气力输灰堵管 的原因分析及对策

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20 0 2年第 4期

广西电力

气力输灰堵管的原因分析及对策林朝扶容，(. 1广西电力试验研究院，西广南宁

严2桂林 5 10 ) 4 0 3

5 0 2 2桂林虹源发电有限责任公司，西 3 0 3; .广

摘要：据桂林虹源公司气力输灰系统运行过程中存在的堵管问题，行理论分析，出解决方法，运行人员判断堵管根进提为

原因、采取解决措施提供一些参考。关键词：气力输灰；管；堵分析中图分类号： 2 3 2文献标识码：文章编号：6 1 3 0 2 0 ) 4 0 5—0 TK 2 .7 B 1 7—8 8 (0 2 0—0 3 5

1引言 桂林虹源发电有限责任公司 (下简称虹源公以司 )电场电除尘器配套的输灰系统是正压浓相气三力输灰系统，有关设计参数为：送压力 0 1其输 .8MP,送初速度 7 5m/,送几何距离 5 4 m, a输 . s输 7 输

底部。当沉降的干灰数量在一个输送周期内不足以堵塞管道时，送可正常运行。输送周期结束时， 输通过吹灰程序将沉降在灰管底部的干灰吹扫干净。相反，沉降的干灰数量过多时，造成灰管堵塞 ( 当会堵管 )输送就不能进行。由此可见，管堵管实际就 ,灰是在输送过程中，灰在本身重力作用下过量沉降干的结果。

送干灰的中位粒径 d5 0=0 0 tt输送时温度 10 .4tl, TT 0℃,气比 3 g 1k。灰 0k: g

气力输灰与水力输灰相比，有粉煤灰利用条具件好，有或很少冲灰废水产生，而近年来几乎所没因有新建燃煤电厂都设置有气力输灰系统。而浓相正压输灰系统由于具有用气量少、气比高、资省等灰投优点成为目前应用最为普遍的气力输灰方式。 但是浓相正压气力输灰的固相在气一固两相流中浓度相当高，输送过程基本处于紊流状态，而且因在管道中气一固两相流的流动过程相当复杂。迄今为止国内外在这方面都未见到有成熟的理论计算， 其设计计算大多使用经验或半理论半经验公式。描述浓相气力输灰过程基本都是一种定性分析过程， 至多是半定量、

定性分析。对气力输灰的堵管问半

由气力输灰堵管产生原理可见，免输送过程 避中堵塞管道有两个方法：

①使输送过程中所有的干灰不沉积在管道底部，即输送速度足以使灰悬浮于管道之中。 ②即使有部分灰沉降，沉降在灰管底部灰量但不足以产生堵塞。 2 1干灰的悬浮速度 .

干灰于静止空气中在重力作用下会自然沉降， 在输灰过程中，气灰流的流速足以将灰粒悬浮在当管道中时则不沉降。这个使灰粒悬浮于管道中的最 低灰粒流速就是灰的悬浮速度 V在这个速度。下，粒受到的重力、力及气流对灰粒的作用力达灰浮到平衡。显然，个灰粒的速度就是保证输灰不产这生堵管极限最低流速。

题，缺乏理论研究。本文根据桂林虹源公司气力更输灰系统运行过程中存在的堵管问题，用理论方试法进行分析，以期对运行人员判断堵管原因、取解采

在正压浓相输灰中，过理论求得通

值几乎

决措施提供理论指导。

是不可能的，而目前工程上都是使用半理论一半因经验公式。由于在浓相输灰时管道内的流动均处于

2浓相正压气力输灰堵管原因理论分析浓相正压气力输灰在正常情况下，被流动的灰压缩空气悬浮在管道中且被带走，在灰的重力作但用下，部分会渐渐沉降。因此愈接近管道底部，一灰的浓度就愈高，空气受到的阻力就愈大，度就愈而速低。由于速度的降低，有部分灰沉降到灰管会收稿日期：0 2—0 20 7—3 0

