1 000MW超超臨界機組兩級輸送干式除渣系統

楊柏森

（北京國電富通科技發展有限責任公司，北京 102401）

0 概 述

國內某1 000MW超超臨界機組采用一次中間再熱、變壓運行的直流爐，是一種單爐膛、采用切圓燃燒方式，平衡通風、固態排渣、全鋼架懸吊結構、露天布置的塔式鍋爐。該鍋爐的最大連續蒸發量為3 099t／h，MCR工況下的鍋爐效率為93.5%，制粉系統采用中速磨煤機正壓直吹送粉。該機組除渣系統為兩級輸送的干式除渣系統，對爐渣進行輸送與冷卻。為保證系統安全穩定地運行，除渣系統的設計出力應不小于鍋爐最大連續蒸發量時的排渣量，且需留有足夠的排渣裕量。

兩級輸送的干式除渣系統具有三個顯著特點：第一，適用的機組容量大，是國內大機組中較早采用的除渣方式之一；第二，干式除渣系統的排渣量大，排渣的設計出力為25～32t／h，最大出力為50t／h；第三，采用兩級輸送，通過二級大傾角鋼帶輸渣機，直接將爐渣送至渣倉，是國內1 000 MW超超臨界機組中較早采用的輸渣系統。

1 工程設計參數

1.1 設計煤種及耗煤量

工程設計煤種的收到基低位發熱量Qnet.ar＝20.97MJ／kg，收到基灰分Aar＝27.32%；校核1號煤種的收到基低位發熱量Qnet.ar＝21.03MJ／kg，收到基灰分Aar＝22.06%；校核2號煤種的收到基低位發熱量Qnet.ar＝20.23MJ／kg，收到基灰分Aar＝29.43%。

在MCR工況下，當鍋爐燃用設計煤種時，耗煤量為417.0t／h；燃用1號校核煤種時，耗煤量為414.4t／h；燃用2號校核煤種時，耗煤量為431.7 t／h。

1.2 鍋爐排渣量及爐渣參數

（1）排渣量：每臺鍋爐在 MCR工況下，燃用設計煤種時，排渣量為24t／h；燃用1號校核煤種時，排渣量為20t／h；燃用2號校核煤種時，排渣量為32 t／h。

（2）爐渣溫度：鍋爐排渣出口的爐渣溫度為850℃。

（3）爐渣密度：干渣堆積密度約為0.9t／m3，濕渣堆積密度約為1.3t／m3，渣的真實密度為2.3 t／m3。

2 兩級輸送干式除渣系統的設計及布置

2.1 系統組成

根據該1000MW超超臨界機組鍋爐及爐房布置的實際情況，兩級輸送干式除渣系統采用的工藝流程為：鍋爐排渣→機械密封→渣井→爐底排渣裝置→一級鋼帶輸渣機→碎渣機→過渡渣斗→二級大傾角鋼帶輸渣機→渣倉→卸料機構→灰罐車或運輸車。干式除渣系統的布置，如圖1所示。

圖1 兩級輸送干式除渣系統

鍋爐的排渣經渣井、爐底排渣裝置落到一級鋼帶輸渣機內的輸送鋼帶上，爐渣在一級鋼帶輸渣機輸送過程中被冷卻風冷卻。爐渣溫度降低后被送至碎渣機，破碎成細渣，然后由二級大傾角鋼帶輸渣機直接輸送至渣倉，在輸送過程中對爐渣進一步冷卻。最后，由渣倉的卸料機構完成裝車過程，采用灰罐車或運輸車將爐渣運走。

2.2 排渣系統的設備及特性

2.2.1 渣井

渣井是指從鍋爐水冷壁下聯箱檔板至爐底排渣裝置上槽體之間的鋼結構部分。渣井采用獨立支撐方式，渣井與鍋爐下聯箱的檔板之間設有機械密封裝置，機械密封裝置能吸收鍋爐各方位上的膨脹變形。渣井與爐底排渣裝置間采用波紋板連接，波紋板也能承受渣井和系統各設備的熱膨脹變形。

