濕式除渣系統節能改造技術研究及應用分析

趙宏偉

（天津國能盤山發電有限責任公司 天津 301900）

引言

天津國能盤山發電有限責任公司（簡稱“盤山公司”）位于天津市薊縣，距天津市區110km，距北京市80km 左右。現裝有蘇聯制造的2×500MW超臨界燃煤發電機組，配套2×1650t/h 直流鍋爐，2 臺發電機組分別于1995 年12 月和1996 年5 月相繼投產發電。鍋爐燃用設計煤種原為山西晉北煤，低位發熱量為21326kJ/kg（5100 kcal/kg），灰份為 19.77 %，灰中氧化鈣含量小于3%。灰熔點ST 為1270℃，每臺鍋爐在額定蒸發量時的燃煤量約208t/h。每臺鍋爐排灰渣量約為42.4 t/h，其中渣量為 4.24t/h，灰量為38.16t/h。

原濕式渣系統為水力除渣設計，每臺鍋爐冷渣斗下配有5 臺螺旋撈渣機，鍋爐底渣由冷渣斗排至螺旋撈渣機后被撈入至碎渣機，經碎渣機破碎后沿渣溝借助高壓水沖入渣漿泵前池，再經渣漿泵輸送至750m 處集運站的3 臺脫水倉（Ф10m）內進行脫水沉淀，然后底渣裝車外運，分離后的灰水經2 臺Ф10m 濃縮機及地下沉淀池和清水池沉淀處理，再經回水泵送回廠內除渣水系統循環使用，但這種設備布置及運行方式存在較多缺陷，不節能、不環保，急需對其進行升級改造。

1 項目概況

2008 年6 月，盤山公司脫硫系統投運。該系統采用石灰石石膏濕法脫硫工藝，未設計脫硫廢水處理系統，脫硫廢水排入除渣系統進行中和處理，作為除渣系統回用水循環使用，設計脫硫廢水排放量10.4t/h。原濕式除渣系統撈渣機參數為型號MP3-500-26-16Ф2В,最大出力15t/h,減速比1460:16, 螺旋直徑600mm,水封溫度≤50℃,轉速18r/min,俄羅斯生產；濃縮機運行方式為2臺同時運行；脫水倉運行方式為1 臺運行、1 臺備用、1 臺檢修；渣漿泵運行方式為1 臺運行、1 臺備用、1 臺檢修；渣管2 條（渣漿泵公用）。

2 濕式除渣系統改造前存在的問題

盤山公司脫硫系統未設置廢水處理系統，采取脫硫廢水排入水力除渣系統中和使用方式，脫硫廢水排放量約56t/h。自2008 年脫硫廢水進入除渣系統后，渣水PH 穩定在8.1～8.6 范圍內，除渣系統設備及管路結垢問題得以解決，但設備及管路的腐蝕滲漏問題依然突出，且改造前濕式除渣系統資源利用水平偏低，整套系統運行總耗電約906.5kW。

2.1 除渣系統水量過大

除渣系統水量過大，不但不能達到沉淀的效果，也會導致回水水量失去平衡，使系統水量調整困難，無法滿足正常運行要求。

2.2 脫水倉底部析水無法進入濃縮機

脫水倉底部析水管道中的水無法自行流入濃縮機，而是直接排入脫水倉零米地下的沉淀池內；脫水倉的溢流水母管直接進濃縮機底部，沒有進漿穩流裝置；大量的灰漿在濃縮機內劇烈攪動、翻騰，使得濃縮機根本無法達到沉淀、濃縮的效果，直接影響回水泵的水質。同時，受渣水pH降低腐蝕性增強的影響，濃縮機筒體及鋼梁、脫水倉內部構件及頂部鋼梁已出現嚴重的腐蝕變形缺陷，嚴重威脅設備的安全穩定運行。

2.3 螺旋撈渣機磨損嚴重

由于除渣系統的回水中含塵量太多，造成撈渣機的大軸和軸套磨損嚴重，給鍋爐安全運行帶來了較大影響。

2.4 濃縮機沉淀斜板結垢嚴重

燃用神華煤種后灰渣中氧化鈣含量極高，濃縮機斜板和其它部件上結垢嚴重，威脅除渣系統的安全穩定運行，自2008 年脫硫廢水排入除渣系統后，渣水pH 由12.3 降至8.3 左右，除渣系統設備內部結垢問題得以解決。

