600MW火電機組撈渣機渣水系統節能改造

魏廣鴻，劉吉，董偉波，韓建衡

（內蒙古京隆發電有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012100）

0 引言

就我國的火力發電廠而言，肩負起為人民發電的重擔，既是義務，也是責任。同時，還要承擔整個社會發展的生存條件。因此，在節能降耗、改善自然環境方面，電廠有著不可推卸的責任?；以h的更新改造恰好是按照綠色環保和經濟效益的標準進行的。對原有能耗高設備進行相應的改造，同時此系統可減少用電量，提高水資源利用率，降低設備維護成本，轉變為更加一體化的社會經濟發展方式[1]。

1 渣水系統運行及能耗總體情況

1.1 系統概況

某電站600MW機組采用的是上海鍋爐廠燃煤鍋爐發電機組，關鍵包括渣設備和渣水循環設備。設計溫度不高于65℃，冷凍水流量51t/h，設備的水下內導輪采用滾動軸承內置式。撈渣機將排渣井排出的煤灰和煤渣刮掉，然后進入渣倉，由自卸車運輸進行開發利用。為了更好地控制溫度，撈渣機采用溢流方式運行。低壓水從設備槽體內溢流到側槽體后，收集到溢流水池，根據溢流水泵送到高效濃縮機，再返回到撈渣機內。污泥濃縮器和緩沖池，將底渣水和污水處理至渣沉淀池進行處理。一臺發電機組使用一套渣水系統，冷卻循環水作為渣水系統軟件運行的供水[2]。

1.2 原渣水系統介紹

原渣水系統軟件采用我國2005年研制的半封閉試驗循環水系統，關鍵是浸入式刮板撈渣機、渣倉、渣水系統。高溫灰渣從鍋爐落渣口通過連接渣井下落，底渣進入浸入式刮板撈渣機的槽體。高溫底渣在撈渣機內造粒冷卻后，由設備的清渣系統進行撿拾。為保證所有機械設備的正常運行和高溫底渣的順利造粒，規定刮板撈渣機槽內渣水溫度不能太高，撈渣機內部必須連續充滿較低的溫度。同時，改為撈渣機側部槽體不斷溢出溫度較高的溢流水。為了更好地解決較高溫度的溢流水，現在撈渣機外設置了渣水系統，負責溢流水的冷卻、反應和輸送，防止水的消耗和環境污染。

1.3 系統損耗分析

撈渣機渣水循環系統在整個運行過程中，造成蒸汽參數和水量損失較大。蒸汽損失的關鍵參數包括渣水系統、污水處理水補水、系統揮發損失。動能損失的關鍵包括系統機械設備消耗的電能、系統的蒸發吸熱和冷卻循環水循環系統產生的熱量。根據2018年4月發電機組運行數據分析，渣水系統處理渣水設備污水約252t/d。循環系統冷卻水經撈渣機加熱揮發138t/d，因此總損失蒸汽參數約390t/d，按工業生產水價4元/t計算，年消耗量約31.2萬元，每年運行200天?？梢姡瑩圃鼨C原渣水循環系統的運行方式不僅消耗大量的水源增加污水處理壓力，而且在機械設備的整個運行過程中造成了很大的能耗。

2 改造可行性分析

2.1 理論分析

撈渣機冷卻循環水循環系統運行的關鍵是更好地保證渣水溫度不高于65℃，防止撈渣機內導輪軸承在水中損壞，造成內導輪卡死，傳動鏈不能正常移動。如果撈渣機內部冷卻循環水停止運行，它將受到爐內輻射熱的嚴重影響?？筛鶕圃鼨C內部封閉冷卻循環水系統完成溫度控制。其次，撈渣機內直接暴露在熱輻射源下，在停止撈渣機渣水系統時，即使在沒有溢水的情況下換熱，也能滿足要求[3]。

2.2 試驗認證

根據撈渣機上水封和沖洗的低壓補水，對撈渣機的溫度、壁溫以及液位計的過渡狀態進行綜合檢查和分析。在發電機組6 h過載試驗中，撈渣機機殼內部平均溫度由58.4℃基本平穩上升至59.05℃。中后期溫度基本穩定。撈渣機高水位線上下下降1厘米/小時。排渣機槽深2.7m，容量150m3。水流量為40t/d。

