论文-440th 超高压再热 CFB 锅炉强化防磨的必要性及防磨技术特点

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石灰石制粉输送系统常见故障及对策涂永（镇海炼化公司公用工程部）摘要：通过总结镇海炼化第二热电站石灰石制粉输送系统开工以来的运行经验，列举了常见的故障现象，深入分析了产生故障的原因，并在此基础上有针对性地提出了解决措施。通过实施改造，大大降低了故障率，取得了非常明显的效果。关键词：管壁磨损进料时间一、二气配比控制程序1前言镇海炼化公司公用工程部第二热电站现有两台220t/h的CFB锅炉，是引进美国FosterWheeler公司的全烧石油焦的环保锅炉，2002年10月该电站2#CFB锅炉还创下了连续运行385天的同类型锅炉世界最好成绩，为公司创造了巨大的经济效益和社会效益。石灰石在锅炉运行中主要起两大作用：一是脱硫，即通过石灰石（CaCO3）的分解等一系列反应，将烟气中的SOX转化为固态形式（主要是CaSO4），反应如下：500～900℃CaCO3CaO(s)+CO2(g)CaO(s)+SO2(g)+1/2O2(g)CaSO4(s)CaO(s)+SO3（g）CaSO4(s)生成的固态CaSO4通过排渣排出，在目前的工况下脱硫效率可达90%以上，烟气排放中SO2浓度控制在1150mg/Nm3以下，大大减轻了对大气环境的污染；二是通过石灰石的加入，置换床料，维持物料循环量的稳定，有利于床温的调节，从而保证锅炉的稳定运行。2石灰石制粉输送系统概况镇海炼化第二热电站石灰石制粉系统采用两级破碎，一级破碎机为一台美国T.J.GUNDLACHMACHINECOMPANY3020-S-2239型粗破机，将原料石灰石破碎至15mm粒径，最大处理能力为110t/h，两级破碎采用三台T.J.GUNDLACHMACHINECOMPANYFC1236T2242型破碎机，破碎至粒径为550～1000μm石灰石的粉料，配套三台南京压缩机股份有限公司的NCD2.0型仓式泵，单套系统最大处理量（铭牌）为11t/h。目前所用石灰石原料由外地购进，利用汽车送至石灰石棚，经两级破碎制成石灰石粉料，经石灰石仓泵气力输送约160m管道至炉前石灰石粉料仓。3石灰石制粉输送系统存在的问题二电站的石灰石制粉输送系统承担着向两台CFB锅炉提供石灰石的任务。目前，在石灰石制粉输送系统中，由于设计、设备选型及运行维护等多方面的原因，存在着设备故障率较高，系统运行可靠性低等问题，威胁着锅炉的长周期运行，同时检修费用一直居高不下。根据二电站开工至今的810

1情况看，主要存在以下问题：（1）石灰石仓泵故障率太高，可靠性极差，严重影响石灰石的正常输送。石灰石仓泵为南京压缩机股份有限公司的NCD2.0型仓式泵，以压缩空气为动力，泵体内的粉状物料与充入的压缩空气相混合，形成似流体状的气固混合物，借助泵体内外的压力差实现混合物的流动，从而实现固体粉料的输送。仓泵的控制由可编程控制系统（PLC）控制。在实际运行中，主要问题是出料阀密封圈磨损严重，破损太快，导致频繁更换，严重影响仓泵运行可靠性，并且大大增加了检修工作量。改造前，一只密封圈平均寿命为三天，由于有三台仓泵，所以几乎每天都有一台仓泵故障，大大影响了石灰石系统的运行可靠性。（2）石灰石输送管道磨损严重，导致沙眼频繁发生，尤其在弯头和法兰前后处更为严重，每天都有多处沙眼发生，由于管道补漏使石灰石输送系统启停频繁，对设备极为不利，也严重影响了石灰石系统的运行可靠性。（3）石灰石输送管道经常堵管。由于对石灰石输送系统规律认识不足，石灰石管道经常堵管，每次堵管都得花大量人力和时间进行吹堵，增加了工作量，也影响石灰石的正常输送。由于以上问题频繁发生，有时甚至同时出现多种故障，致使石灰石系统经常有一条甚至多条管线同时在检修，从而造成石灰石制粉输送系统部分瘫痪甚至全部瘫痪，极大地威胁了CFB锅炉所需石灰石的稳定供应。4原因分析及对策实施对以上问题，从2002年开始，我们花了大量时间，进行观察，通过多次实验，分析原因，在此基础上提出解决办法，采取有针对性的措施，并不断总结经验和规律。（1）出料阀密封圈破损太快主要是开关次数太频繁，开关过程中，尤其是开和关瞬间，由于流通面积极小，流速非常高。在出料阀全开时，气流速度为20m/s，当出料阀开度至20%时，流速即可达100m/s，开度更小时流速更高，正是高速气流挟着石灰石颗粒强烈冲刷密封圈，使密封圈磨损速度非常快，所以破损频繁，根据实际运行经验，一只密封圈平均寿命只有三天。出料阀密封圈磨损及管道沙眼都是高速气流与石灰石粉长时间冲刷所致。因此，我们对石灰石仓泵的输送过程进行了仔细的观察和研究。在改造以前，石灰石仓泵进料时间设定在20-30s,我们曾经选择2#石灰石仓泵进行观察，从进料到送完料一个完整的循环全过程如下所示：进料阀进料20s延迟10s总用一次风流化14s时128s出料阀开启送74s透气阀开启10s811

