵的入口圓頂閥以及平衡圓頂閥同時(shí)關(guān)閉。當(dāng)給料泵圓頂閥關(guān)閉并達(dá)到密封,則一次石灰石注料過(guò)程完成,石灰石通過(guò)給料泵底部的變頻給料機(jī)輸送至輸送管路,當(dāng)給料泵的低料開(kāi)關(guān)位信號(hào)重新觸發(fā)后,系統(tǒng)進(jìn)行下一個(gè)新的注料循環(huán)。

石灰石的具體程控步序如下:

步序I:當(dāng)給料泵的低料位信號(hào)被觸發(fā)時(shí),收料泵的排氣閥帶電打開(kāi),同時(shí)排氣定時(shí)器(I0s)和填料循環(huán)監(jiān)視定時(shí)器(I40s)將開(kāi)始計(jì)時(shí),收料泵中的壓力逐漸開(kāi)始下降。

步序2:當(dāng)收料泵的壓力下降到低于定值0.2bar(g)并且設(shè)定的排氣定時(shí)時(shí)間到,收料泵的進(jìn)口圓頂閥將帶電打開(kāi),同時(shí)收料泵的壓力均衡閥也將得電打開(kāi),此時(shí)收料泵的填料定時(shí)器(30s)將開(kāi)始計(jì)時(shí),物料將通過(guò)重力由石灰石粉倉(cāng)落入收料泵中。

步序3:當(dāng)收料泵頂部的音叉式高料位開(kāi)關(guān)被石灰石粉覆蓋,或當(dāng)收料泵的填料定時(shí)器完成,收料泵的進(jìn)口圓頂閥和排氣圓頂閥失電分別關(guān)閉后,收料泵壓力均衡閥打開(kāi),收料泵的壓力將開(kāi)始上升。

步序4:當(dāng)收料泵中的壓力大于等于給料泵中的壓力時(shí),收料泵的壓力均衡閥將失電而關(guān)閉,給料泵的進(jìn)口圓頂閥得電而打開(kāi),同時(shí)給料泵進(jìn)口圓頂閥的進(jìn)料定時(shí)器(30s)將開(kāi)始計(jì)時(shí),石灰石粉料將通過(guò)重力由收料泵落入給料泵中。

步序5:給料泵的進(jìn)口圓頂閥打開(kāi)后,收料泵的壓力均衡閥和給料泵平衡閥將分別打開(kāi)。

步序6:當(dāng)給料泵進(jìn)口圓頂閥的進(jìn)料定時(shí)器計(jì)時(shí)完成,收料泵壓力均衡閥、給料泵進(jìn)口圓頂閥和給料泵平衡閥將分別關(guān)閉。

步序7:當(dāng)給料泵進(jìn)口圓頂閥和平衡閥被關(guān)閉后,循環(huán)復(fù)位時(shí)間(3s)將開(kāi)始計(jì)時(shí)。

步序8:當(dāng)循環(huán)復(fù)位定時(shí)器已完成,填料循環(huán)將被完成。

原石灰石輸送系統(tǒng)注料程控步序存在的問(wèn)題:從上面的控制步序可以看出,當(dāng)一個(gè)注料循環(huán)程序控制完成以后,石灰石輸送注料系統(tǒng)回到初始狀態(tài),系統(tǒng)處于等待狀態(tài),此時(shí)收料泵圓頂閥關(guān)閉,收料泵為空的狀態(tài),如果此時(shí)給料泵料位低信號(hào)觸發(fā),收料泵開(kāi)始執(zhí)行收料泵進(jìn)料步序,然后才執(zhí)行給料泵的進(jìn)料步序。在鍋爐脫硫石灰石用量大,石灰石給料機(jī)出力較大的情況下,給料泵料位低信號(hào)觸發(fā)后,如按照原控制步序就不能及時(shí)執(zhí)行給料泵的進(jìn)料步序進(jìn)行補(bǔ)料,會(huì)導(dǎo)致給料泵因料位低而斷料,從而影響輸送系統(tǒng)的整體出力,最終引起石灰石輸送系統(tǒng)爐內(nèi)噴鈣中斷而影響鍋爐的整體脫硫和環(huán)保排放。