紊流状态，而目前工程一般采用下式…计算因Vt= d (0 1 44 o (g。。 . 7 ) P )乃

:() 1

式中

d——输送干灰的粒径，般用中位粒径，; 一 r n p——干灰的密度，g/,煤灰，般为。 k m对一2 1 0 k/ 0 g m;

p1—输送工况下空气密度， g m3 f— k/,P o=0 0 34 ( 7+tk/n; . 0 8P/ 2 3 ) g I3

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P——输送压力， a P; t—输送温度，;—℃——

根据上

述假设，以推导得一个输送周期内沉可

降在灰管底部灰量

计算式如下 lj 2: () 3

输送气体的粘度系数，a S P 。

= q p t 1一e p一 Vt Vo] v[ x( L/ D)式中 q——管道输送流量，/; m3 ho,——

一

般在压力低于 1MP a时，力对空气的影压

响可不考虑，主要是与温度有关。 10℃时空气 0的=2 . 7 0 a s 1 7×1一 P 。

管道进口处干灰浓度，g m k/;

t—输灰周期，;— h L——管道长度，; mD——管道直径， m。() 2

在实际输灰时，用的空气在管道内最低速度选都是在式中基础上再加以考虑安全系数，即——输送空气的最低流速， s m/; k——安全系数，般根据输送物料性质一 (粒径、度 )进行试验确定。如密等Vo= k V

假设灰管不堵管最多能沉降灰量为“那么 ,当当≤≥,管不堵管；灰 ,管将堵塞，灰即堵管。 是不能用理论计算得到的，能通只

显然，过试验确定。

显然，选择的所

值愈大，管可能性就愈堵

低。但是气力输送干灰对管道的磨损是与流速的 3 次方成正比的，送速度的提高，加剧磨损，时输会同其能耗也较高。因此工程上在保证不堵管情况下，尽可能选择低的输送速度。

3火电厂中影响干灰粒径和密度的因素对火电厂，响干灰粒径及密度因素非常多，影如煤种、烧方式、炉负荷、燃锅电除尘器运行情况等，这些因素不是固定不变，而很难用一种干灰的粒径因和密度代表该厂干灰的粒径和密度，别对煤种来特源复杂的桂林虹源公司。3 1干灰粒径 .

在气力输灰系统中，旦通过 ( ) ( )求得一 1,2式,

且在仓泵、管道、压机等选定后，通过改变空则，送输

输送压力来确保管道内空气流速不低于压力愈高，输送速度就愈大。其

由( ) 1式可见，任何影响因素都是影响灰管堵管的因素。根据该式，将影响灰管堵管因素分 可为外因和内因。外因就是人为因素，空压机

空气如流量压力不足，送管道、门漏气、库背压过高输阀灰等。这些因素可以通过加强系统维护消除，且这并些因素通过技术改造后基本上很少发生。因此本文对外因不予讨论。

在火电厂中影响干灰粒径因素主要有： ①电除尘器故障停运。电除尘器一电场不能运行是造成干灰粒径增大常见的原因之一。由于一电场的停运，时一电场沉降的干灰实际是依靠干灰此本身重力沉降的干灰，粒径相当大。表 1是虹源其公司 1号炉电除尘器一电场停运时干灰粒径的分析结果。由表可见，当一电场停运时其干灰中位粒径

达 0 1 8nl, .2 l相应其为设计值的 3 2。 n .倍表 1虹源公司 1号炉电除尘器一电场停运时干灰粒径分析结果

( )右边的干灰堆积密度、灰粒度及压缩空 1式干气性质即是影响灰管堵管的内因。干灰的密度、 粒

度与煤种、制粉系统运行、锅炉尾部设备运行等情况有关，缩空气密度则主要与设计的输送压力、灰 压干温度有关。

2 2干灰在灰管中的沉降 .

关于气力输送中的干灰沉降过程，将灰管看 可作一个重力沉降装置。为方便起见，行以下假设：进 ①输送管道为直管道，灰仅沉降到灰管底部，干 即干灰沉降最大距离为灰管直径 D; ②在临近灰管底部有一层层流层，于层流层处的所有干灰都能沉降到灰管底部； ③由于紊流作用，整个灰管截面内各种粒径在干灰分布均匀；注：中位径 d5筛余量为 1 8% 0 2