2一个循环所用时间为128s，这样，一个小时石灰石仓泵送料28.125次，出料阀开关次数太多，对出料阀极为不利，管道也长时间处于输送状态，管道磨损非常严重，造成出料阀和管道故障频率非常高。我们假设每小时石灰石制粉量为3.5吨计（实际上大部分时间达不到这个量），每次送料量仅为0.124吨，大大低于设计的最大每次可输送2吨物料量。因此，我们考虑延长进料时间，加大每次的输送物料量，这样就可以把一个循环周期延长，送料频率降低。通过不断摸索，在现有的情况下，一台仓泵每次送料350-450KG是完全可行的，按照这个量，每小时只要送8.75-9次即可，将大大降低输送频次，从而大大延长出料阀的寿命并大大降低了对管壁的磨损。我们取9.5次，则每次送料时间为379s，在每个循环中其他阶段用时没有改变，可计算出进料时间应设为281s，一个循环过程如下所示：进料阀进料281s延迟10s总用一次风流化14s时379s出料阀开启送74s透气阀开启10s经过初步改造，效果非常明显。出料阀密封圈的寿命由原来的平均3天提高至10～15天，效果令人鼓舞，激发了我们在此基础上继续攻关的信心。通过进一步分析，仓泵出料阀虽然开关频率已经大大降低，但仍然需要经常开关，磨损并没有从根本上予以消除，只是有所降低，仍然需要每隔一段时间更换密封圈。因此，我们考虑出料阀可以保持常开状态，不参与联锁控制程序。当仓泵在手动状态下，出料阀的控制仍按原设计进行控制，通过就地柜上的开关按钮可实现对此阀的开关操作。这样，出料阀密封圈将从根本上避免磨损，从而无限期延长密封圈的寿命。我们最先在3#石灰石仓泵上做了实验，通过修改仓泵PLC控制程序，取消出料阀参与仓泵的连锁控制，保持常开状态。经过一个月的观察，石灰石仓泵出料阀密封圈没有破损，对另外两台石灰石仓泵也进行了同样的修改，通过1年多的运行证明这一改造是极其成功的，没有一只破损，彻底解决了长期困扰我们的仓泵出料阀密封圈易破的问题，大大提高了石灰石仓泵的运行可靠性。（2）管道沙眼原因也是高速气流和石灰石粉对管壁长时期冲刷的结果。在设计时，考虑到磨损严重，所以在管道内壁都衬了一层厚6mm陶瓷衬里，对防止冲刷起了一定的保护作用。但经过几年的运行，这一层陶瓷衬里已经被磨掉，特别是在弯头处，陶瓷衬里已经磨掉，裸露出碳钢管壁，很快就被磨穿，沙眼便频繁爆发。针对这一问题，一方面，在弯头法兰集中处，采取预包盒子的办法，形成一个缓冲空间，防止泄露。另一方面，通过上面第一步的改造，石灰石管道输送频率已从25～30次/小时降低至10次/小时以内，大大降低了对管道内壁的磨损，保护了管壁。虽然管道泄露得到了有效的控制，但没有从根本上解决问题，我们通过与有关科研单位的合作，采用陶瓷金属812

