粉煤灰分选技术在发电厂中的应用

Ｖｏｌ＿２５　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２００６　河北电力技术　ＨＥＢＥＩ　Ｅｌ　ＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　第２５卷第４期　２００６年８月　粉煤灰分选技术在发电厂中的应用　Ａｐｐｌ　ｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｓｈ——ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ　高志刚　（西柏坡发电有限责任公司，河北　平山０５Ｏ４ＯＯ）　摘要：针对西柏坡发电有限责任公司粉煤灰的分级处理问　题，详细介绍了改进的涡壳式分选系统的设计选型过程、布　置及其工作原理、特点。新型粉煤灰分选系统投运后，取得　良好的经济效益与社会效益，并给其他电厂提供了一些可借　鉴的经验。　除尘器。电除尘器各电场的除尘效率、收集灰量的比　例及实测平均细度、烧失量见表２。　表２各电场收集灰量的比例及实测的平均细度　％　电场　收集灰量　细度：４５　ｍ筛余量　烧失量　Ｉ级　８５　４３　３．６　ＩＩ级　１２．５　ｌ６．８　４．２　ＩＩＩ级　２．５　９．９　４．８　混合ｊ　１００　４０　３．８　关键词：原状粉煤灰；分选；系统　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ａｓｈ—ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｘｉｂａｉｐｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ，　ｔｈｅ　ｄａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓ￣ｔｅｍ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｉｍｐｍｖ￣ｖｏｌｕｔｅａｓｈ—ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅｉｎｔｍ－　ｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ａｆｔｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ。ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ａｓｈ　ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｗｅｌｌ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｂｅｘｌｅｉｑｔ　ａｎｄ　ｓｏｄａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｏｔｈｅｒ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌｎｔａ　ｓｏｍｅ　ｇｏｏｄ　ａｄｖｉｃｅｓ．　Ｋ￣ｄｓ：ｐｄｖｅｒｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　ａｓｈ；ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｙｓｔｅｍ　由表２可见，不经任何处理的原状粉煤灰的质　量达不到国家规定的等级灰标准。只能以２Ｏ元／ｔ　左右的低价销售到水泥厂作为掺合料加工成水泥，　而１级粉煤灰的价格高达６Ｏ元／ｔ，且供不应求。因　此获得大量质量稳定的１级优质粉煤灰，实现废物　中图分类号：Ｘ７７３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—９８９８（２００６）０４—００４５—０４　利用多样性，并创造良好经济效益，成为紧迫任务。　