結合基礎理論分析和實驗驗證，可以看出，撈渣機內部產生的熱量和自身的散熱情況基本良好。充分考慮極端工況，可根據加裝內部制冷系統進行溫度控制。渣井腔內溫度不超過300℃，現有機械設備完全可以滿足操作規程。因此，按照技改項目完成撈渣機無溢流作業是完全可行的。

3 渣水系統零溢流改造方案

3.1 改造目的

保證刮板撈渣機系統軟件可靠運行，不消耗水源，不污染環境，減少水下刮板撈渣機排渣水系統的運行，減少排渣水量，并簡化系統。鍋爐排渣系統降低工程成本，節約運行成本，同時減少占地和維護人工，改善自然環境。

3.2 改造思路

經過對具體工程項目實際運行情況的考察，現階段我國大部分撈渣機本體已經完全關閉了溢流循環系統。完全封閉本體測試零溢流循環，可真正完成渣水零溢流，無需再安裝液下渣漿泵、管道、沉淀機械設備、水處理裝置，減少設備，節約產品成本，降低用水量。撈渣機零溢流循環完整測試的關鍵包括撈渣機溫度監測設備、撈渣機水位監測設備、撈渣機自動補水系統、撈渣機冷卻循環水換熱器。換熱器設置在撈渣機內部制冷段，換熱器一體化安裝，單獨傳熱。項目改造后，撈渣機溢流水在撈渣機內部進行傳熱，真正完成了撈渣系統的零溢流，大大改善了撈渣機周邊的自然環境，減少了環境污染。

4 設備系統技術改造

4.1 設備改造

在撈渣機的殼體內加裝一套制冷系統，以降低撈渣機在運行中的溫度。包括總傳熱面積240m2的冷卻器，總流量150 t/h的冷卻增壓水泵1臺，泵揚程10 m，電機輸出功率15 kW。水源來自開式冷卻循環水，換熱后的水由回水管回流至水源冷卻。撈渣機機內循環制冷機組。冷卻器滲入撈渣機殼內的密封水中。不銹鋼板式耐熱耐腐蝕冷卻器屬于撈渣機封閉循環系統的制冷機組。它可以交換撈渣機設備密封水中的熱量。減少撈渣機密封水溫度過高問題[4]。

冷卻循環水進入立式管道泵（嵌入式進水閥管道）進出口，冷卻循環水中的顆粒物按60目過濾系統（一用一備）過濾掉。水引入撈渣機的溢流側冷卻器（換熱器1），進、回水管在殼體兩側，波紋軟管與冷卻器相連。冷卻器的特點在于將冷卻器置于溢流槽內。中間固定，拆裝方便。共18組，均勻分布在撈渣機溢流側。

另一種冷卻循環水的方法是采用無溢流側冷卻器（換熱器2和換熱器3），其進、回水管在撈渣機內側，管子采用熔化極惰性氣體保護焊接。冷卻器的特點是總傳熱面效率高，共9組。固定在撈渣機的無溢流側。

兩路支路冷卻水管也在兩個排渣口之間，兩側分布冷卻器（換熱器4、換熱器5）。第三換熱器的特點是靠撈渣機的刮板推動密封水沿撈渣機方向運動，在遇到冷卻器后加速密封渣水的冷卻。共4組。固定在兩個渣口間距處。

撈渣機導輪之間水平段兩側安裝冷卻器。冷卻器外側是半封閉的保護裝置，因此爐內焦渣不易撞擊冷卻器。冷卻器外側設有冷卻器安全防護板。冷卻器安全防護板的厚度不小于10mm，以確保大型焦塊落水或水爆時不影響換熱器正常工作，確保高效換熱器的流通性和傳熱的實際效果。

