某發電廠1、2號鍋爐濕式除渣改造至干式除渣的可行性分析

龔仁明

摘 要：江蘇華電句容發電廠一期鍋爐采用濕式除渣系統，在實際使用過程中存在環境污染嚴重、水量消耗大、能耗高、綜合性能低等問題。為了確保改造后的除渣系統能根本解決因渣水的跑冒滴漏帶來的環境污染問題，選擇干式除渣系統是從源頭上根本解決一期除渣系統渣倉濕渣裝車帶來的渣水環境污染問題的最佳方式。

關鍵詞：濕式除渣；環境污染；干式除渣

江蘇華電句容發電廠一期工程已建成2×1 000 MW超超臨界燃煤汽輪發電機組。鍋爐為超超臨界參數變壓運行直流爐、單爐膛、前后墻對沖燃燒、一次再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構；鍋爐采用露天、П型布置。最大連續蒸發量3 099.820 t/h。

一期工程2×1 000 MW機組爐底渣處理，以一臺爐為一個單元，采用“過渡渣井及水封板+刮板撈渣機+渣倉”連續排渣方式。鍋爐底渣通過刮板撈渣機粒化、冷卻、脫水，進入渣倉經過短暫存儲后，由汽車外運供綜合利用或運到灰場碾壓堆放。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。

1 系統運行現狀及存在問題

一期采用傳統水浸式刮板撈渣機系統，每臺爐下配置一臺刮板撈渣機，每臺爐爐側布置一臺渣倉，運渣汽車直接在渣倉下裝車外運。從刮板撈渣機水浸槽中撈出的渣，在進入渣倉之前的輸送過程中脫水。刮板撈渣機采用析水刮板，以期達到刮板撈渣機排出的渣含水率<25%的外運要求，外運供綜合利用或在灰場堆放。刮板撈渣機及渣斗的溢流水經高效濃縮機澄清后重復使用，不對外排放[1]。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

華電句容發電廠一期工程2×1 000 MW機組分別于2013年8月和2013年11月投產。投產后的一期刮板撈渣機濕式除渣系統在實際運行中存在以下問題[2-3]。

1.1 安全性較差

刮板撈渣機在使用CB280液壓馬達時，因渣量過大，撈渣機跳停，造成機組非停。2015年將原液壓馬達CB280升級到CB400，兩臺爐共發生費用268萬元。驅動齒盤連接螺栓斷裂導致齒盤脫落，造成機組非停。撈渣機斜升段鑄石板脫落，影響機組安全運行，只能在線鋪設鋼板予以彌補。鏈條、鏈輪、刮板磨損周期與機組檢修周期不吻合，經常需要在線進行修復，增加了不安全因素。

1.2 嚴重的環境污染

由于渣量較設計煤種增加很多、撈渣機行程較短及渣倉的瀝水性能未能達到設計要求等因素，實際裝車時渣的含水率在40%左右，遠遠達不到設計要求的渣含水率<25%的外運要求。因為渣的含水率過高，濕渣在運輸過程中渣水的跑冒滴漏嚴重影響了渣倉周邊和沿途環境，使得運渣車沿途渣水灑落過大而無法直接外運。實際運行中，外運單位經常因渣水的沿途污染被公路管理處罰款，每次罰款金額在2 000～3 000元。

1.3 水量消耗

雖然渣水冷卻水系統為零排放，但渣在水冷過程中、在含水渣的外運過程中、在冷卻水循環處理過程中，不可避免地消耗水資源。僅渣中水的外帶水量，以每噸渣外帶0.4 t水計，每臺爐每天損耗160 t水，按綜合費用1元每噸計，每臺爐每年4.4萬元。同時還存在著對爐膛的水汽腐蝕。

1.4 運行檢修工作量大、費用高

一期刮板撈渣機濕式除渣系統，為了保證排渣溫度不至于過高，采用水冷卻方式，并為此配置了復雜的冷卻水凈化冷卻處理系統。濃縮機排污泵間歇運行，啟停頻繁，維修較頻繁，冷卻塔填料結垢變形嚴重，需經常更換。系統的復雜帶來了維護成本的提高，鏈條磨損、鑄石脫落、液壓油過濾器更換等維護檢修費用每臺爐每年約130萬。

1.5 能耗高

除了撈渣機在輸送水的過程中需要消耗不必要的能量外，一期爐底出渣系統的水處理系統中的熄火水泵、溢流水泵、高效濃縮機、冷卻塔、排污泵亦需要消耗額外的能量。

1.6 綜合性能低

灰渣綜合利用低。灰渣經過水融合后，活性降低，綜合利用性能差。

2 除渣系統選擇

目前大型火電廠爐底除渣系統分為兩大類型：一類為濕式除渣系統，一類為干式除渣系統。濕式除渣系統按冷卻水與渣的接觸方式，可細分為直接水冷式和撈渣機體內冷卻水管非接觸自循環水冷式兩種。干式排渣系統采用風冷卻熱渣，不需要用水冷卻，系統無水耗，無廢水排放，無廢水處理系統。

根據華電句容發電廠一期除渣系統存在的問題和本改造項目渣方案的主要選擇原則，為了確保改造后的除渣系統能根本解決因渣水的跑冒滴漏帶來的環境污染問題，減少運行成本，選擇干式除渣系統，是從源頭上根本解決一期除渣系統濕渣裝車帶來的渣水環境污染問題的最佳方案[4]。