2.2石灰石輸送系統(tǒng)注料程控步序的優(yōu)化

為了縮短系統(tǒng)注料循環(huán)運(yùn)行時(shí)間,提高系統(tǒng)的整體輸送出力,避免發(fā)生石灰石斷料情況,結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際控制流程對(duì)原設(shè)計(jì)的石灰石注料控制步序進(jìn)行優(yōu)化,縮短石灰石輸送系統(tǒng)注料控制步序的循環(huán)運(yùn)行時(shí)間。

通過(guò)對(duì)原石灰石注料程控步序的分析,在給料泵料位低信號(hào)觸發(fā)后,要想及時(shí)對(duì)給料泵進(jìn)行補(bǔ)料,防止系統(tǒng)斷料,那么必須首先執(zhí)行給料泵的進(jìn)料步序而非收料泵的進(jìn)料步序,這樣的話前提是收料泵內(nèi)必須有料,這就需要在給料泵低料位信號(hào)未觸發(fā)時(shí)就提前執(zhí)行收料泵的進(jìn)料程序,從而將石灰石系統(tǒng)的注料程序控制優(yōu)化為:在石灰石輸送系統(tǒng)注料程控步序的初始狀態(tài),收料泵圓頂閥關(guān)閉,應(yīng)使收料泵保持在高料位的狀態(tài)。此時(shí)當(dāng)給料泵內(nèi)的低料位開(kāi)關(guān)低信號(hào)被觸發(fā),注料程控步序按照如下方式開(kāi)始:給料泵的平衡閥打開(kāi),給料泵上部的壓縮空氣通過(guò)平衡閥進(jìn)入收料泵,當(dāng)兩側(cè)壓力差達(dá)到設(shè)定值,則給料泵入口圓頂閥打開(kāi),處于高料位的收料泵內(nèi)的石灰石粉料依靠重力從收料泵落入給料泵。同時(shí)為了更好地落料,此時(shí)應(yīng)開(kāi)啟收料泵壓力均衡閥。當(dāng)落料時(shí)間達(dá)到預(yù)先定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間之后,視石灰石粉料由收料泵注入給料泵的過(guò)程結(jié)束,此時(shí)關(guān)閉收料泵的壓力均衡閥、給料泵的入口圓頂閥及平衡圓頂閥。當(dāng)給料泵圓頂閥關(guān)閉達(dá)到密封壓力,給料泵進(jìn)料過(guò)程完成。此時(shí)作為優(yōu)化重點(diǎn),在收料泵內(nèi)物料排空的狀態(tài),高料位開(kāi)關(guān)信號(hào)消失,打開(kāi)收料泵排氣圓頂閥,收料泵內(nèi)壓力開(kāi)始下降,收料泵內(nèi)余壓氣體排出,余壓排放完畢達(dá)到設(shè)定壓力,則收料泵入口圓頂閥打開(kāi),石灰石粉料依靠重力再次由石灰石粉倉(cāng)落入收料泵內(nèi)。此時(shí)當(dāng)收料泵高料位開(kāi)關(guān)信號(hào)觸發(fā)或填料定時(shí)器計(jì)時(shí)已完成,收料泵的入口圓頂閥關(guān)閉,并關(guān)閉排氣圓頂閥。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到收料泵的壓力均衡閥、給料泵的進(jìn)口圓頂閥及平衡閥關(guān)閉后,石灰石的一次石灰石注料過(guò)程完成,當(dāng)給料泵低料位開(kāi)關(guān)信號(hào)重新觸發(fā)后,則進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

具體優(yōu)化控制步序如下:

