干式排渣系統對鍋爐燃燒的影響及選型

徐剛

摘 要：該文主要分析了干式排渣系統對鍋爐運行的主要影響，并著重論述了干式排渣系統三大組成部分：機械系統、電氣系統、控制系統的穩定性要求和實現的技術方法，對工程項目中干渣機的選型會有一些參考價值。干式排渣與水力排渣系統相比有著系統維護簡單、節水環保、干渣活性好等優點。此外，通過計算冷卻爐渣用的爐底進風量對鍋爐效率、爐膛出口煙溫等的影響，從理論上透徹地掌握了干式排渣冷卻系統對鍋爐安全運行所造成的影響，從而為該系統的經濟有效運行提供有力的技術支持和理論指導。

關鍵詞：干渣系統 機械 電氣 控制

中圖分類號：TK227 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0117-02

1985年意大利MAGALDI公司發明并研制開發了MAC干式排渣系統，截至2014年，國外已有20多個國家多個燃煤電廠150多臺20～700 mW機組的鍋爐選用了MAC干式除渣系統，鍋爐正常排渣量一般不超過6.5 t/h、最大排渣量不超過25 t/h，每爐配1臺長度20～40 m的MAC風冷干式排渣機；僅希臘Magaiopolis電廠3號機組（300 mW）正常排渣量高達25 t/h、最大排渣量高達50 t/h。

因干式排渣系統具有節水、節電、維修費用低、能有效降低爐底灰渣含碳量等顯著優點，符合現階段建設新型環保電廠的要求，以鋼帶輸渣機為主體設備的干式排渣系統逐漸被廣大用戶所接受而得以迅速推廣。現全國采用干式排渣系統的火力發電廠數量已經超過了百個，配套機組容量也從原來的200 mW發展到300 mW，600 mW超臨界、超超臨界，1000 mW超超臨界燃煤機組。隨著干式排渣系統的大量應用，其系統穩定性也越來越得到各大設計院工程設計人員和電廠運行、檢修人員的重視。正是由于眾多優點，干式排渣系統也受到各大電力投資公司的青睞，在項目招標的時候均要求采用此系統，特別是那些缺少淡水的區域，更加趨向于此種系統。

1 干式排渣系統對鍋爐運行的主要影響

干式排渣系統是對原有水力除渣系統的代替，不是新增的輔機設備，但對鍋爐的運行影響具有自己的特點。

1.1 系統進風對鍋爐運行效率的影響

系統進風分為冷卻進風和漏風。冷卻進風是包括從手動進風門和電動（或氣動）進風門進入封閉的鋼帶輸渣機的冷卻灰渣的正常進風。（如圖1）

漏風是包括設備連接部位（如：斗提機與碎渣機、鋼帶輸渣機和爐底排渣裝置，渣井和鍋爐水冷壁下聯箱）和設備本身（如鋼帶輸渣機各標準段連接處）的所有非正常進風。

根據多方單位測試研究表明，當鋼帶輸渣機內灰渣的冷卻風量小于鍋爐總進風量的1%時，不會影響到鍋爐效率和爐膛火焰中心高度。系統進風為冷卻進風和漏風之合。為獲得最好的冷卻效果，應盡量加大冷卻風量，減少系統漏風，如非螺栓連接金屬接合面采用滿焊，螺栓連接接合面之間加石棉布和鉛油，觀察窗和檢修門加耐高溫橡膠等封閉措施。

1.2 系統停運對鍋爐負荷的影響

干式排渣系統在BMCR工況下設計停機時間是12 h（此為根據印尼龍灣315 mW機組上、由于燃燒煤質較好、鍋爐底渣設計連續排渣量為1 t/h。而計算出的時間），在國內大部分電廠，由于大部分燃燒低品質煤種，則停機時間可能會縮短，這取決于渣量和渣井的容量。如果想要進一步延長干渣系統停機時間，可以通過降低負荷實現，經過對300 mW機組試驗，在一臺磨煤機工作情況下，系統可停機9 h以上。因此在通常情況下，干式排渣系統對鍋爐的影響非常小。