3 主要改造內容

目前，國內外大型機組大多數火力發電廠采用了機械式除渣系統[1]。機械除渣系統分為濕式除渣(刮板撈渣機機械輸送)和風冷干式排渣機機械輸送2 種類型。其中，濕式刮板撈渣機除渣系統具有技術成熟、系統簡單、環節較少的特點。考慮到電廠需解決脫硫廢水排放的要求，本次僅考慮改造濕式除渣系統。隨著除渣技術的發展和新技術的應用及節水、節能、環保要求的日益提高，濕式除渣系統從水力排渣演變成為當前單臺刮板撈渣機直接上渣倉的最新方案[2]。由于上述電廠現運行的濕式除渣系統較復雜且能耗大，因此結合現場布置條件，需采用盡可能簡化和提高資源利用效率的措施。

盤山公司濕式除渣系統底渣經撈渣機撈出后初步脫水直接進渣倉，方便汽車外運，撈渣機的溢流水采用閉式循環進行沉淀、降溫處理后重復利用。這種模式避免了刮板撈渣機排渣脫水后再加水的環節，簡化了系統，減少了運行能耗，達到重復使用的目的。同時，該公司未設置脫硫廢水處理系統，將脫硫廢水作為系統補水，兼顧了節能、節水及降低脫硫廢水系統維護量的目的，因此只需將現有的水力除渣系統改造在濕式排渣系統之中，就能夠達到降低運行能耗、減少維護工作量、改善工作條件的目的，并提高現有水力除渣系統的安全性、環保性和經濟性。

4 改造技術方案研究

改造后的濕式除渣系統，工藝流程為底渣→濕式刮板撈渣機→渣倉→汽車外運，溢流水→回水泵→濕式刮板撈渣機。每臺鍋爐冷灰斗底部都安裝了單臺水浸式刮板撈渣機，鍋爐爐底渣連續排入刮板撈渣機上槽體，經水冷卻和淬化后由帶加長斜升脫水段（α≤30°）的刮板撈渣機撈出，撈渣機提升高度約15m，總長約50m，利用撈渣機將爐底渣從水槽中撈出經過脫水段直接送至渣倉，無需單獨設置脫水設施，將底渣連續冷卻后撈出，并經過撈渣機的傾斜段脫水，使底渣的含水率≤30%，然后直接排入具有一定脫水功能的貯渣倉貯存，再由自卸汽車運至貯灰場或綜合利用。刮板撈渣機溢流水由排水管排入沉淀水池和緩沖水池內，經澄清后由除渣循環水泵送至除渣供水系統再利用。

新建除渣設備采用刮板撈渣機除渣，原5 個排渣口落渣全部進入刮板撈渣機，經一級刮板撈渣機冷卻后撈出，進入二級刮板機抬升脫水至渣倉儲存外運。刮板撈渣機在滿足冷卻鍋爐底渣的條件下，冷卻水按無溢流設計，在渣量突然增大時，允許有少量水溢流。當對#1 爐渣系統改造時，一級刮板撈渣機溢流水、經二級刮板輸送機析出的溢流水和渣倉析水，經原有的渣水溝自流至渣泵前池，暫隨#2 爐灰渣水進入原來的脫水倉和濃縮機系統處理。當對#2 爐除渣系統改造時，按#1 爐除渣系統相同的設備安裝，溢流水和渣倉析水經原有的渣水溝自流至渣泵前池，此時將對原有渣溝、泵前池和渣漿泵房進行改造，拆除原有渣漿泵，泵前池作為回水池用，安裝2 臺回水泵，作為刮板撈渣機冷卻補水用。定期使用安裝的2 臺泥漿泵（也可利用原有地下排污水泵）清理池底淤泥渣，并將泵前池及泵池內的淤泥排至刮板撈渣機再次脫水處理。因原有渣水溝和渣泵前池容量夠用，所以本次可不必對渣漿泵房進行改造。

5 改造后的濕式除渣系統設置

5.1 濕式撈渣機

每臺鍋爐設置1 臺出力為5～30t/h 的一級濕式刮板撈渣機，電機功率N=15kW；設置1 臺相同出力為5～30t/h 的二級濕式刮板輸送機，電機功率N=15kW；二級濕式刮板輸送機與一級濕式刮板撈渣機成90°角布置。

5.2 渣倉

每臺鍋爐設1 座有效容積50m3渣倉，每座渣倉可滿足每臺鍋爐10h 的儲渣量，2 臺鍋爐共設2 座。渣倉為鋼結構形式，渣倉錐斗設計成60°傾角，保證下渣的流暢，渣倉下部設一個排渣口，并設置事故放渣口。渣倉頂還裝有料位計、起吊設施等設備。

