某2×600 MW機組電廠除渣系統優化選擇

高琳婕

（江蘇省電力設計院，江蘇南京，211102）

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某2×600 MW機組電廠除渣系統優化選擇

高琳婕

（江蘇省電力設計院，江蘇南京，211102）

摘要：根據某2×600 MW燃煤供熱電廠的特點及外部條件，在確保系統安全可靠運行的前提下，力求簡化系統、降低工程造價和減少運行維護費用。分析了刮板撈渣機和風冷式鋼帶排渣機2種排渣方案的性能和特點，并從技術、投資和運行經濟性等方面詳細進行了比較，最終選定刮板撈渣機除渣方案為該工程的除渣系統方案。

關鍵詞：火力發電廠；系統優化；鍋爐效率，節能，節水

近年國內越來越多的火力發電廠為節能減排為出發點，面臨選擇爐底除渣系統時，往往傾向于選用風冷式鋼帶排渣機作為除渣方案。針對南海2×600 MW燃煤供熱電廠工程爐底渣處理系統，設想了刮板撈渣機除渣和風冷式鋼帶排渣機除渣2個預案，并從技術、投資和運行經濟性等方面進行了分析比較，對燃煤電廠選擇合適的排渣方式有一定的參考作用。

1　除渣系統方案的2種設想

該工程鍋爐采用超超臨界參數、變壓運行直流爐、帶啟動循環泵、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、緊身封閉結構、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型燃煤爐。鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）1900 t/h 。鍋爐在燃燒相應煤種時，1×600 MW機組灰渣量見表1。

表1　鍋爐燃燒相應煤種時產生的灰渣量

針對該工程鍋爐爐底排渣系統，提出刮板撈渣機除渣方案和風冷式鋼帶排渣機除渣2種方案。

1.1刮板撈渣機除渣方案

刮板撈渣機除渣方案為機械除渣系統，按2×600 MW機組容量設計，爐底渣采用“鍋爐渣井＋刮板撈渣機＋渣倉”連續除渣方案，貯存在渣倉內的渣由汽車外運供綜合利用或運到灰場堆放。渣水經澄清后循環使用，不對外排放。爐底渣系統采用單元制，渣水閉式循環系統為2臺爐共用。其工藝流程如圖1所示。

圖1　刮板撈渣機除渣系統

每臺爐下配置1臺較大傾角可變速的刮板撈渣機，在布置上將刮板撈渣機頭部適當抬高和加長，使從刮板撈渣機水浸槽中撈出的渣在進入渣倉之前有足夠的時間脫水。刮板撈渣機采用析水刮板，確保從刮板撈渣機排出的渣含水率＜25%，可外運供綜合利用或在灰場堆放。

刮板撈渣機正常運行出力3 t/h，最大運行出力28 t/h，且留有足夠的裕量，保證刮板撈渣機在停機時其上槽體以上積滿渣時（4 h渣量），仍能帶負荷起動，并能在1h內將其（4 h渣量）輸送完畢。正常運行時刮板速度不應＞1.0 m/min，最大運行出力時刮板速度不應＞最4.0 m/min。

撈渣機的溢流水裝置設有鋸齒形溢流堰和平行斜板澄清器，以保證其攜帶的懸浮物濃度不超過于0.05%。

在每臺爐的爐側各布置1臺渣倉，運渣汽車可直接在渣倉下裝車。渣倉直徑D8 m，通過對渣倉結構優化使其有效容積達240 m3，1座渣倉可貯存1臺鍋爐在MCR工況下設計煤種約96 h的渣量，校核煤種2 約40 h的渣量。

2臺爐設置1座直徑D12 m高效濃縮機和1座標準循環水量500 m3/h冷卻塔。冷卻塔采用兩室組合結構，可單室獨立運行，塔體、均量散水頭等與污水接觸部件材質的選用充分考慮水質可能對它造成的影響。冷卻塔底部積水池為半地上結構，有效容積為188 m3。

在每臺爐下設置溢流水池并安裝2臺溢流水泵（一運一備），刮板撈渣機及渣斗的冷卻溢流水自流至溢流水池，由溢流水泵輸送到高效濃縮機澄清，澄清后清水流入冷卻塔冷卻后重復使用。高效濃縮機故障時，溢流水泵可將溢流水通過旁路直接輸送至冷卻塔。

在高效濃縮機下安裝3臺熄火水泵 （兩運一備），為渣斗提供密封槽冷卻用水和沖洗用水，為渣倉、高效濃縮機沖提供反沖洗水，為積水池攪動噴嘴供水。

高效濃縮機排污自流至底部污水池，污水池內布置2臺排污泵將高效濃縮機排污輸送至刮板撈渣機槽體內，排污泵1臺運行1臺備用。為保證鍋爐房零米的環境衛生，在刮板撈渣機下部設有排水溝通往溢流水池，在渣倉四周設地面排污溝和沖洗盤卷箱，清掃地面后的沖洗水由排污溝流入溢流水池。