２技术选型　分选技术一般是指通过一定的工艺流程对原状　１　问题的提出　粉煤灰用作水泥和混凝土的掺合料，具有良好　粉煤灰进行粒度分级的工艺方法。目前国内外各类　粒度分选设备通常基于气流分级原理，即利用气流　产生的涡流离心场，使不同大小的颗粒沿不同轨迹　的形态效应、活性效应和微集料效应，对提高和改进　水泥、混凝土的性能发挥着很好的作用。《用于水泥　和混凝土中的粉煤灰》ＧＢ　１５９６—１９９１中规定，制作　水泥和混凝土时，作为掺合料的粉煤灰成品应满足　表１的要求。　表１　作掺合料的粉煤灰成品指标　％　运动，从而使它们分离。　西柏坡电厂对目前较流行的各种形式的分级机　进行了认真的研究和调研选型，根据自身实际情况，　最终确定选用涡壳式分级机。　２．１　涡壳式分级机的工作原理（见图１）　１级粉煤灰可以直接供搅拌站拌制成混凝土，　而Ｉ１、ＩＩ】级粉煤灰由于筛余量较大，只能供水泥厂　作为掺合料。　西柏坡发电有限责任公司（简称“西柏坡电厂”）　现有的４台３００　Ｍｗ机组锅炉所配烟气净化装置　为浙江诸暨电除尘器厂生产的８台２ＦＡＡ３×４５．０　Ｍ一２×７６．０—１５０．０型双室三电场干式普通型静电　收稿日期：２００６—０３—２９　图１　涡壳式分级机工作原理　作者简介：高志刚（１　９７３－－），男，工程师，主要从事火力发电厂除灰、脱硫与输煤专业技术工作。　・　４５　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２００６　河北电力技术　ＨＥＢＥＩ　ＥＩ　ＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　第２５卷第４期　２００６年８月　涡壳式分级机的分级原理是：含灰气流从进口　主要依靠次导叶的开度来调节粉煤灰的筛余量（４５　ｍ筛余量），其得到的粉煤灰筛余量的精确度，较　可以实现变频调速的涡轮式分级机来说低一些，但　进入分缪机后，在由主导叶和圆弧外壳形成的弯道　内运动的不同质量的颗粒，因离心力不同而运动轨　迹也不同。大颗粒具有较大的离心力而趋向壁面，　当颗粒碰到壁面后便顺着圆弧壁面运动，直至碰到　对侧壁面而从粗灰出口排人灰库。小质量颗粒因离　心力无法克服涡壳区负压产生的吸引力而被涡流吸　对于Ｉ级粉煤灰要求筛余量低于１２　就达标这么大　的调节范围，只要能满足Ｉ级灰的技术指标即可。　３西柏坡电厂粉煤灰分选系统的设计配置　一　人涡壳孔板，并随气流从涡壳出口排出。相同质量　的颗粒在进口处于不同位置时，其运动轨迹也不相　同。在Ａ—Ａ剖面上，颗粒质量从圆心向外侧由小　到大排列，颗粒分散性好，不易凝聚。设计外形尺　寸、导叶曲率和次导叶的头部位置及孔板直径时，理　论上要保证大于临界分离粒径（临界质量）的颗粒能　克服涡流的曳力，顺着壁面和次导叶构成的通道运　动到对侧壁面，而小于临界质量的颗粒则被涡流负　压吸人涡壳。这样，就能有效地实现以某临界质量　颗粒为界限的粉粒体的分离。实际上由于颗粒的凝　聚和大粒子的夹带及颗粒的密度不同，必然有小颗　粒混入粗灰中。为了减少粗灰中细灰含量，在粗灰　出口设置了二次风。当打开二次风阀门时，由于机　内处于负压，能将外界空气吸入，并在粗灰出口处形　成一道气幕，大质量颗粒由于自身的重力能够穿越　气幕进入灰库，而小质量颗粒则被吹回人口区或涡　流区。通过调节二次风风量和次导叶的角度，能方　便地改变细灰的４５　ｍ方孔筛筛余量。　２．２涡壳式分级机的特点　经过翻阅有关资料及实地调研，涡壳式分级机　相对于目前广泛应用的涡轮式分级机来说，具有分　级效率高，无功耗，系统布置简单，检修维护方便等　特点，其主要性能指标和特点如下：　ａ．分选效率高　经过优化设计的涡壳式分级　机，其效率可达８５　，比涡轮式分级机高出近１０　。　ｂ．灰气比高灰气比较高，其质量比一般可达　０．８～１．３，所需空气量仅为涡壳式分级机的１／２。　