5.3 回水泵

2 臺鍋爐設2 臺回水泵，1 運1 備，揚程40m，流量60m3/h，電動機功率15kW，進出口配電動閥門。

5.4 泥漿泵

2 臺鍋爐設2 臺泥漿泵，1 運1 備，揚程30m，流量40m3/h，電動機功率7.5kW，進出口配電動閥門。

6 改造后的應用效果分析

6.1 降低系統運行能耗

6.1.1 改造后的系統設備得到優化

改造前后濕式除渣系統的主要設備構成，如表1 所示。

表1 改造前后濕式除渣系統主要設備對比表

6.1.2 改造后系統的能耗顯著降低

改造前，盤山公司的濕式除渣系統，螺旋撈渣機電機為18.5kW，共10 臺，隨機組運行；碎渣機電機11kW，共10 臺，隨機組運行；渣漿泵電機250kW，共3 臺，1 臺運行；濃縮機電機4kW，共2 臺，2 臺運行；排污泵電機18.5kW，共2 臺，1 臺運行；回水泵電機280kW，共3 臺，1 臺運行；泥漿泵電機55kW，共2 臺，1 臺運行。整套系統運行總耗電約906.5kW。

改造后，盤山公司的濕式除渣系統，一級濕式撈渣機電機15kW，共2 臺，隨機組運行；二級濕式撈渣機電機15kW，共2 臺，隨機組運行；回水泵15 kW，1 運1 備運行；泥漿泵7.5 kW，共2 臺，1 運1 備，不定期運行。整套系統運行總耗電約82.5kW。

6.2 實現脫硫廢水處理要求

改造后的濕式除渣系統，每臺鍋爐設置1 臺一級濕式刮板撈渣機，1 臺相同出力的二級濕式刮板輸送機，二級濕式刮板輸送機與一級濕式刮板撈渣機成90°角布置。每臺鍋爐設1 座容積80m3鋼結構渣倉，每座渣倉可滿足每臺鍋爐17h的儲渣量，2 臺鍋爐共設2 座渣倉，且渣倉下部都設一個排渣口，同時在渣倉頂裝設料位計等設備。

由于改造后的濕式除渣系統冷卻水形成了閉式循環，冷渣水采用維持水位自平衡的渣水循環系統，刮板撈渣機的正常用水量由鏈條沖洗水和補水供給，并與撈渣機內蒸發和底渣帶走的水量基本平衡，此時應保證撈渣機水不溢流。當鍋爐內底渣量較大，爐內使水溢流、汽化增大且所需補水量增大或撈渣機水位急劇下降時，需要通過水位計控制補水閥自動補水。因此，改造后的濕式除渣系統在運行時，需定時補充一部分水來補足灰渣及熱渣蒸發帶走的水量。

改造后的濕式除渣系統，每臺鍋爐排渣量約為4.24 t/h，系統出力按5～30t/h 設計，冷卻水量需要50～180t/h，灰渣帶走及熱渣蒸發帶走的水量按15%計，補充水量約7.5～27t/h，此時即可將25t/h 的脫硫廢水引入到2 臺鍋爐的除渣系統消納脫硫廢水，實現盤山公司的脫硫廢水處理要求。

6.3 節電、節水效果可觀

改造后的濕式除渣系統，節電906.5kW-82.5kW=824 kW；年運行時間按5500h 計，節電量824kW×5500h=4532000kW；電費按0.4元/kWh計，全年節約電費4532000kWh×0.4 元/kWh=181.28萬元。全年節水600t/h×5500h×0.25=825000t，全年節約水費825000t×2 元/t=165 萬元。因此，改造后的濕式除渣系統應用效果顯示，在提高設備可靠性的同時，也提高了資源利用效率以及企業的經濟效益。

結語

綜上所述，盤山公司原有的濕式除渣系統較復雜，且合理性略差，水循環系統和脫水設備、管道數量多，維護工作量大，尤其是運行電費高，同時存在輸渣管道、閥門的磨損、滲漏等缺陷。因此，采用刮板撈渣機輸送方案對原有的濕式除渣系統進行改造，改造升級后的濕式除渣系統設計更合理，運行和維護費用較低，不僅能實現節約能源和合理利用能源的效果，還能對電廠整體運行過程中能源綜合利用水平的提高起到促進作用。