2 干式排渣系統工藝設備的運行穩定性

對鍋爐安全穩定運行產生潛在威脅的，還有干式排渣系統設備自身的穩定性和安全性。其主要系統設備包括：渣井、爐底排渣裝置、鋼帶輸送機、碎渣機。

2.1 渣井設備（含水封或機械密封）

渣井設備的安全性主要表現在結構強度和密封兩方面。渣井設備不但要滿足BMCR工況下12 h的儲渣要求，還要保證落大焦情況下的耐沖擊要求。圖2為采用大型有限元軟件ANSYS進行格柵受60 m高2000 kg大焦塊沖擊時的狀態分析圖。

從圖2可以看到，格柵只是局部發生形變，并不會損害，有效地保護了下方的鋼帶輸送機設備。渣井的獨立支撐，加強筋都可有效提高結構強度。

正對鍋爐側壁，渣井下部澆注的耐火澆注料也會經常遭到焦塊的沖擊，因次耐火澆注料在保溫隔熱的同時還要具有一定的強度。

渣井與鍋爐水冷壁下聯箱的連接密封現在有兩種方式。一種是水封，一種是機械密封。兩種方式都可滿足爐膛X、Y、Z方向上的位移要求。機械密封一次性投資比水封大3倍左右，但省了運行時補水的費用，而且沒有鍋爐啟動時水封槽內溢水的問題，只要施工時焊接仔細，安裝正確就不會存在漏風問題。

2.2爐底排渣裝置

爐底排渣裝置的安全性主要表現在擠壓頭的靈活開關上。在鋼帶輸送機及后續輸送系統發生故障時，該裝置的擠壓頭關閉，爐渣暫時存儲于渣井。安裝于防護隔柵上（格柵間隔200 mm）的擠壓頭打開或關閉狀態均為水平移動，垂直作用力由靜止的隔柵承受，關斷門不受力，即使油缸失靈也不會自動打開。隔柵、擠壓頭采用耐高溫、耐磨材料，熱變形小。擠壓頭采用液壓系統驅動，壓力可達5 t，保證關閉時不會被大渣，大焦卡住，并起到預破碎大焦的作用。

2.3 鋼帶輸渣機

鋼帶輸渣機是干式排渣系統的核心設備，其安全性主要表現輸送鋼帶和驅動裝置。只要鋼帶輸渣機不停，一般就不會影響鍋爐的正常運行。鋼帶的材質一般都采用進口超低碳耐熱不銹鋼，鋼帶的寬度需根據鍋爐的排渣量來選擇，一般在800～1600 mm之間。鋼帶的結構不同干式排渣系統廠家會有不同的結構。經多年的研究，如下的鋼帶結構具備優異的熱強性和抗蠕變性能，優良的持久塑性和組織穩定性，常溫和高溫下，安全系數范圍（3～6）。（如圖3）

驅動裝置分為鋼帶驅動和清掃鏈驅動兩部分。目前采用的驅動機構大都采用進口品牌的產品，國產品牌在穩定性和體積上均達不到相關的要求。如比較常見的鋼帶驅動采用的是意大利的布雷維尼的減速機，清掃鏈驅動采用的是德國的SEW，原配的ABB變頻電機，兩種產品都有10來年的干式排渣系統運行業績。與變頻電機配套的變頻器可選擇余地較大，如：西門子、施耐德、AB系列均可。

