摘要：闡述300MW 循環流化床鍋爐機組的二級石灰石系統原始設計的目的及運行方式。在試運期間發現此系統存在： 管道積粉、母管空載壓力高、程控時經常斷粉等問題， 導致二級石灰石系統無法正常運行，環保脫硫也無法投入。為了環保達標排放， 必須對二級石灰石系統進行改造， 為此針對試運過程中發現的3個關鍵問題進行研究， 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， 方案實施后系統運行平穩， 最大出力高于設計值， 脫硫效率、煙氣排放指標全部達標，取得了很好的改造效果。

      0 引言

      電廠燃煤鍋爐在運行過程中會產生大量SO2，必須采取措施以減少其排入大氣的SO2 數量， 為此產生了煙氣脫硫與燃燒脫硫2 種方法， 而通過燃燒控制SO2 的排放則首推循環流化床鍋爐， 此爐型通過控制燃燒溫度使SO2 能與加入爐內的石灰石進行化學反應生成CaSO4 進而達到脫硫的效果， 屬于低溫燃燒類型， 爐內燃燒溫度選擇的是位于大多數天然石灰石進行最佳脫硫反應的溫度區間內， 因而理論上具有很高的脫硫效率。文中討論的是秦皇島發電有限責任公司2 臺 300 MW 循環流化床鍋爐機組的石灰石二級系統在實際運行過程中由于系統設計、施工、調試等方面的原因而引起的達不到脫硫標準要求的問題， 以及如何進行有針對性改造使之最終實現脫硫的目的。

      1 系統簡介

      秦皇島發電有限責任公司2 臺循環流化床鍋爐機組的石灰石系統設計為二級輸送， 外購成品石灰石粉儲存于一級石灰石粉庫中， 通過倉泵進行氣力輸送至二級石灰石粉倉中， 一級庫及相應的氣力輸送系統構成了一級輸送； 由二級粉倉及其相應的氣力輸送系統構成了二級輸送。

      1.1 原設計系統

      每臺鍋爐原設計為石灰石二級粉倉1 個； 二級給料系統2 套，設計為一運一備。每套包括：緩沖倉、給料倉、旋轉給料閥、混合器、風機、管道、閥門等，石灰石粉二級輸送系統的原設計最大輸送能力不小于 24.6 t/h。整套系統的出力是按鍋爐燃用含硫質量分數為0.75%的煤種設計的， 在滿負荷狀態下且燃用設計煤種時石灰石的耗用量設計為10.2 t/h。石灰石二級輸送系統原始設計見圖1。

      1.2 給粉方式

      石灰石粉經二級粉倉、緩沖倉、給料倉、由旋轉給料閥送入混合器進行氣粉混合， 后經2 次變徑后到達各料腿給料點，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， 即單線4 點給粉方式。

      1.3 管路布置方式

      在單線4 點給粉方式下， 為了保證各給料點給料量的一致、各管段的壓力平衡、支路風量分布均勻，需要采取相對復雜的管道布置，力求保證到各個給料點的管道口徑相同、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 個給料點的管道整體以鍋爐左、右爐膛的中心線為基準對稱，而4 個給料點的管道則分別為：1 號與2 號、3 號與4 號圍繞各自3 個的中心線對稱。

      1.4 流程控制

      原設計從二級粉倉下料到旋轉給料閥采用程序控制，關鍵流程為：首先打開緩沖倉的進料閥，石灰石粉從二級粉倉進入到緩沖倉，30 s 后關閉，緩沖倉進料結束；然后打開給料倉的進料閥，石灰石粉從緩沖倉進入到給料倉，20 s 后關閉， 給料倉進料結束；再次啟動緩沖倉進料；依次循環進行，旋轉給料閥則不停地將給料倉中的石灰石粉送入混合器。設計如此的下粉程控， 其目的在于將二級粉倉與母管之間形成隔絕狀態， 防止母管內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出力。

      2 存在的問題

      在分部調試過程中，風機、閥門、程序控制的運行均正常，管路系統通暢，為整體試運行奠定了基礎。但在投粉的試運過程中逐步發現系統存在3 個關鍵問題， 制約著整個系統的正常運行：（1）在混合器至第1 次變徑前的D273 mm 母管中積粉現象嚴重，母管壓力瞬間可達90～100 kPa，存在堵死的危險，無法正常運行。（2）相對于管道2 次變徑、單線4 點給粉的系統來說，管道能量損失較大，空載時母管壓力高達20 kPa 以上， 嚴重制約著系統的出力。（3）發現當旋轉給料閥的變頻器輸出超過 30%（50 Hz 時為100%）以后，程控下粉量不足，導致給料倉經常斷粉，母管壓力擺動劇烈，低者降為空載風壓， 經多次調整程控時間間隔并反復試驗效果均不理想，系統出力嚴重受阻，達不到脫硫指標要求。

      3 原因分析及改造方向

      3.1 積粉問題

      針對第1 個問題，從風機、管路、系統出力等的設計入手，著重于管路口徑與風機出力的匹配性，在現有風機風量的基礎上重新核算各段管路內的介質流速， 經計算在D273 mm、D159 mm、D108 mm 3 個管段流速分別為14、21、22 m/s 3 個等級。這樣使 D273 mm 的管道內流速最慢，而14 m/s 的設計流速達不到19 m/s 的送粉標準，導致該管段內的石灰石粉無法形成正常的流化狀態， 石灰石粉中較大的顆粒都沉積在此段管道中。經過一段時間運行后沉積的石灰石粉逐漸將D273 mm 管道堵塞，導致母管壓力瞬間升高。基于現有風量計算出能滿足19 m/s 流速的管道口徑為D234 mm×10 mm，同時又要考慮留有一定的裕度， 為此將管道選為D219 mm×10 mm，經計算此管道內流速可達21 m/s，完全可滿足要求。

      3.2 給粉方式

      針對第2 個問題，經討論認為采用單線4 點給粉的方式導致管道布置復雜、管線較長、沿程阻力較大，風機出力無法滿足系統出力的要求。而在維持現有風機不變的前提下， 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 點給粉變為單線2 點給粉以簡化管道布置、縮短管線長度、降低沿程阻力，達到適當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 個問題，經過較長時間的觀察，發現6 號鍋爐2 號線下料非常順暢，極少間斷，而1、2 號線的區別在于：由于2 號線給料倉進料閥裝反了，導致閥門實際狀態與程控指令完全相反，程控受阻，而重裝閥門比較麻煩，為了盡快摸清系統存在的問題，對此問題采取了一個臨時措施，人為地將此閥門打開，屏蔽掉其相關的程控邏輯， 其結果是只有緩沖倉自己在走程控，循環速度快，供料充足；而1 號線走全部的程控，循環速度相對較慢，粉料流動性不好，導致下料間斷。受2 號線啟發，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料閥，使二級倉內的石灰石粉能夠自然向下流動起來， 此后雙線運行都非常平穩，再未出現下料間斷現象，母管壓力隨轉速平穩變化。

      對于設計中擔心的返風卸壓問題， 通過以下2 點即可完全避免： 一是使二級粉倉始終保持一定的料位， 經過實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行封閉而無法返風； 二是待二級粉倉有一定料位后再將進料閥打開下粉，二級粉倉空倉前關閉進料閥， 也就實現了與母管隔離的目的。