ｃ．零功耗涡壳式分级机内部没有转动部件，　所以不需要驱动装置，而涡轮式分级机内部有转动　的涡轮，所以需要一定的功率消耗。　ｄ．检修方便、费用低高速流动的粉煤灰对设　备的磨损是严重的。涡壳式分级机无转动部件，且　进口采用大圆弧过渡，粉煤灰的流速相对较低，因此　磨损较小；而涡轮式分级机内部高速转动的涡轮与　流动粉煤灰之间相对速度较高，磨损严重，一般１年　多要更换一次涡轮，检修费用也较高。　ｅ．筛余量调节的精确度较低涡壳式分级机　・　４６・　２００４年６月西柏坡电厂通过认真设计选型，在　新建的灰库上安装了２套４０　ｔ／ｈ的分选系统，以实　现对４台锅炉电除尘器除下的原状粉煤灰的全部分　级处理。分选系统见图２。　分　气卸科阀　手动插　蝶　电动调节风门　兰竺　竺竺　ｌ尘墼　日　高压离心风机　图２粉煤灰分选系统　３．１分选系统工艺流程　２套分选系统均为闭路循环系统。３座钢筋混　凝土灰库直径均为１２　ｍ，库高为３０　ｍ，１座为原灰　库、１座为粗灰库、１座为细灰库。分选系统从原灰　库下灰管直接取灰，经插板门和调速锁气电动给料　机将原状灰均匀稳定地送人系统主风管下灰口。进　入系统主风管的原状灰在系统负压作用下达到灰气　混合并进入涡壳式分级机。进入分级机的原状灰在　涡流离心力作用下进行粗、细灰分离，分离后的粗灰　穿过分级机下部的二次风幕，经锁气卸料阀进入粗　灰库。分离后的细灰及从二次风吹回的细灰，因离　心力无法克服涡流的负压而被吸人分级机两侧的蜗　壳，随气流进入高效旋风分离器，由旋风分离器收集　的细灰经锁气卸料阀进入细灰库。含有极少量超细　颗粒的气体自旋风分离器上部经高压离心风机排　出，其中９５　左右的含尘气体经系统回风管返回主　风管下灰口前，形成闭路循环系统。另有５　９／５左右　的含尘气流经放风调节蝶阀进入细灰库，经库顶布　袋除尘器收集超细灰后排人大气。・　为调节细度，分级机设有二次风，取自回风管中　的循环空气。避免湿冷空气进入主机影响分级效　率。在回风管末端，进料口前设有补风口，由蝶阀控　制系统补风量（一般情况下不需补风）。　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＶｏＩ．２５　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２００６　河北电力技术　ＨＥＢＥＩ　ＥＩ　ＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ　第２５卷第４期　２００６年８月　３．２系统性能参数　系统设计出力：４０　ｔ／ｈ；超出力能力：１５　；系统　保证出力：４０￣４６　ｔ／ｈ；分级机分选效率：≥８５　；旋　风分离器效率：９２　～９５　；成品灰产量：西柏坡电　厂原状灰细度４５　ｍ筛余量≤４Ｏ　时，Ｉ级灰≥２２　ｔ／ｈ、Ⅱ级灰≥２４　ｔ／ｈ；成品灰细度（４５　ｍ方孔筛余　量）４　～２Ｏ　可调；单位出力电耗：３．７　ｋＷｈ／ｔ；分　选系统消耗功率：１７６　ｋＷ（轴功率）。　３．３　系统特点　ａ．系统采用负压设计、闭路循环、无泄漏现象，　系统放风进入细灰库利用其库顶袋式除尘器收尘，　可避免环境的污染，确保排放浓度小于５０　ｍｇ／ｍ３　的标准。同时闭路循环在输送管道中热灰不受气象　条件影响，吸湿量小、不结露，可大大减少空气湿度　对分选效率的影响。　ｂ．二次风取自系统回风管，使闭路循环输送管　道中的气体含湿量极小，有利于气力输送及提高分　选效率。　ｃ．系统设小布袋除尘器，占地面积小、布置紧　凑、工艺流畅、节省投资。但是闭路循环不设除尘　器，循环风含有的粉尘对风机叶轮有一定磨损。所　以在风机选型上采用中等转速的耐磨风机，风机叶　片的使用寿命可达３年以上。　ｄ．为保证分选系统密封、无泄漏，除管道及设　备连接处要密封外，分级机、旋风分离器卸料处锁气　也非常重要，锁气不好，将严重影响其效率。为此系　统选用了特制的锁气卸料装置，既可有效隔离分选　系统负压与库内微正压之间的气流互串，又可保证　分选系统不受灰库内气压影响，使灰顺利排人灰库。　