超臨界燃煤機組除渣系統優化改造效益分析

李 圳，周 朋

(山西兆光發電有限責任公司，山西 霍州 031400)

山西兆光電廠2×600MW常規燃煤發電機組鍋爐為超臨界參數變壓直流爐，屬于單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構的Π型鍋爐。兆光600 MW機組3號鍋爐燃燒后灰渣中大渣含量相對偏高，同時由于燃煤市場影響，目前鍋爐燃用煤種發生很大變化，實際燃用煤種較設計煤種煤質較差，鍋爐排渣量增加較多，瞬時最大排渣量達50 t/h以上(原除渣系統一、二級鋼帶機設計最大排渣量 35 t/h)，嚴重偏離原設計鍋爐最大排渣量。

由于一、二級鋼帶機出力不足，鍋爐運行中經常出現關閉鋼帶機擠壓頭狀況，大量灰渣堆集在鍋爐冷灰斗里，對鍋爐整體承重帶來很大的安全隱患；原一、二級鋼帶機兩套輸渣系統結構復雜，日常維護量非常大，維護費用較高。

兆光電廠二期2×600MW機組于2019年初實施了除渣系統節能改造。3號機系統于2019年2月16日投入運行。

1 設備概況

兆光電廠二單元2×600MW機組除渣系統鋼帶機參數如下：一級鋼帶機型號GPZS14；輸送能力10～30 t/h；鋼帶有效寬度1 400 mm；傾斜角度27°；二級鋼帶機型號GPZS12；二級鋼帶機設計輸送能力10～35 t/h；鋼帶有效寬度：1 200 mm。目前燃用煤種情況下，正常平均渣量30～40 t/h，機組高負荷情況下，磨煤機煤量約360 t左右，渣量約50 t左右，遠大于一、二級鋼帶機的設計出力。

二級鋼帶機鋼帶有效寬度1 200 mm，比一級鋼帶機有效寬度1 400 mm偏小，同時二級鋼帶機傾角32°，大于一級鋼帶機27°的傾角，造成運行中二級鋼帶機回渣量相對較大，出力明顯小于一級鋼帶機。

2 改造內容

2.1 干渣機改造

拆除原一級、二級鋼帶機，安裝鱗斗式干渣機、碎渣機設備，重新安裝1臺新干渣機系統，見圖1和圖2。目前3號鍋爐燃用煤質為摻燒煤，發熱量3 500 kCal/kg(14.6 MJ/kg)左右，硫分2.5%以內，易結焦，灰分40%～50%，與設計煤質偏差較大(附表1)。平均渣量40～50 t/h，最大渣量 80 t/h左右，新改造干渣機系統保證出力可調，正常出力為60 t/h，最大連續出力為100 t/h。

表1 3號鍋爐燃用煤煤質與設計煤煤質比較

圖1 網帶式干渣機驅動方式

圖2 鱗斗式干渣機驅動方式

2.2 渣倉整體移位改造

渣倉及鋼支架高度約27 m，設備整體利舊。本次除渣系統改造，需要將原渣倉移位約30 m。因此，基礎需要重新澆筑。在新渣倉基礎澆筑及完成后用350 t汽車吊將渣倉整體移位至新基礎。本次渣倉利舊改造只更換渣倉卸料控制柜及布袋除塵器，其余設備全部利舊。

2.3 渣倉基礎改造

渣倉基礎土方開挖，回填土夯實后制作模板并進行綁扎，最后進行混凝土澆筑，養護時間10 d。

2.4 改造亮點

(1)鱗斗式干渣機輸渣能力強，鱗斗容積大，出力較網帶式干渣機提升 2 倍以上。原鋼帶機邊板高度100 mm，鱗斗邊板高200 mm，底面結構由平面改為曲面，適合煤種灰渣量大的干渣機。

(2)鱗斗式干渣機輸送帶主體為沖壓曲面結構，可存細灰，適于大傾角輸送(調研國內輸送角度最大可達45°，兆光3號鍋爐此次改造傾角38°)，解決現有二級鋼帶機因角度過大返灰嚴重的問題，同時也解決現場位置受限必須采用大傾角問題。

(3)簡化干渣機系統，取消清掃鏈系統，鱗斗式干渣機其輸送是由雙鏈條和承載板組成，采用自清掃機構，不設單獨清掃鏈減少故障點，檢修維護量少，結構簡單；更換檢修方便，對工人操作要求低。

