气力输灰堵管 的原因分析及对策

２００２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　，容严２　

（１．广西电力试验研究院，广西南宁５３００２３；２．桂林虹源发电有限责任公司，广西桂林５４１００３）　

摘要：根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，进行理论分析，提出解决方法，为运行人员判断堵管　原因、采取解决措施提供一些参考。　关键词：气力输灰；堵管；分析　中图分类号：ＴＫ２２３．２７文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—８３８０（２００２）０４—００３５—０５　

１　引言　

桂林虹源发电有限责任公司（以下简称虹源公　司）三电场电除尘器配套的输灰系统是正压浓相气　

力输灰系统，其有关设计参数为：输送压力０．１８　

ＭＰａ，输送初速度７．５　ｍ／ｓ，输送几何距离５７４　ｍ，输　

送干灰的中位粒径ｄ５０＝０．０４　ｔＴｔｌＴｔ，输送时温度１００　℃，灰气比３０　ｋｇ：１　ｋｇ。　气力输灰与水力输灰相比，具有粉煤灰利用条　

件好，没有或很少冲灰废水产生，因而近年来几乎所　

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、灰气比高、投资省等　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，且输送过程基本处于紊流状态，因而　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、半定性分析。对气力输灰的堵管问　

题，更缺乏理论研究。本文根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，试用理论方　法进行分析，以期对运行人员判断堵管原因、采取解　

决措施提供理论指导。　

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，灰被流动的　

压缩空气悬浮在管道中且被带走，但在灰的重力作　

用下，一部分会渐渐沉降。因此愈接近管道底部，灰　

的浓度就愈高，而空气受到的阻力就愈大，速度就愈　

低。由于速度的降低，会有部分灰沉降到灰管　

收稿日期：２００２—０７—３０　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，输送可正常运行。输送周期结束时，通　

过吹灰程序将沉降在灰管底部的干灰吹扫干净。相　反，当沉降的干灰数量过多时，会造成灰管堵塞（堵　

管），输送就不能进行。由此可见，灰管堵管实际就　

是在输送过程中，干灰在本身重力作用下过量沉降　的结果。　

由气力输灰堵管产生原理可见，避免输送过程　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，但沉降在灰管底部灰量　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，当气灰流的流速足以将灰粒悬浮在　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，灰粒受到的重力、浮力及气流对灰粒的作用力达　

到平衡。显然，这个灰粒的速度就是保证输灰不产　生堵管极限最低流速。　

在正压浓相输灰中，通过理论求得　值几乎　

是不可能的，因而目前工程上都是使用半理论一半　经验公式。由于在浓相输灰时管道内的流动均处于　紊流状态，因而目前工程一般采用下式…计算　：　

Ｖｔ＝ｄ　（０．１７４　４　ｏ）　（ｇＰ。）。乃　（１）　

式中ｄ　——输送干灰的粒径，一般用中位粒径，ｒｎ；　

ｐ。——干灰的密度，ｋｇ／ｍ　，对煤灰，一般为　

２　１００　ｋｇ／ｍ　；　ｐｆ１——输送工况下空气密度，ｋｇ／ｍ３，　

Ｐｏ＝０．００３　４８　Ｐ／（２７３＋ｔ）ｋｇ／Ｉｎ３；

　广西电力　２００２年第４期　

Ｐ——输送压力，Ｐａ；　

ｔ——输送温度，℃；　输送气体的粘度系数，Ｐａ·Ｓ。　

般在压力低于１　ＭＰａ时，压力对空气的　影　响可不考虑，　主要是与温度有关。１００℃时空气　

的　＝２１．７７×１０一　Ｐａ·ｓ。　在实际输灰时，选用的空气在管道内最低速度　

都是在　基础上再加以考虑安全系数，即　Ｖｏ＝ｋＶ　（２）　

式中　——输送空气的最低流速，ｍ／ｓ；　

ｋ——安全系数，一般根据输送物料性质　（如粒径、密度）等进行试验确定。　

显然，所选择的　值愈大，堵管可能性就愈　

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，输送速度的提高，会加剧磨损，同时　

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。　在气力输灰系统中，一旦通过（１），（２）式求得　

且在仓泵、管道、空压机等选定后，则通过改变　

输送压力来确保管道内空气流速不低于　，输送　

压力愈高，其输送速度就愈大。　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，可将影响灰管堵管因素分　

为外因和内因。外因就是人为因素，如空压机空气　

流量压力不足，输送管道、阀门漏气、灰库背压过高　

等。这些因素可以通过加强系统维护消除，并且这　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。　（１）式右边的干灰堆积密度、干灰粒度及压缩空　