3复合材料（设计寿命可达5年以上），对管径也适当增大，由原来的DN100扩径至DN115，在流量不变时，管道内流体流速降低，假定原流速V1，扩径后流速V2，则有：V2/V1=100/115=0.87在流体性质及管壁条件不变时，阻力与流速的平方成正比，即：ΔP2/ΔP1=（V2/V1）2=0.76即扩径后管壁的磨损比原来降低了24%，对保护管壁起了很好的作用。在2003年的大修中，更换了全部管道，运行至今效果良好，没有发生泄露，这样石灰石管道频繁泄露的问题也得到了较好的解决。（3）堵管，主要原因是进料口进料不均和一、二次气配比不合理所至，但由于没有现成的经验可借鉴，只能靠实验摸索。石灰石仓泵采用的是用一次气流化石灰石粉料，通过二次气输送物料的气力输送法。在仓泵内，进料口是一个倒扣的马蹄口，经过均匀流化的物料通过马蹄口进入管道，由于马蹄口四周物料不能保证颗粒、稀浓相等物理性质均匀，所以进料是一个不均匀的过程，有可能出现脉动和冲击，对气力输送造成不稳定因素。同时，一、二次气配比也存在不合理因素，一次气开度偏大，导致进料太快，而二次气量不足，当大量物料随一次气猛烈进入输送管道时，这时二次输送气量不够，不能及时将物料送走，造成物料沉积导致堵管。对于堵管问题，首先分析了一、二次气在输送过程中的作用，原设计思想认为输送过程中一次气为主，二次气为辅，所以在输送开始阶段用一次气对仓泵充压流化10s，将仓泵压力升至0.5Mpa打开出料阀，常造成输送过程中起始阶段输送量过大，这既不利于出料阀本身的寿命，又会导致打开的瞬间进料过快，容易堵管。我们认真分析了这一过程，认为原设计思想有误，输送应该以二次气为主，一次气只起将流化后的物料送入管道的作用，送入管道后即由二次气负责输送。因此对控制程序做了修改，取消一次气的充压流化过程，改为一、二次气同时开启，使仓泵无压启动，流化输送同时进行，避免初始阶段进料过多堵管，调整一次气和二次气的配比，适当减小一次气开度，增加二次气开度，以利于物料的流化和输送。经与仪表方面会商，确定一、二次气阀及出料阀同时开启直接输送65s，同时当灰管压力降到低限时一次气阀才关闭，转入灰管吹扫阶段。由于调整了风量和避免了仓泵的升压过程，降低了管道的输送压力，目前管线的输送压力控制在0.2Mpa以内，大大低于原来输送压力0.5Mpa，对管道的磨损也大大降低，通过这一改进达到了多个目的。除了上述问题，我们还对石灰石的进料口进行了研究和改造，进料口原来是一个倒扣的马蹄口，物料从其周围进入石灰石管，缺少导流和调节进料面积的作用，致使进料不均匀，导致容易堵管。因此，我们对进料口的结构进行了改造，在底部形成锯齿结构，其作用一是可以对石灰石粉料进入管道起导流作用使进料口进料均匀，不至于发生冲击和脉动；二是有效调节进料面积，不致进料过快而堵管。经过不断摸索和调整，在直径为φ200的进料口上，沿圆周均布8个宽为50的进料口，高度为7～8mm，保证了流通面的最小高度，便于比较大的颗粒顺利通过。目前三台仓泵都按此要求进行了改造，运行稳定性大大提高。在上述一系列工作完成以后，我们进一步对仓泵的运行及控制程序做了优化，主要改进如下：（1）经过实验及计算，绘制统一规范的仓泵输送流量与进料时间曲线图。按每次仓泵输送流量为400KG计，再分别计算每一个输送流量对应的进料时间，如下图所示，此曲线作为仓泵运行的工作特性曲线。813

4石灰石仓泵工作特性曲线600500(s)400时间300200进料100022.12.22.32.42.52.62.72.82.933.13.23.33.43.53.63.73.83.9输送流量（t）（2）为了控制输送压力，避免过多物料进入灰管，在输送过程中一旦灰管压力达到高报值（可通过人工设定，一般为0.3Mpa），则一次气阀自动关闭，直至灰管压力恢复正常后2s，一次气阀继续开启将仓泵内的物料输送完毕。（3）将原堵管信号为灰管压力高报时间持续90s修改为40s，一旦出现堵管信号，程序将自动停止运行，停止进料。这一条主要是考虑降低堵管的门槛，只要出现堵管的迹象，程序马上停止执行，同时还考虑即使出现堵管，也能保证灰管内积料不至太多，便于疏通。5遗留问题和下一步计划通过改造，石灰石制粉输送系统长期存在的主要问题得到了很好的解决，但也带来了其他问题，杂物易被携带进入，聚集在仓泵进料口附近，减小进料面积甚至堵死进料口，一方面严把石灰石进料关，杜绝塑料橡胶制品、碎布等杂物进入石灰石，另一方面，仓泵需定期开人孔清理积料，根据经验，每个月清理一次即可。6总结通过一年的努力，在缺少相关资料和现成经验的情况下，对石灰石制粉输送系统的改造取得了巨大的成功，石灰石系统存在的主要问题都得到了很好的解决，大大提该了石灰石制粉输送系统运行的可靠性，有力地保障了CFB锅炉的长周期稳定运行。参考文献：[1]岑可法、倪明江、骆仲泱等.循环流化床锅炉理论、设计与运行.北京：中国电力出版社，1998[2]南京压缩机股份有限公司.NCD2.0型仓式泵使用说明书，1998814