ｅ．系统所选用的ＤＳＧ　４００—８Ｏ型调速锁气电　动给料机能有效地隔离原灰库库底气化风对系统的　影响，并能均匀地给料，保证了系统的稳定运行。　ｆ．在原状灰细度发生较大变化的情况下，系统　调节手段有：风量可通过高压风机进口调风门来调　节；调节分级机的二次风风量；调节分级机导流板位　置；调换分级机涡流孔板。上述方法调节灵活、方　便、有效。只需通过上述１～２种调节手段，即可确　保成品灰细度达到任意粒级的要求。　ｇ．分选系统易磨损部位耐磨措施分级机蜗　壳顶部采用内衬高耐磨陶瓷片的拆卸式顶盖，磨损　后可拆换，机内易磨部位内衬高耐磨陶瓷片，旋风分　离器进口筒壁衬有耐磨陶瓷片。确保分级机及旋风　分离器使用寿命达３０　０００　ｈ。系统管道易磨损处　（如弯头、三通、变径管）涂有耐磨涂料，可确保系统　易磨损件使用寿命达１８　０００　ｈ以上。　３．４　系统主要设备的参数及性能特点　３．４．１涡壳式分级机　型号：ＧＦＸ一４Ｏ型；数量：２台；设计出力：４Ｏ　ｔ／ｈ（超出力能力≥１５　）；分级效率：≥８５　。　ＧＦＸ型涡壳式分级机，是在美国Ｂｕｅｌ１分级机　的基础上作了多项改进，改变了进料角度，圆弧板尺　寸，使其结构更趋合理，以便获得最佳的几何参数和　人口气流速度，从而达到增加分级机分级细度，提高　分选效率。　３．４．２高效旋风分离器　型号：ＣＺＴ一１４．２型；尺寸：夺１　４４６　ｍｍＸ５　４６０　ｍｍ；数量：４台；处理风量：２１　０００￣２３　０００　ｍ３／ｈ。　旋风分离器是应用较广的除尘器，它利用含尘　气体沿切线方向进入旋风筒时所产生的离心力，使　粉尘从气体中分离出来。旋风分离器下料口设有锁　气卸料阀，以防卸灰时漏气，保证了旋风分离器的效　率。系统采用２台并联的经多次改进的单筒式高效　旋风分离器，设计气流在旋风分离器内旋转圈数达　７．５圈，效率能达到９５　。　３．４．３高压离心耐磨风机　型号：ＧＤＭ一１４Ｄ型；数量：２台；叶轮采用１６　锰表面垫喷涂高耐磨碳化钨，寿命１８　０００　ｈ；机壳采　用１６锰钢板制作，寿命不低于１８　０００　ｈ。　西柏坡电厂的分选系统采用闭式循环，取消了　风机人口前的大布袋除尘器（或电除尘器），是首创　的新工艺系统，取消除尘器，简化了系统、节省了大　量的投资、减少了系统占地，减少了检修维护工作　量。该风机性能曲线平坦，可调性好，能满足从低负　荷到满负荷的不同需要；并且能耗低、效率高，效率　达８Ｏ　以上。　３．４．４调速电动锁气给料机　型号：【］Ｅ　４０３—８０型；数量：２台；出力：８－－８０　ｎ４／ｈ。　锁气给料机在负压分选系统中，要保证系统出　力、保证系统正常运行及分选效率，各给料点必须保　证不漏气。针对系统要求，研发出一种特殊结构的　锁气给料机，可以使叶轮与壳体内壁的间隙始终保　持为零间隙且不会卡住，即使给料机进、出口压差达　０．０５　ＭＰａ，气流也不会串动。　３．４．５锁气卸料阀　锁气卸料阀设计思路先进、结构简单、无动力及转　动部件，设备运行可靠、维修方便，使用寿命长。并且　具有下灰通畅，锁气性能好的特点，可有效地隔离系　统和灰库间的气流互窜，从而使灰顺利地卸人灰库。　・　４７・　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．４　河北电力技术　第２５卷第４期　Ａｕｇ．２００６　ＨＥＢＥＩ　ＥＬＥ【　ＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　２００６年８月　３．５　控制部分　控界面和工艺流程图，打印报表，发出多种声光报警。　西柏坡电厂分选系统采用ＣＲＴ＋ＰＩ　Ｃ的控制　方式，ＣＲＴ与ＰＩ　Ｃ采用以太网方式进行信息交换，　４改造效果及效益　Ｐ１　Ｃ主机采用日本ＯＭＲＯＮ公司Ｃ２００ＨＥ系列可　新型的涡壳式分选系统自２００４年６月投运至　编程序控制器，ＣＲＴ选用台湾研华ＰⅢ８６６／６４　Ｍ／　今，系统运行稳定可靠，没有更换过任何磨损部件，　２Ｏ　Ｇ／１．４４工控机，配备１台韩国三星５３．