②即使一电场正常运行，电场干灰粒径也较一其它电场大。表 2是虹源公司电除尘器正常运行时

④干灰粒径分布符合对数正态分布规律。

三个电场干灰粒径分析结果。

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表 2虹源公司不同电场干灰的中位径

述结果计算，果虹源公司气力输灰系统不存在外如因所造成的堵管 (际上经过多次改造，些外部影实这

一

电场

0. 65 0 0. 2 05 0. 4l 0

响因素基本上得以消除 )其堵管几乎是不可能的。,这

也可从表 3可以看出，设计的输送速度条件下，在

二电场

三电场

其允许输送干灰的最大粒径达 6 0 m。但实际上， 9 虹源公司气力输灰系统在安装助吹装置以前灰管出现堵管次数是比较多的。特别是电除尘器一电场因故停运时，乎达到每送必堵的程度。这说明造成几堵管原因是由于输送干灰粒径的增大。产生这种结果原因主要是以下偏差造成的： ①粒径的偏差。在 ( ) ( )中，灰的粒径是 1,2式干

③煤种变化。煤种的变化也是引起干灰粒径的变化原因。 输送过程中，输送速度固定情况下，输在所送干灰的最大允许输送粒径是设计上所关心的数据

之一。显然，于 ( ),干灰粒径增大到导致基 1式当大于输送流速后就会因不能被输送而沉积在管道内产生堵管，由此可以推导得沉降在灰管中干灰最小粒径；即最大允许输送粒径的计算公式 dn i V/ O 1 4/ p )乃( p )乃 1= ( . 7 4￣ o g () 4

取中位粒径计算，这仅代表灰的粒径平均值。实但际上干灰中由于锅炉燃烧、种等原因可能存在部煤分粒径较大的干灰，别是一电场停运时的沉降干特

将桂林虹源公司有关数据代人上式可得d = 9 1 8× 1 V .6 0 () 5

灰，粒径的干灰占相当大的比例，可从表 1看 大这出。

其计算结果见表 3。表 3最大允许输送粒径v/ m S d一/ an /

由表 1和表 3可见，使在输送速度 7 5m/即 . s下，有大约占输灰量 2的干灰因粒径大于最大仍%允许输送粒径而不能输送。由此可以计算，个输一送周期内大约有 3 g干灰 (泵有效容积为 2 m3 0k仓 计 )积在灰管内。如果这些干灰不是集中沉积在沉

l3 8 2 75 37 6 4 58 5 50 62 4 73 3

某一管段，么则不产生堵管，可在输送结束时通那并过吹扫程序将其吹扫干净。反之，果这些干灰集如中沉积在某一管段，产生堵管。实际上，于输送 则由

管道直径都较小，

即使少量的干灰不能被输送，很 都容易产生堵管。

②干灰实际输送速度偏差。对气力输灰系统，3 2干灰密度 .

设计的输送初速度是指空气在管道内的流速，值该根据仓泵容积、送管道内径及输送压力等来确定。输

在火电厂中影响干灰密度因素较少，要是煤主

种对干灰密度有一定的影响，且其波动范围都不 并大。火电厂干灰密度一般在 2 1 0 k/左右。 0 g m

在低浓度输送情况下，灰与空气的流速基本是一干致的。当输送干灰浓度较大时，于干灰与空气之由

4干灰粒径对气力输灰及堵管影响的理论分析4 1干灰粒径对气力输灰及堵管影响的理论分析 .

间的阻力作用，以及干灰本身的重力作用，灰的速干度与空气的流速是不同的。对水平输灰管道，两这者的差异可用下式计算…:/= 1+ Vt 2/ (/ ) ( ) () 7

根据虹源公司气力输灰系统设计参数， 1式 由( )可求得：V= 1 1 . 09 3 9 d () 6

式中

。—管道内空气流速， s— m/;——

管道内干灰的流速， s m/;

—

—

管道内干灰与空气两相流对管道的磨擦阻力系数，无缝钢管，对0. 8 6。 01

由( )可见，浮速度与干灰的粒径成正比， 6式悬

=

当干灰粒径增加 1,送速度就需要增加 1倍，倍输否则将产生堵管。 将虹源公司干灰设计的中位径 d=0 0 T l . 4Ii t q代入上式可得 V=0 4 s . 4 m/。这个结果与设计的

当设计气流初速为 7 5m/ . s时，虹源公司有将关参数代人上式，结果见图 1其。由图 1可见，道内灰粒的流速与气流流速相管

输送速度 7 5m/相比相差了 l倍之多，么按上 . s 7那

差相当大，随粒径增大，种差异随之增大。当干且这

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灰粒径大于 0 1 nT时，干灰流速低于其悬浮速 .2ll"l其度，以粒径大于 0 1所 .2mm的这部分干灰不能被输送，当这部分干灰所占比例达到一定数量时，