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，压缩空气密度则主要与设计的输送压力、干灰　

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，可将灰管看　

作一个重力沉降装置。为方便起见，进行以下假设：　①输送管道为直管道，干灰仅沉降到灰管底部，　

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，处于层流层　的所有干灰都能沉降到灰管底部；　

③由于紊流作用，在整个灰管截面内各种粒径　

干灰分布均匀；　④干灰粒径分布符合对数正态分布规律。　根据上述假设，可以推导得一个输送周期内沉　降在灰管底部灰量　计算式如下ｌ２ｊ：　

＝ｑｖｐ　ｔ［１一ｅｘｐ（一ＶｔＬ／ＶｏＤ）］　（３）　式中　ｑ　——管道输送流量，ｍ３／ｈ；　

ｏ，——管道进口处干灰浓度，ｋｇ／ｍ　；　

ｔ——输灰周期，ｈ；　Ｌ——管道长度，ｍ；　

Ｄ——管道直径，ｍ。　假设灰管不堵管最多能沉降灰量为　“　，那么　

当　≤　，灰管不堵管；　当　≥　，灰管将堵塞，即堵管。　显然，　是不能用理论计算得到的，只能通　

过试验确定。　

３火电厂中影响干灰粒径和密度的因素　

对火电厂，影响干灰粒径及密度因素非常多，如　煤种、燃烧方式、锅炉负荷、电除尘器运行情况等，这　些因素不是固定不变，因而很难用一种干灰的粒径　

和密度代表该厂干灰的粒径和密度，特别对煤种来　

源复杂的桂林虹源公司。　

３．１干灰粒径　

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，此时一电场沉降的干灰实际是依靠干灰　

本身重力沉降的干灰，其粒径相当大。表１是虹源　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０．１２８　ｎｌｌｎ，相应其　为设计值的３．２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　

注：中位径ｄ５０筛余量为１２８％　

②即使一电场正常运行，一电场干灰粒径也较　

其它电场大。表２是虹源公司电除尘器正常运行时　

三个电场干灰粒径分析结果。

　２００２年第４期　广西电力　３７　

表２虹源公司不同电场干灰的中位径　

电场　二电场　三电场　０．０６５　０．０５２　０．０４ｌ　

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，在输送速度　固定情况下，所输　

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，基于（１）式，当干灰粒径增大到导致　

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　

ｄ　ｎ１ｉ　＝Ｖ／（Ｏ．１７４４／￣ｐｏ）　乃（ｇｐ　）　乃　（４）　

将桂林虹源公司有关数据代人上式可得　ｄ　＝９．１６８×１０　Ｖ　（５）　

其计算结果见表３。　

表３最大允许输送粒径　

ｖ／ｍ·Ｓ　ｄ　一／／ａｎ　ｌ８３　２７５　３６７　４５８　５５０　６４２　７３３　

３．２干灰密度　

在火电厂中影响干灰密度因素较少，主要是煤　

种对干灰密度有一定的影响，并且其波动范围都不　大。火电厂干灰密度一般在２　１００　ｋｇ／ｍ　左右。　

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　

根据虹源公司气力输灰系统设计参数，由（１）式　

可求得：　

Ｖ　＝１０　９１３．９　ｄ　（６）　

由（６）式可见，悬浮速度与干灰的粒径成正比，　

当干灰粒径增加１倍，输送速度就需要增加１倍，否　则将产生堵管。　

将虹源公司干灰设计的中位径ｄ　＝０．０４　ＩＴｔｉｑｌ　代入上式可得Ｖ　＝０．４４　ｍ／ｓ。这个结果与设计的　输送速度７．５　ｍ／ｓ相比相差了ｌ７倍之多，那么按上　述结果计算，如果虹源公司气力输灰系统不存在外　因所造成的堵管（实际上经过多次改造，这些外部影　

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，在设计的输送速度条件下，　

其允许输送干灰的最大粒径达６９０　ｍ。但实际上，　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，几乎达到每送必堵的程度。这说明造成　

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（１），（２）式中，干灰的粒径是　

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

灰，大粒径的干灰占相当大的比例，这可从表１看　出。　由表１和表３可见，即使在输送速度７．５　ｍ／ｓ　下，仍有大约占输灰量２％的干灰因粒径大于最大　

允许输送粒径而不能输送。由此可以计算，一个输　送周期内大约有３０　ｋｇ干灰（仓泵有效容积为２　ｍ３　

计）沉积在灰管内。如果这些干灰不是集中沉积在　某一管段，那么则不产生堵管，并可在输送结束时通　过吹扫程序将其吹扫干净。反之，如果这些干灰集　

中沉积在某一管段，则产生堵管。实际上，由于输送　管道直径都较小，即使少量的干灰不能被输送，都很　

容易产生堵管。　

②干灰实际输送速度偏差。对气力输灰系统，　设计的输送初速度是指空气在管道内的流速，该值　根据仓泵容积、输送管道内径及输送压力等来确定。　

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

间的阻力作用，以及干灰本身的重力作用，干灰的速　度与空气的流速是不同的。对水平输灰管道，这两　者的差异可用下式计算…：　

／　＝１＋Ｖｔ（　／２）　／（　）　（７）　式中　。——管道内空气流速，ｍ／ｓ；　

管道内干灰的流速，ｍ／ｓ；　

管道内干灰与空气两相流对管道的　磨擦阻力系数，对无缝钢管，　＝　

０．０１８　６。　当设计气流初速为７．５　ｍ／ｓ时，将虹源公司有　关参数代人上式，其结果见图１。　由图１可见，管道内灰粒的流速与气流流速相　

差相当大，且随粒径增大，这种差异随之增大。当干