3 干式除渣機選擇

國內應用的干式排渣機有鋼帶（網帶）排渣機、履帶（鏈板）排渣機、鱗斗排渣機3種類型[5]。

3.1 鋼帶（網帶）排渣機除渣系統

鋼帶（網帶）式排渣機式在國內現運行的各類干渣機中最早且最多使用的干渣機形式。鋼帶（網帶）式排渣機主要由驅動系統、輸送/清掃系統、液壓張緊系統、輸送托輥、進風系統、殼體等組成。輸送系統采用不銹鋼網帶傳動。

優缺點分析：輸送網帶以靠驅動輥摩擦力驅動，傳動平穩，磨損小，但過載易打滑。底部設置清掃系統以清掃底部灰渣，增加了一套系統，多了一個事故點，增加了功耗，不合適大傾角輸送。清掃系統負載大磨損大。《大中型火力發電廠設計規范》（簡稱《規范》）規定“風冷式鋼帶輸渣機傾斜段傾角不宜大于33°”，實際使用中可以達到35°以上。

3.2 履帶（鏈板）排渣機除渣系統

履帶（鏈板）式排渣機適用于常規燃煤鍋爐底渣的連續輸送，其工作原理是采用圓環鏈傳動，疊加履帶（鏈板）板為載體，密閉式底部吸入自然空氣進行冷卻的排渣機，冷卻后的熱風也全部進入爐膛。

履帶（鏈板）式排渣機的核心輸送帶由兩條高強度圓環鏈和一組履帶（鏈板）板組成，圓環鏈年拉伸率（包括拉長和磨損）約1%～2.3%，雙鏈條偏差也在25～100 mm，由于履帶（鏈板）為連續布置，當雙鏈偏差接近半個鏈環時需要及時對鏈條進行對調或者更換，否則會引起鹵代板變形，甚至引起設備卡塞。

優缺點分析：履帶（鏈板）式排渣機采用自清掃帶，適合較大傾角輸送，降低了成本和設備高度，但限于其結構特點，底部有殘留，且在干渣機尾部易堆積灰渣，會造成一定污染。由于采用圓環鏈傳動，傳動力大大提供，無打滑問題。圓環鏈線接觸形式易磨損，雙鏈同步性差，輸送系統壽命較低。大傾角輸送履帶（鏈板）板易變性產生故障，最大輸送角度40°。

3.3 鱗斗排渣機除渣系統

鱗斗排渣機是針對帶（網帶）式排渣機運行中的種種不足，由我國自主研發的新一代干式排渣機，最大裝機容量1 200 MW。鱗斗排渣機是依靠風冷，鱗斗為承載灰渣和換熱載體，套筒模鍛鏈為改向、承載和傳動中心，輸送程依靠簡支軸支撐，回程依靠懸臂軸支撐，具有同步清掃器的自清掃全密閉式鍋爐底渣干式排渣機，其結構如圖2所示。

圖2 鱗斗排渣機

優缺點分析：套筒模鍛為精密鏈傳動，不打滑，出力大，磨損小，同步性高，耐磨壽命高，不足是制造工藝復雜且要求較高；鱗斗制造工藝也比較復雜，但作為輸送換熱載體，冷卻效果好，更適合大傾角輸送。鱗斗干渣機輸送承載也采用簡支軸支撐，比懸臂軸抵抗沖擊能力強；自清掃輸送結構，簡化了系統，減少了故障點，降低了費用，且設有同步清掃器，尾部無積灰。

根據以上分析，鱗斗干渣機的綜合性能最好、布置傾角最大（有利于直接進倉的最簡布置方式）、具備大出力排渣機的性能。推薦采用各項性能俱優的鱗斗干渣機，利用鱗斗干渣機適合大傾角輸送的特點，采用鱗斗干渣機直接進渣倉的布置方案。

4 結語

通過對濕式除渣系統及鋼帶（網帶）排渣機、履帶（鏈板）排渣機、鱗斗排渣機3種干式除渣系統進行比較，從除渣系統技術可靠性的角度和節省投資、便于檢修、運行管理的角度出發，本工程采用“鱗斗排渣機直接進倉”方案。本次爐底渣系統改造后，將為華電句容電廠一期爐底渣運行管理帶來以下效果[6]。

4.1 根本解決渣水對環境的污染

由于系統無水耗，干式排渣系統無渣水滴流、無廢水排放，無需廢水處理系統，有利于環境保護和文明生產。

4.2 無水耗

干式排渣系統用風冷卻熱渣，不需要用水冷卻，節約了大量水資源，降低電廠運行成本。

4.3 灰渣綜合利用高

干渣中的氧化鈣未被破壞，可直接用于建筑材料，干渣的綜合利用效益提高。

4.4 系統簡單、能耗低、系統維護檢修量下降

干式排渣機排出的渣可直接儲存和運輸，不需要濕式排渣系統的后處理設備，且干渣直接一步上倉，工藝流程簡單，運行費用少；采用鱗斗式排渣機系統，物料與設備之間相對運動很少且運行速度低，磨損小，使用壽命長；干式排渣系統結構簡單，布置方便，節省大量空間。