３４　ｃｍ彩　也没有进行过检修。随着Ｉ级粉煤灰的需求量逐年　色显示器、３　ｋＷ的ＵＰＳ电源及ＨＰ一６Ｉ　激光打印　增加，截止到２００５年１１月已累积销售Ｉ级粉煤灰　机，工控软件采用Ｉｎｔｏｕｃｈ９．０。ＣＲＴ将高压离心风　２Ｏ万ｔ（６０元／ｔ），为西柏坡电厂创造了１　２００万元　机、调速锁气给料机、电动调节风门、蝶阀、闭式系统　的经济效益。如果不对原状粉煤灰（２０元／ｔ）进行　内的压力、流量、灰库高低料位计等的监控引入　分选，则２０万ｔ粉煤灰的销售价格仅为４００万元，　ＰＩ　Ｃ程序控制器，并能够实现对就地设备的程序控　由此可见对电厂粉煤灰进行分级处理是值得大力推　制、上位机操作和就地手动操作３种控制方式。主控　广的，既创造了可观的经济效益，又保护了环境，节　制系统收集被控对象的各种运行情况，记录各种报警　约了耕地，实现了废物的多样利用。　参数，提供生产数据、操作参数输入与查询的直观监　本文责任编辑：王洪娟　（上接第１３页）实现了所谓的预估补偿控制。正是　路中，采用了主蒸汽流量作为输入变量（代表机组负　由于闭环特征方程不含纯迟延项　，从而解决了　荷），以修正预估环节的时间常数，实现对被控对象　由于随着频率　的增加、ｅ－￣Ｓ的相角无限减小，而使　纯迟延特性的准确补偿。　系统的稳定范围大大缩小的问题，使系统调节品质、　稳定性等得到相应改善。通过适当调整调节器　４结束语　（　），可使系统的响应速度和适应性得到提高。　在大型火电机组的主蒸汽温度控制系统中，从　３．４预估补偿模型的修正　系统外部来看，扰动因素比较多，扰动量大而且扰动　为了正确地实施预估补偿控制，必须要求得到　频繁；从系统内部来看，主蒸汽温度被控对象具有大　较准确的补偿环节的数学模型　，若该模型　迟延、大惯性、时变性等特点，这些都增加了主蒸汽　温度控制的难度。在某电厂机组的过热汽温控制系　与对象特性不一致，则在闭环系统的特征方程中还　统中，采用了预估补偿控制、蒸汽焓值的校正控制、　会存在纯迟延环节，当两者严重不一致时，甚至会造　燃烧量的前馈控制以及过热度保护控制，使减温调　成控制系统的稳定性变差。由于大机组减温过程的　节具有较强的克服各种扰动的能力；同时在机组负　被控对象还是一个参数时变的过程，即不同的工况　荷和运行工况改变而引起过热汽温动态特性变化　（负荷）下，被控对象的动态特性要发生变化，因此需　时，能够及时调整控制系统的开环增益和调整预估　要对预估补偿模型进行修正。　模型的参数，使控制系统具有较好的自适应能力。　从第３．２节的分析中可以看出，只有当预估模　在整个减温控制系统的设计中，预估控制是其中心　型　的等效模型　ｅ－　满足式（７）时，预　环节，它建立在较准确的、对过程模型辨识的基础之　估补偿控制才能实现很好的补偿。模型误差越大，　上，因此在该控制系统投运时，需要做大量的试验研　，　Ｉ／　Ｉ／ｔ　、　究工作，即需要得出机组在不同典型工况下较准确　即（　一赫）和（ｒ—ｒ　）越大，则补偿效果　的对象动态特性曲线，同时还要掌握在汽包压力变　越差。由于纯迟延环节为指数函数，故纯迟延环节　化或蒸汽焓值变化时过热汽温的影响特性和燃料量　对误差的影响更大，即在补偿环节中，ｒ的精度比　扰动下的过热汽温的动态特性等，以得出在各种工　１４＂．　况下被控对象的特征参数，在此基础上通过调节器　的精度更关键。因此在预估模型设计中，增　参数的整定和优化，达到预期设计的控制性能。　加了预估补偿模型对减温过程纯迟延特性的自适应　参考文献：　功能，即将预估补偿模型中一阶惯性环节的时间常　［１］金以慧．过程控制［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９６．　数作为机组负荷变化的函数，以适应过热汽温动态　［２］俞金寿．工业过程先进控制［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２００２．　特性中纯迟延的时变性。为此在图２的预估补偿回　本文责任编辑：胡立兰　・　４８・