1.2風冷式鋼帶排渣機除渣方案

風冷式鋼帶排渣機除渣方案為干式排渣系統，1臺爐為1個單元。爐底渣經渣井落在緩慢運動的風冷式鋼帶排渣機的輸送鋼帶上，在輸送過程中通過自然冷風將含有大量熱量的熱渣冷卻成可以直接儲存和運輸的冷渣，冷卻后的爐底渣進入碎渣機破碎后經斗式提升機輸送至渣庫，裝車外運供綜合利用，當渣暫時不能外運時，則運至灰場堆放。除渣系統連續運行，其工藝流程如圖2所示。

圖2　風冷式鋼帶除渣系統

每臺爐配置1臺風冷式鋼帶排渣機，排渣機正常運行出力3 t/h，最大出力28 t/h。爐底渣通過鍋爐渣井落到風冷式鋼帶排渣機的輸送鋼帶上，高溫爐渣由輸送鋼帶送出，送出過程中850 ℃的爐渣在傳送中冷卻。在正常運行工況下出口渣溫＜100 ℃，最大出力工況下出口渣溫＜150 ℃。冷卻用的空氣，是利用鍋爐爐膛負壓作用，由風冷式鋼帶排渣機殼體進風口進入設備內部，熱渣中所含的熱量，由風帶入爐膛，將熱渣從鍋爐帶走的熱量再帶入爐膛內，從而減少鍋爐的熱量損失。

冷卻后的爐底渣進入碎渣機，破碎后經斗式提升機輸送至渣庫。每臺爐設2臺斗式提升機，1臺運行1臺備用。

每臺爐設渣庫1座，渣庫直徑為D8 m，有效容積為240 m3，1座渣庫可容納1臺鍋爐在MCR工況下設計煤種約96 h的渣量，校核煤種2約40 h的渣量。貯存在渣庫中的干渣經干式卸料器或濕式雙軸攪拌機加濕攪拌后裝入自卸汽車送至綜合利用用戶，當渣暫時不能外運時，則運至灰場堆放。

2　除渣系統技術經濟比較

2.1兩方案技術比較

刮板撈渣機除渣系統與風冷式鋼帶排渣機除渣系統的技術比較見表2。

表2　刮板撈渣機除渣系統與風冷式鋼帶排渣機除渣系統的技術比較

2.2兩方案經濟比較

2.2.1投資比較

刮板撈渣機除渣系統與風冷式鋼帶排渣機除渣系統的投資（2臺爐）比較見表3，風冷式鋼帶排渣機除渣系統比刮板撈渣機除渣系統多投資304萬元。

表3　刮板撈渣機除渣系統與風冷式鋼帶排渣機除渣系統的投資比較　萬元

2.2.2燃煤和運行費用

（1）年動力消耗比較。刮板撈渣機除渣系統年動力消耗見表4，風冷式鋼帶排渣機除渣系統年動力消耗見表5。

表4　刮板撈渣機除渣系統年動力消耗

表5　風冷式鋼帶排渣機系統年動力消耗

按照年動力消耗費單價為0.32元/（kW·h）考慮，該工程采用刮板撈渣機除渣系統年耗電量1 190 376 kW·h，需花費38.1萬元/a；采用風冷式鋼帶排渣機除渣系統年耗電量939 675 kW·h，需花費30.1萬元/a。

（2）年耗水費用。刮板撈渣機除渣系統用水采用閉式循環，需補充水系統消耗用水。鍋爐排渣裝置的蒸發損失按下式計算［ 2 ］：

式中：A為鍋爐排渣口面積，m2；E為水封排渣槽的蒸發量，E＝73.238 kg/（m3·h）。經計算2臺爐排渣裝置的蒸發損失為4.6 t/h。鍋爐按年運行330 d計，年蒸發損失3.04萬t。按渣量的25%計，2臺爐渣帶走的水為1.46t/h，按鍋爐年MCR工況運行6000 h計，年耗水0.876萬t。

風冷式鋼帶排渣機除渣系統盡管除渣裝置不耗水，但渣調濕外運需要調濕水量，按渣量的20%計，2臺爐耗水1.164 t/h。按鍋爐年MCR工況運行6000 h計，年耗水0.698萬t。

該工程最終采用循環水排水作為除渣系統的補充水，年耗水費用不計。

（3）影響鍋爐效率產生的燃煤費。干式排渣機依靠爐內負壓從鍋爐底部干式排渣機吸入的冷風，可吸收灰渣的物理顯熱，有利于提高鍋爐效率。但冷卻風作為燃燒所需空氣從爐底送入，會使經過空氣預熱器的冷空氣量相應減少，鍋爐的排煙溫度會上升，導致鍋爐效率降低。

干排渣系統與水封式除渣裝置比較，現有的干式排渣機的結構型式和干式排渣系統的布置方案，會使鍋爐效率有所降低，一般情況下可能會降低0.5個百分點以上，即使對干式排渣機進行適當的堵漏，同時將干式排渣機兩側冷卻風風門關閉，仍會使鍋爐效率降低0.3個百分點左右。