产生则堵管。

增加的，其密度则降低。根据 ( )可以计算得温而 1式度对，没有影响。值 实际上温度对输灰有较大影响。由于烟气中含有水蒸汽，温度降低时，部分水蒸汽将凝结成当这水，水一方面将分散的灰粒凝聚成大的灰团，灰而使的直径增大；一方面干灰由于水份的增加而造成另密度的增加。还有当温度降低到酸露点以下时，烟气中的 s也会冷凝与水作用并与灰中的 C O生 o3 a成 cs, C S￣o3而 a 03的密度较干灰大。由于干灰愈细，比表面愈大，潮能力愈强，此，送温度的其吸因输降低对细灰输送较粗灰影响更大。

6减少气力输灰堵管措施图 1水平管道和垂直管道中干灰实际流速与输送速度差异结果①干灰实际速度 (水平管道 )②干灰实际速度 (;垂直管道 );③悬浮速度；④气流流速。

由 ( )和 ( )可以推导出减少气力输灰堵管 1式 3式措施主要有以下 4个方面。 6 1提高输送速度 .

提高输送速度是有效防止因灰径增大而产生堵

4 2垂直管道对气力输灰的影响 .

管的措施之一。当电除尘器一电场因故障停运时，应提高一电场输送压力，以增大其输送速度。另外， 由于电除尘器不同电场干灰粒径是不同的，而其因输送速度也应有所不同，目前几乎所有气力输灰但设备对所有电场干灰的输送速度都设计相同，一且般是根据一电场干灰粒径设计，对二、电场的干这三灰输送是偏高的，必要的，是不利的。一是增加不也

对前面所阐述的均是针对水平管道，在火电但厂气力输灰系统中，由于管道布置原因，有相当部总分输灰管道是垂直布置的。对垂直管道，输灰速有度、流速度与干灰流速这 3点与水平管道是不同气的。4 2 1输灰速度 ..

对垂直管道，有输送速度低于悬浮速度的干所

灰将全部集中沉积在垂直管道底部，使是少量的即沉积，容易造成堵管。为避免这一情况，方面要都一

了对灰管磨损，二是能耗增加。 6.减少输送灰气比 2从 ( )可见，灰

径增大时，果输送速度不 3式当如变 (应输送周期不变 )降低管道进口处干灰浓度相，即灰气比是防止堵管的最有效措施。减少灰气比， 相应减少了沉降的干灰量，而使优≤优m从 i在 。火电厂中实际上是经常应用该措施防止输灰堵管的。如在虹源公司，电除尘器一电场因故障停运当时，行人员一般将一电场仓泵自动运行方式改为运手动操作。因为自动运行时仓泵要装满灰才输送， 而手动操作时仓泵装一半仓灰就进行输送。此时相应的输送灰气比降低了一半，而避免了堵管。从6 3增设助吹装置 .

求所有干灰的实际输送速度大于其悬浮速度，一另方面，可能避免设置垂直管道。若因现场条件必尽须设置垂直管道，应将垂直部分设置在输送的末 也端或设置有一定角度的倾斜管道，为在输送管道因的末端，气流速度较前端大得多。其4 2 2气流速度与干灰流速 ..

对垂直输送管道，两者的差异可用下式计这算[] ,~

1一{ 1一[ 1一

/2d )( gt ) (g]1一 2/}/2 ) ( () 8

1一

目前在气力输灰系统中，一些输送距离较远对系统，常都增设助吹系统。助吹系统就是在输送通管道上每隔一定距离设置一个吹扫装置，吹扫的其压缩空气直接自空压机，扫装置的启动与压力变吹

其计算结果见图 1。

5温度对气力输送的影响对火电厂，当锅炉正常运行时，力输送温度通气常比较恒定，般在 1 0℃左右，化一般较小。温一 0变

送器联动。当输送管道内压力升高 (即是有堵管倾向)一定值时，扫装置自动开启，入压缩空气到吹通以增加输送动力，免堵塞。实际上这种助吹装置避就是气力输灰过程中维持灰粒以一定速度输送装

度对气力输送影响主要是对压缩空气的粘性 和密度 p的影响。与液体相反，度升高，气粘性是温空

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置。由于增加了输送空气量，方面使灰粒输送速一度得以提高，一方面减少了其输送的灰气比。

虹另源公司气力输灰系统在 20 0 1年设置了助吹系统后，

阀门漏气 (造成流量、力不足 )灰库背压过高等。压、内因则是输送物料的粒径、度。其中物料粒径增密加是产生堵管主要的内因之一。

灰管堵管现象基本没有再出现。这说明助吹系统也 是有效防止堵管措施之一。但增设助吹系统后，耗气量以及对管道的磨损将相应增加。6 4减少输灰量 .