步序I:當(dāng)給料泵的低料位信號(hào)被觸發(fā)時(shí),收料泵壓力均衡閥打開(kāi),收料泵的壓力開(kāi)始上升。

步序2:當(dāng)收料泵中的壓力大于或接近給料泵中的壓力時(shí)(30kPa),收料泵的壓力均衡閥程控關(guān)閉,給料泵的平衡閥程控打開(kāi)。

步序3:給料泵的平衡閥程控被打開(kāi)后,給料泵的進(jìn)口圓頂閥和收料泵的壓力均衡排氣閥分別打開(kāi),給料泵進(jìn)料定時(shí)器(50s)將開(kāi)始計(jì)時(shí),石灰石粉料依靠重力將由收料泵落入給料泵倉(cāng)泵中。

步序4:當(dāng)給料泵填料定時(shí)器已完成,收料泵壓力均衡閥、給料泵進(jìn)口圓頂閥和給料泵平衡閥分別關(guān)閉。

步序5:當(dāng)收料泵壓力均衡閥、給料泵進(jìn)口圓頂閥和給料泵平衡閥關(guān)閉后,收料泵的排氣閥打開(kāi),同時(shí)排氣閥的定時(shí)器(10s)計(jì)時(shí)開(kāi)始,收料泵中的倉(cāng)泵壓力將下降。

步序6:當(dāng)收料泵的倉(cāng)泵壓力下降到小于20kPa或排氣的定時(shí)器計(jì)時(shí)到后,收料泵的進(jìn)口圓頂閥程控打開(kāi),倉(cāng)泵進(jìn)料定時(shí)器(10s)將開(kāi)始計(jì)時(shí),石灰石粉料將由石灰石粉倉(cāng)進(jìn)入收料泵中。

步序7:當(dāng)收料泵的高料位開(kāi)關(guān)被石灰石粉覆蓋,或進(jìn)料定時(shí)器計(jì)時(shí)完成,收料泵的入口圓頂閥和排氣圓頂閥將分別關(guān)閉,在收料泵的進(jìn)口圓頂閥與排氣圓頂閥分別關(guān)閉后,系統(tǒng)循環(huán)復(fù)位時(shí)間(3s)將開(kāi)始計(jì)時(shí)。

步序8:當(dāng)循環(huán)復(fù)位定時(shí)器已完成,填料循環(huán)將被完成。

3程控控制步序改進(jìn)后的效果

通過(guò)對(duì)鍋爐爐內(nèi)脫硫石灰石輸送系統(tǒng)控制流程的優(yōu)化,可以有效縮短給料泵料位低狀態(tài)下給料泵的補(bǔ)料進(jìn)料時(shí)間,并充分利用給料泵補(bǔ)充進(jìn)料后系統(tǒng)的循環(huán)等待時(shí)間,提前執(zhí)行注料控制步序中的收料泵進(jìn)料步序,縮短系統(tǒng)注料控制步序的整體循環(huán)運(yùn)行時(shí)間,從而保證在給料泵料位低信號(hào)觸發(fā)時(shí)及時(shí)對(duì)給料泵進(jìn)行補(bǔ)料,提高石灰石輸送系統(tǒng)的整體輸送出力,確保石灰石輸送系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性,從而提高爐內(nèi)脫硫效率,降低s02排放濃度,使機(jī)組發(fā)電生產(chǎn)更加安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)。

石灰石輸送注料控制步序前后效果比較如圖4所示。

4結(jié)語(yǔ)

電廠#1、#2、#3、#4機(jī)組CFB鍋爐脫硫石灰石輸送系統(tǒng)均按上述技術(shù)優(yōu)化方案實(shí)施了控制優(yōu)化,目前系統(tǒng)運(yùn)行正常,各臺(tái)鍋爐石灰石輸送系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好,四臺(tái)鍋爐在額定工況下均能保證脫硫石灰石輸送系統(tǒng)的輸送出力,鍋爐so2排放均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。