渣井為鋼結構件，內襯耐火材料，能承受大塊爐渣的直接沖擊，具有較大的有效容積。當鍋爐燃用設計煤種時，渣井能承接鍋爐在MCR工況下連續4h的最大排渣量；渣井被偏心布置于鍋爐排渣口中心線的位置，并設置了觀察孔與除焦孔，便于處理井壁上的結焦。

2.2.2 爐底排渣裝置

系統在渣井與一級鋼帶輸渣機之間設置爐底排渣裝置，排渣裝置主要由隔柵、擠壓頭、箱體、液壓系統和攝像監視系統等部分組成。

爐底排渣裝置采用了防護隔柵結構，能夠有效阻擋大塊爐渣下落時的沖擊，防止渣塊對鋼帶輸渣機的損壞。排渣的擠壓頭采用液壓驅動，起到關斷保護的作用，如果鋼帶輸渣機及后續輸送系統發生故障，在檢修期間，可允許輸送系統停運4h，不會影響鍋爐的安全運行。同時，該裝置有效地實現大渣塊的預冷卻、預破碎，對直徑大于200mm以上的大渣塊，渣塊將首先落到設備的隔柵上，并被預冷卻，再通過水平移動的齒形擠壓頭將大渣塊破碎，然后由鋼帶輸渣機運出。

在爐渣下落及破碎過程中，均有攝像系統進行監視，并提供兩路視頻接口，一路送至干渣監視系統，另一路送至主控制室。通過視頻監控，可清楚地了解排渣系統的工作狀態，以便隨時對系統進行相應的控制和調整。

2.2.3 一級鋼帶輸渣機

一級鋼帶輸渣機是兩級輸送干式除渣系統的前置設備，該設備主要由鋼帶輸送組件、清掃鏈組件和箱體組件等部分構成，通常安裝在爐底排渣裝置的出口。一級鋼帶輸渣機可連續接受和輸送高溫鍋爐底渣，在輸送過程中使鍋爐底渣進一步冷卻。鋼帶輸渣機的出力不小于鍋爐MCR工況下的最大排渣量，且需有足夠裕量（設計出力為25～32t／h，最大出力為50t／h）。鋼帶輸渣機的出力是可調的，并能適應鍋爐非正常運行時的排渣要求。

輸渣機的鋼帶是關鍵部件，鋼帶運轉部分主要由耐高溫的高強度輸送網帶、托輪、托輥、側向限位輪及尾部張緊機構、頭部動力機構等部分組成。清掃鏈組件主要由鏈條、刮板、托鏈輪、驅動機構與張緊機構等部分組成。鋼帶輸渣機的箱體采用了封閉式結構，其側面布置有可調進風口。在鋼帶輸渣機頭部箱體的頂部設置2個主冷卻風進風口，根據鍋爐排渣量的變化，調節主進風口和側進風口的開合度，可以達到控制冷卻風量的目的。為便于檢修，在鋼帶輸渣機頭部和尾部箱體均設有檢修人孔門，用于對鋼帶輸送組件和清掃鏈組件的維護及檢修。

輸送網帶及清掃鏈張緊系統采用液壓自動張緊方式，與爐底排渣裝置共用1套液壓系統，配有儲能器及自動控制系統，可自動調節輸送網帶及清掃鏈的張緊度。

一級鋼帶輸渣機的水平段的長度將近27m，總長達52m，鋼帶的行走速度為0.4～4m／min，清掃鏈的行走速度為0.17～1.7m／min，該系統運行至今，性能穩定，輸渣效果良好。

2.2.4 碎渣機

碎渣機為雙腔、單輥結構，主要由驅動電機、減速機、液力耦合器、碎渣機本體等部分組成，各磨損部件均采用耐磨合金材料制造。為了有效防止灰渣的泄漏，本體機殼采用了密封結構。輥齒板件采用了互換性設計，連接螺栓為耐高溫的高強螺栓。