(4)優化干渣機輸送帶冷卻系統，原鋼帶機鍋爐底渣冷卻采用爐膛負壓吸入空氣進行冷卻(側面及頭部多處冷卻口)，鱗斗式干渣機冷卻風量由頭部調節風門進行控制，能根據鍋爐的排渣量自動調節，且不影響鍋爐的燃燒，最大冷卻空氣量不超過鍋爐燃燒空氣量的1%。干式排渣機在設計出力60 t/h時運行，其排渣溫度低于100 ℃，在最大出力100 t/h 時運行，其排渣溫度低于150 ℃；在各種工況下，干式排渣機殼體溫度應保持在50 ℃以下。

(5)增加鱗斗式干渣機尾部冷卻風門。調試運行期間，新鱗斗式干渣機連續發生三次卡澀停運故障，經現場分析研究，干渣機停運主要原因是由于尾部積渣嚴重造成。針對兆光電廠燃用煤質灰分中矸石粉含量偏高、密度大、細度低特點，對新干渣機尾部進行改造，增加冷卻風門、攝像頭監視等措施。運行中當發現尾部有積渣趨勢，可及時打開冷卻風門，增加負壓吸力，同時提高干渣機驅動電機頻率，徹底解決運行中干渣機卡澀故障，也為生產廠家設備升級改造提供了新的方向。

(6)優化干渣機驅動電機運行頻率，干渣機驅動電機采用變頻電機，最高可在50 Hz頻率下運行。經過兆光電廠一年來運行總結，可通過干渣機頭部灰渣溫度和尾部積渣工況進行控制：正常工況干渣機控制35～45 Hz頻率下運行，當干渣機頭部灰渣溫度高于140 ℃，尾部存在部分積渣時，可增至50 Hz頻率運行，待干渣機運行正常后，再調整至35～45 Hz頻率下運行。大大降低了干渣機運行能耗，提高了機組經濟效益。

圖3 改造前干渣機尾部冷卻風門

圖4 改造后干渣機尾部冷卻風門

圖5 干渣機尾部冷卻風門改造前后對比

3 改造后系統性能指標分析

3.1 引風機電流

改造后相對于改造前引風機電流有明顯降低，電流平均降低15 A左右，尤其在80%負荷時最明顯，電流降低59 A。

3.2 氧量

改造后比改造前氧量平均降低1%左右，尤其負荷越低越明顯，50%負荷時能比改造前降低1.8%左右，75%負荷以下改造前后偏差都在1%左右。由于電力市場裝機容量過剩，電量不足，機組長期在80%符合以下運行，因此節能效果更加明顯。

3.3 分隔屏壁溫

改造前后不同負荷下，分隔屏最高與最低壁溫偏差明顯；負荷越低，偏差值越大；50%負荷時，改造前偏差值35 ℃，改造后27 ℃，偏差值減少9 ℃。同時分隔屏壁溫改造后比改造前降低10 ℃，保證了蒸汽的受熱均勻，減少爆管概率。分隔屏壁溫偏差負荷越低越明顯，70%負荷以下，溫度偏差在8 ℃左右。

3.4 燃燒器擺角

燃燒器擺角在改造后比改造前低6°，減少了火焰中心，提高了水冷壁的輻射熱，減少了沖刷分隔屏的概率，提高了鍋爐的效率。

3.5 負荷跟蹤狀況

改造前，由于干渣機影響，機組只能帶300 MW負荷，計劃負荷只是中調給的最低負荷計劃，無法達到計劃負荷。改造后，干渣機運行正常，全天負荷跟蹤狀況良好，曲線平穩，未出現因干渣機故障影響機組負荷情況，最高負荷偏差按1 h計算，偏差主要原因是煤質影響所致。

4 系統改造后經濟指標分析

4.1 負荷

選取 2018 年5月、6月兩個月運行狀況(除去6月23日—7月19日長期故障影響負荷情況)，平均每月影響負荷約5 379.5 MW。

根據雙細則考核規定，每萬千瓦時電考核200元，每月平均考核537.95(kW·h)×0.02萬元/(kW·h)=10.759萬元，2019年2月3號爐干渣機改造完成后，全年未發生干渣機影響負荷情況，運行狀態良好。