與現有技術相比，本產品的有益實際效果，有以下幾點：

第一，采用內置循環系統的冷卻器設備換熱，解決原有渣水系統板式換熱器易結垢、換熱效率低、維護成本高、需要大量冷卻水等問題。

第二，本系統無需更新原撈渣機的其他系統，只需對撈渣機殼體內的設備進行改造即可。從而完成了撈渣機零溢流冷卻水系統的推廣。并得到滿意的實際使用結果。

第三，設置的過濾凈化處理設備對開式制冷冷卻循環水進行過濾；撈渣機機殼內的防護擋渣板遮擋從渣井落下的渣，對制冷機組具有保護功能。

第四，本系統避免了水資源的過度消耗，降低了企業生產成本，減少了對地理環境、自然環境的污染；有效降低設備維修管理人員的勞動強度，提高工作效率。

第五，具有結構簡單緊湊，生產、維護成本低的優點。

為保證撈渣機水位線的精確測量，原廠撈渣機水槽上部雷達液位計基本是現場加裝的。同時，在撈渣機頭、尾、中部安裝了三個超聲波液位指示器，用于遠程監測，邏輯控制水位。在撈渣機頭、尾、中部安裝了三個溫度感應器，用于遠程監測，邏輯控制水溫。

4.2 控制邏輯優化

撈渣機首次運行時，應不開啟增壓水泵。當溫度大于設定值時，增壓水泵運行。撈渣機內部溫度報警值由65℃變為70℃。取消高溫報警解除時打開供水閥的邏輯。當渣水液位計超過設定值時，補水系統關閉。當液位計超過設定值低位時，補水系統開啟。為避免超聲波液位變送器的準確測量不準確，會破壞撈渣機的水封系統。撈渣機下設置常流水為每6小時注水一次，每次約2.4t。

4.3 改造依據

第一，是水量平衡，撈渣系統的耗水量包括吸熱揮發的水和爐渣攜帶的水。一般情況下，符合裝運標準的爐渣含水量為30%，即爐渣可除去爐渣總重量的30%。在實驗之后，選擇撈渣機的零溢流的系統時，通過整個制冷過程中的1T的熱渣蒸發消耗約0.1t。也就是說，1t/h爐渣的耗水量為0.4t/h。為保持排渣系統軟件的水流量平衡，可參照一噸渣的耗水量0.4t/h進行充填水流量，保證撈渣機正常不溢流狀況。第二，是熱量均衡。撈渣系統軟件完成零溢流后，進入撈渣機槽體的發熱量為水分蒸發帶來的發熱量，凈補給水流量上升，發熱量和熱量消化吸收換熱器產生的三部分熱量維持熱循環。按照規定，撈渣機內部的溫度必須保持在65℃以下。

5 撈渣機渣水冷卻循環水系統改造方案

在撈渣機非溢流側腔、撈渣機溢流斜板和兩排渣口之間的距離處加裝內置撈渣水冷卻器組。內置渣水冷卻器方案詳述如下：第一，制冷系統機械設備運行工藝的基本原理，冷卻器組浸入撈渣機殼體內的密封水中，不銹鋼板為耐高溫耐腐蝕冷卻器在封閉式試驗循環系統中，內部封閉水中產生的熱量可以互換，可以緩解溫度過高的問題。第二，設置結構。撈渣機內導輪之間水平段兩側是安裝冷卻器的地方。冷卻器兩側加裝保護裝置，掉落撈渣機內的焦塊和熱渣不易撞擊換熱器。冷卻器兩側設有冷卻器安全防護板。冷卻器安全防護板的厚度不小于10mm，以保證大量落焦產生水爆時不影響換熱器，并使安全防護等級提高，保證灰渣水的有效處理[5]。

6 結語

渣水系統技改項目實施后，撈渣機基本實現無溢流運行，渣水系統無溢流水排水，輔助渣水冷卻設備使用率大幅減少。系統技改項目后，無論是蒸汽參數損失還是動能損失，都大幅減少，取得了明顯的經濟效益。撈渣機渣水系統更新改造為CCS封閉試驗零溢流系統后，完成渣水零溢流，減少凈水設備，實現環保節能、減排、降耗、節約與降低維護維修費用的目的。