爐渣經碎渣機破碎后的渣顆粒小于25×25 mm，碎渣的大小可以調節，碎渣機的出力與系統的最大出力相匹配，同時具有對結焦渣塊的破碎能力。

2.2.5 二級大傾角鋼帶輸渣機

二級大傾角鋼帶輸渣機的結構與一級鋼帶輸渣機類似，其主要功能是進一步冷卻已被破碎的爐渣，然后直接將爐渣輸送至渣倉。輸渣機的出力可調，能夠滿足鍋爐各種設計工況的排渣要求。該設備的最大特點是將爐渣直接輸送到渣倉，取代了以往干式除渣系統中運行故障率較高的鏈斗機、斗提機等設備，降低了系統的故障率與維修費用，增加了系統運行的安全性和可靠性，有利于大容量燃煤機組的穩定運行。

由于該機組的發電容量較大，鍋爐的渣量較多，所以，將渣倉的有效容積設計為500m3，渣倉頂部標高為20.5m，根據系統的總體布置，設計二級大傾角鋼帶輸渣機傾角為33.5°，爬坡段長度達30m，考慮到爐渣安息角及輸渣時爐渣的穩定性，經實驗研究，在二級大傾角鋼帶輸渣機的輸送網帶上增加擋板結構，防止輸送時爐渣的回流，滿足系統大傾角、大輸送量的要求，提高了排渣系統的輸送效率與運行的穩定性。

2.2.6 渣倉

排渣系統設計有1座渣倉，直徑為10m，有效容積為500m3。渣倉本體和支架采用鋼結構形式，整個渣倉設有防雨頂棚與控制室。渣倉的鋼結構具有足夠的強度，能在長時間振動等各種工況下可靠運行。渣倉設有固定料位指示器和連續料位指示器，當料位過高可發出報警信號。頂部設有事故真空壓力釋放閥，以保護設備的安全。布袋除塵器被設置在渣倉頂部，可使排塵濃度不大于50mg／m3。倉下部的出渣具有雙出口結構，一個出渣口連接著雙軸加濕攪拌機，另一個出渣口與干灰散裝機相連，雙出口結構便于爐渣運輸方式的選擇和爐渣的后續使用。

3 兩級輸送干式除渣系統的運行

3.1 節能運行

兩級輸送干式除渣系統的運行較為平穩，尤其是一、二級鋼帶輸渣機配合使用的效果良好，大大降低了干渣輸送系統的故障率，滿足了各種工況下鍋爐的排渣要求。與同類機組濕式除渣系統相比，該干式除渣系統的用水量為零，其灰渣輸送時采用可控風冷卻，改變了以往直接用水冷卻爐渣的方法，保持了干渣的使用活性，降低了系統的運行成本，具有很大的節能和環保價值。

3.2 干式除渣系統的調試

兩級輸送干式除渣系統經調試后，各設備的運行狀態良好。鍋爐檢修后，在爐渣中易混雜一些鐵質物品，容易使碎渣機卡堵，需加強設備運行狀態的調整，減少鐵質雜物。

鍋爐運行一段時間后，有時會形成大塊焦渣，此時，爐底排渣裝置發揮了作用，由于機組的渣量較大，結焦大渣塊也很堅硬，通過調整除渣系統的運行參數，加大了爐底排渣裝置擠壓頭的推力，取得了很好的效果。

由于二級大傾角鋼帶輸渣機的爬升角度較大，在爬坡段內，常發生細渣倒流的問題，為此，采用了新型阻燃耐磨的皮帶刮板。經調試后，解決了細渣倒流等問題。

目前，兩級輸送干式除渣系統尚存在冷卻風入爐風溫較低，排渣系統風量超過設計值等問題，需要在運行中逐步調整設備運行狀態，摸索和收集該鍋爐最佳運行工況時的各項運行參數。

4 結 語

通過系統設備的合理配置，兩級輸送干式除渣系統完全適應于1 000MW超超臨界機組。采用二級大傾角鋼帶輸渣機直接進渣倉的輸送方式，可以滿足大容量機組較大排渣量的要求。實踐證明，該種干式除渣系統不但對電廠的節能、環保意義重大，更能夠較大程度提高大容量機組的安全性與穩定性，對超超臨界燃煤機組除渣系統的設計與優化具有較大的參考價值，是值得推薦使用的一種除渣系統。