為了保證在所有工況下干式排渣機的排渣溫度不至過高，以滿足后續設備的運行要求，冷卻風量是按最大渣量進行設計和調整的。而實際運行時，由于鍋爐負荷的變化、煤質變化、鍋爐是否吹掃等因素的影響，大部分時段鍋爐的排渣量會遠少于最大渣量，現場實際運行時運行人員更多的是關注系統排渣是否超溫。盡管目前部分設備有一定的進風量調節手段，但由于干式排渣機本身漏風非常嚴重，且調節機構的可調性差，不能做到有效調節進風量，因此，鍋爐運行的大部分時段，冷卻風被加熱的溫度會遠低于實測值，對鍋爐效率的影響會更嚴重。

20世紀80年代中期之前的電站鍋爐，普遍采用漏風嚴重水力排渣槽，此后，普遍采用水封排渣槽和刮板撈渣機等水封式除渣裝置，解決了漏風問題，提高了鍋爐效率。干式排渣系統體積龐大、運轉部件多，從結構和原理上解決不了漏風問題。

因此，風冷式鋼帶排渣機除渣系統會因降低鍋爐效率而產生額外的燃煤費用。在此按鍋爐效率降低0.5個百分點來考慮，每年需多燃標煤10 284 t。按煤價870 元/t計算，則該系統比刮板撈渣機除渣系統需多花費燃煤費用為895萬元/ a（2臺爐）。

（4）大、中修及日常維修費。針對除灰渣系統的綜合維修費率目前尚無可靠的參考數據，根據本項目除渣系統的特點和同類系統的實際運行維護情況，2種方案的大中修和日常維護費用大體相同。

綜上所述，刮板撈渣機除渣系統燃煤和運行費用為38.1萬元/ a；風冷式鋼帶排渣機除渣系統燃煤和運行費用為925.1萬元/ a。

2.2.3經濟指標比較

財務基準收益率按8%計算，所得稅率為25%，增值稅為17%，城鄉維護建設稅及教育費附加為11%，項目壽命按20 a考慮。固定資產折舊采用直線法，按綜合折舊的方法進行計算，設備部分折舊年限取15 a。根據前述數據，可得兩方案的經濟指標（2臺爐）如表6所示。

表6　兩方案的經濟指標

從經濟指標的角度看，風冷式鋼帶排渣機除渣系統年費用較刮板撈渣機除渣系統多636萬元刮板撈渣機除渣系統明顯優于風冷式鋼帶排渣機除渣系統。

3　除渣系統模塊的優化選擇

刮板撈渣機系統使鍋爐底渣的粒化、冷卻、脫水、儲運連續完成，整個系統簡潔、工藝流程順暢。撈渣機的溢流水通過由高效濃縮機、冷卻塔等組成的回收水系統，輸送到撈渣機重復使用，形成除渣系統用水閉式循環。投資少，年費用低，經濟上有一定的優勢，且大容量機組運行業績多、安全可靠、系統簡單、維護量小。

風冷式鋼帶排渣機系統簡單、節水。但投資高、年費用高，對鍋爐排渣量變化的適用性較差，系統可靠性有待運行考驗。最重要的是會使鍋爐效率降低。

4　結束語

綜上所述，并從提高發電竟價上網能力、降低生產成本、保障系統可靠性諸因素考慮，最終選擇刮板撈渣機除渣方案作為該工程的除渣系統方案。目前該項目的除渣系統已投運近2 a，刮板撈渣機運行穩定，達到了設計預期效果，并為除渣系統后續設計提供了寶貴經驗。

參考文獻：

［1］ 范仁東. 從實測數據分析風冷干排渣系統對鍋爐效率的影響［J］. 電力技術，2010，19 （7）：63-65.

［2］ 美國A—S—H公司工程標準［S］. 1987.

高琳婕（1982），女，江蘇南京人，工程師，從事火力發電廠除灰、運煤系統設計工作。

Selection of the Type of the Slag Handling System for 2×600 MW Units in a Power Plant

GAO Linjie
（Jiangsu Provincial Electric Power Design Institute ，Nanjing 211102，China）

Abstract：Based on the characteristics and external conditions of a 2×600 MW unit in a coal-fired thermal power plant， an effort were devoted to simplify the system， reduce project cost and reduce operation maintenance costs， under the premise of the reliable operation of the system. Two different slagging schemes， slag conveyor and air-cooled steel slag machine， were analyzed， and compared in the field of the technical， investment， operating costs and so on. Finally， slag conveyor cleaner program was used as the lagging scheme of this project.

Key words：thermal power plant； system optimization； boiler efficiency； energy saving； water saving

中圖分類號：TK223.2

文獻標志碼：B

文章編號：1009-0665（2016）03-0087-04

作者簡介：

收稿日期：2015 -11-30；修回日期：2016-02-17