2.4 碎渣機

碎渣機的安全性主要表現在吃大渣和大焦的效果和使用壽命。碎渣機工作溫度按不低于350 ℃設計。因國內鍋爐燃燒煤種復雜多樣，故有渣量大，易結焦的特點。這就要求碎渣機不但要有較大的出力，還要有較強的吃大焦、硬焦能力。根據近幾年對進口碎渣機使用情況反饋來看，進口碎渣機普遍不適應中國的爐渣情況，具體表現在碎渣機輥齒板易碎，碎渣機顎齒板易碎，軸承易磨損，主軸壽命短。相比較進口碎渣機，具有自主知識產權，專門針對國內市場干排渣市場研發生產的耐高溫碎渣機實際使用效果良好，對大渣，大焦的優異處理能力得到了眾多電廠的肯定。其主要性能指標有：碎渣機輥齒及顎齒板工作壽命大于24000 h，主軸工作壽命大于80000 h，軸承工作壽命大于30000 h，殼體、支架等結構件壽命不小于30年。（如圖4）

3 干式排渣系統電氣設備的運行穩定性

3.1 設備供電等級

目前國家尚無干式排渣系統設計規范，參考水力除渣設備供電級別和以往工程實踐經驗，根據設備使用重要性和負荷大小采用如下供電方式：鋼帶輸渣機、碎渣機、斗提機、渣倉卸渣設備等可從輔機MCC采用單路供電；液壓泵站控制箱因為控制爐底排渣裝置，對鍋爐運行影響較大，建議采用雙路供電，在泵站控制箱內設電源自動切換裝置。

3.2 電氣元器件的選擇

干式排渣系統所用電氣元器件不多，而維修往往需要停系統才可進行，故電氣元器件盡可采用質量、壽命可靠的產品。如：施耐德、ABB、穆勒、西門子等國際大廠產品。

3.3 就地控制箱的IP等級

干式排渣系統一般都配有就地控制箱，已滿足特殊工況下就地操作的需要。就地環境一般比較惡劣，尤其是南方地區鍋爐廠房一般不做封閉處理，爐底環境同室外環境，故控制箱防護等級一般不能低于IP54。控制箱應考慮防雨，如果內設變頻器還需考慮通風散熱。

3.4 電動機的IP等級

除液壓泵站電機工作環境較好，可考慮IP44防護等級外，其余電機大多工作于室外，環境較差，防護等級應按不低于IP54設計。

4 干式排渣系統控制系統的運行穩定性

4.1 系統硬件要求

干式排渣系統既可納入DCS控制系統集中監視控制，也可設置單獨的PLC加操作員站監視控制。因DCS系統本身具有很高的穩定性，故在硬件方面可以保證系統可靠性，主要是考慮軟件編程應滿足干式排渣系統連鎖保護要求，并進行完整的連鎖保護試驗。在新建電廠中，由于DCS廠家對干式排渣系統重視程度不夠，經常發生連鎖保護尚未完善，系統就開始運行的情況，給系統安全運行造成很大隱患。在采用PLC加操作員站控制方式時，對PLC的選擇提出了較高的要求。如可編程序控制器（PLC）應帶有雙機熱備中央處理單元（CPU），冗余的電源模件，冗余的通訊模件。目前國內應用最多的是Modicon的QuantumUnity和AB的ControlLogix系列。在PLC機柜布置上，無論是CPU主站還是遠程I/O站，均布置在灰控樓控制室較為理想，現場條件很難滿足PLC模塊運行條件，非常容易由于積灰造成模塊損壞。

4.2 系統軟件要求

干式排渣系統由多個設備組成，設備之間的連鎖保護由控制系統完成，故控制系統編程的完整性和可靠性是干式排渣系統安全運行的必要保證。為保證程序可靠運行，除按干式排渣系統控制要求和控制邏輯圖正確編寫程序外，還應進行完整的連鎖保護調試，通過調試來發現設計中存在的漏洞，通過試運行來檢驗。

5 結語

干式排渣系統從引進到國產化已經經過了20來年的時間，設備也從開始的模仿發展到現在的自主創新，對國內燃煤鍋爐的適應性越來越好，安全可靠性也越來越高。在工程項目的投標和干式排渣系統的招標過程中，本文可以用來做以參考。

參考文獻

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