②通过加强对气力输送设备的管理和维护，以保证输送在设计的输送速度下运行是避免输送管道堵管最为有效措施之一。 ③避免因干灰粒径增大而造成堵管的方法，一

减少输灰量就是减少一个输送周期的输灰量，一

是增大输送速度，是减少输送灰气比。其中减少二灰气比是目前最为常用的防堵方法。 ④在输送管道上设置助吹系统也是有效防止堵管方法之一。

般通过将仓泵容积 (发送器 )少而实现。一个或减

输送周期输灰量的减少，少了一个周期内沉积在减管道内的干灰量，而避免因沉积干灰量过多而造从成的堵管。国内镇江锅炉辅机厂及部分国外公司设计的仓泵 (称发送器 )有 0 5m3目前应用的仓或只 . (泵容积多数为 2 m0以上 )一个输送周期输送量只 ,有 3 0k 0 g左右，使有部分沉积也不致于产生堵即管。但这样的输送方式进料阀、料阀及进气阀等出启停非常频繁，其磨损比较严重，果这些阀门质量如

⑤进行火电厂干灰气力输送设计时，充分考应虑干灰粒径分布和大粒径干灰所占比例。对不同电场的干灰应采用不同的输送速度。这一方面可减少

能耗，一方面也可减少干灰对管道的磨损。另⑥在浓相气力输灰管道中，灰的流动速度总干

是低于空气气流速度 (设计输送速度 )并且干灰 即，粒径愈大，种差别就愈大。这参考文献

不高，而影响系统的运行可靠性。反

7结论与建议综上所述，过对堵管原因的理论分析，得出通可下列结论：[]黄标 .力输送[ .海：海科学技术出版社， 1气 M]上上18

9 4.

①气力输灰堵管根本原因就是输送速度低，而

[]谭天祜，凤珍 . 2梁工业通风除尘技术[ .京：国建 M]北中筑工业出版社，9 4 18 .

影响输送速度的因素包括外因和内因。外因就是一些人为的影响因素，空压机流量不足、送管道和如输

(接第 3上 1页 ) 设计流量富裕系数和压头富裕系数分别为 11 .2和

4改造效果19 9 6年 9月对 1号炉的两台排粉风机进行改

13,足了设计流量富裕系数和压头富裕系数分 .1满别为 1 1和 12的要求。并根据我厂实际情况， . .我们保留了原风机电机、动组，更换叶轮、流器传只集和机壳。

造，过初步测试，造后的风机不但提高制粉系统 经改出力，机电机电流比改造前下降 1~ 1 风 4 8 A。叶轮

的平均使用寿命在 80 0h以上。 19 0 9 7年 7月根据1号炉成功的经验， 2号炉的两台排粉风机进行对了改造，行至今，况良好。运状 综上所述，过对排粉风机的改造，高了制粉通提

改造后的 M5—3 6型排粉风机具有以下特点：

①叶轮采用单板后弯式叶片，道比较宽，片流叶长并具有良好的导向作用。叶轮磨损比较均匀， 也较轻微，轮使用寿命较长。叶 ②风机的风壳内设计有活动的防磨衬甲，于便

系统可靠性，不但减少了检修工作量和备品配件消耗，且还大大地降低制粉电耗。排粉风机经过改而造，在节电方面的效果就十分显著，年节约制粉仅每用电 1 7~3 8 .8 . 7GW 。 h参考文献

检修，防磨衬甲的设计使用寿命在 2 0 00 0h以上。￣ MS一3 6型风机属于高效风机，效区域较高宽，计效率在 8%左右。设 0

[]郭立君 . 1泵与风机[。京： M]北水利电力出版社，9 2 19 .

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