4.2 節能

鱗斗干渣機耗電量為30 kW·h。由于本次改造采用一步進倉的鱗斗干渣機，因此，取消了一級清掃鏈電機，二級鋼帶機電機，二級清掃鏈電機。一級鋼帶機電機額定功率為15 kW，一級清掃鏈電機為2.2 kW，二級鋼帶機電機為15 kW，二級清掃鏈電機為2.2 kW。

可計算得到原鋼帶機耗電量為34.4 kW·h。鱗斗干渣機耗電量為30 kW·h。故鱗斗干渣機比原鋼帶機節省電量為4.4 kW·h；每月可節省電量約3 168 kW·h。

4.3 維護費用

4.3.1 原一二級鋼帶機

(1) 日常維護費用：下托輥維修更換約15件/a，上托輥維修更換約5件/a，輸送帶更換約20 m/a。清掃鏈組件20 m/a。液壓站液壓油更換400 L/a。減速機用油更換60 L/a。液壓系統換向閥更換約4件/a。液壓系統管接頭更換維護。攪拌機葉片維修更換10件/a。布袋除塵器濾袋更換10件/a。每年維護費用約50萬元。

(2)大修費用：輸送帶使用壽命約2 a，整體更換費用約180萬元(兩級干渣機)，大修期5 a需更換2次，共計約360萬元，頭尾鏈輪更換維護約14萬元(兩級干渣機)。輸送帶輪系的維修更換，預計約60萬元。總計約434萬元。

4.3.2 新干渣機

(1)日常維護費用：下托輥維修更換約15件/a，上托輥維修更換約5件/a，鱗斗夾片更換約20件/a。液壓站液壓油更換400 L/a。減速機用油更換60 L/a。液壓系統換向閥更換約4件/a。液壓系統管接頭更換維護。攪拌機葉片維修更換10件/a。布袋除塵器濾袋更換10件/a。每年維護費用約5萬元。

(2)大修費用：鱗斗使用壽命約5 a，整體更換費用約110萬元，頭尾鏈輪更換維護約7萬元。鱗斗輪系的維修更換，預計約 35 萬元。總計約152 萬元。

因此，僅維護費用對比，新干渣機比原鋼帶機每年節省45萬元。

5 系統改造投資與效益分析

5.1 鱗斗干渣機總投資

此次3號鍋爐輸渣系統設備改造、安裝總投資 543萬元。

5.2 系統改造后節能效益

(1)3號鋼帶機改為鱗斗干渣機后可節電4.4 kW·h，按上網電價為0.332元/(kW·h)計算，每年節省電費為1.26萬元。

每年外排渣影響負荷節省的費用(除去成本及財務等85%費用)，根據“4.1改造前后影響負荷情況”分析，選取 2018 年5月、6月兩個月運行數據，平均每月影響負荷約5 379.5 MW，按上網電價為0.332元/(kW·h)計算，每年可節省電費321.48萬元。

(2)維護費用平均每年節省費用約45萬元，每年節能效益367.74萬元。

5.3 回收年限

不考慮漏風、負荷考核、環保等因素影響，僅從電機容量降低、外排渣負荷影響和維護費用影響等方面節能收益考慮，投資回收年限約1.5 a。

6 結 語

兆光公司3號機組干渣機系統改造于2019年2月16日投入運行，設備連續運行一年半左右，未發生一次由于干渣機原因引起的系統故障，改造后技術節能環保效果明顯，為同類機組干渣機系統改造提供了可借鑒經驗。

(1)改造后干渣機出力更大，輸灰效率更高，運行更穩定，并解決了原鋼帶機負荷高時打滑的問題，大大減少了設備維護成本和運行成本。

(2)改造后，大幅度降低了鍋爐底部漏風現象，尤其是低負荷情況更加明顯，300 MW負荷狀況下，爐膛出口氧量下降1.82%，鍋爐燃燒更加經濟，對鍋爐燃燒和脫硝運行非常有利。

(3)改造后，由于系統穩定，設備從一、二級鋼帶機系統改為1臺干渣系統，系統大為簡單，節能效果明顯，僅考慮設備節能、外排渣影響電量節能、維護費用節能三個方面，每年可節省367.74萬元，根據投資費用考慮，回收年限1.5 a。

(4)干渣機改造技術節能環保效果明顯，徹底解決了原鋼帶機頻繁故障引起的粉塵及爐渣污染問題，適合大范圍推廣。