660 MW超臨界燃煤鍋爐干式除渣系統(tǒng)改造及效益評價分析

摘要：針對某660 MW超臨界燃煤鍋爐將原濕式除渣系統(tǒng)改為干式除渣系統(tǒng)的改造方案進(jìn)行了研究。首先闡述了該電廠鍋爐水浸式刮板撈渣機(jī)使用現(xiàn)狀及存在問題；然后對常見干渣機(jī)的形式結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點進(jìn)行對比分析，鑒于該廠現(xiàn)場實際情況，采用鱗斗式干渣機(jī)作為此次改造的選擇，同時對除渣系統(tǒng)附屬設(shè)備改造進(jìn)行分析；最后針對此次除渣系統(tǒng)改造效益進(jìn)行了評價分析，結(jié)果表明，干式除渣社會效益較好，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢顯著，每年可節(jié)約成本491.58萬元。因此，該鍋爐干渣機(jī)改造方案可為國內(nèi)同類型火電廠科學(xué)決策提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：干渣機(jī)；除渣系統(tǒng)；排渣裝置；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號：TM621.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）07-0073-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.07.019

0? ? 引言

燃煤鍋爐運行過程中會產(chǎn)生大量廢渣，其中包括煤灰和爐渣等。這些廢渣不僅會對環(huán)境造成污染，還會浪費資源[1]。

為減少廢渣的排放，提高資源利用率，對燃煤鍋爐干渣機(jī)進(jìn)行改造成為一項重要的技術(shù)手段。文獻(xiàn)[2-3]針對濕式除渣改造至干式除渣的可行性分析及性能試驗研究表明，干式除渣系統(tǒng)是一種可靠的廢渣處理技術(shù)，通過將廢渣從燃燒過程中分離出來，可以減少廢渣的排放量，從而減少對環(huán)境的污染和資源的浪費，但燃煤鍋爐干式除渣系統(tǒng)改造面臨著一些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的挑戰(zhàn)[4]。首先，改造后的干渣機(jī)應(yīng)具備更高的分離效率和更低的能耗，以滿足燃煤鍋爐的運行要求。其次，改造投資應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)效益，包括節(jié)約成本、提高效率和增加收入等方面[5]。

鑒于此，本文對660 MW超臨界燃煤鍋爐干式除渣系統(tǒng)改造進(jìn)行了研究和分析，通過評估改造后的干渣機(jī)的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益，可以為企業(yè)科學(xué)決策提供依據(jù)，實現(xiàn)資源的有效利用、環(huán)境保護(hù)和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

1? ? 設(shè)備概述

某電廠鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主制造的660 MW燃煤超臨界鍋爐，其為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行，采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、Π型布置、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置。同步建設(shè)脫硫脫硝裝置，每臺鍋爐下設(shè)置一臺水浸式刮板撈渣機(jī)，刮板撈渣機(jī)頭部提升角度35°，撈渣機(jī)落渣口中心線距鍋爐中心線35.5 m，撈渣機(jī)頭部滾筒中心線標(biāo)高17.0 m，撈渣機(jī)落料口設(shè)在渣倉中心線上，由撈渣機(jī)將渣提升到17.0 m高度后進(jìn)入渣倉。經(jīng)渣倉脫水后的濕渣由汽車外運至灰場碾壓貯存或供綜合利用。

除渣系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范如表1所示。

2? ? 現(xiàn)狀概述

該電廠鍋爐撈渣機(jī)采用山西電力設(shè)備廠生產(chǎn)的GL-60水浸式刮板撈渣機(jī)。在機(jī)組正常運行中，若煤質(zhì)變化，當(dāng)煤量達(dá)370 t/h及以上時鍋爐燃燒渣量增加，撈渣機(jī)出力無法滿足要求，存在溢渣情況。此外，經(jīng)渣倉脫水后的爐渣含水量大，運輸時渣水滲出影響環(huán)境，且運輸成本高。撈渣機(jī)投運至今，因運行時間較長，存在鏈條、槽體、導(dǎo)向輪等附件磨損嚴(yán)重的缺陷，原設(shè)計的集水池、排水泵等配套設(shè)備運行環(huán)境差，故障率較高。

濕式撈渣機(jī)還存在大渣塊掉入渣井，水封瞬時汽化引起爐膛負(fù)壓大幅波動，導(dǎo)致鍋爐熄火的事故隱患，且濕渣含水量大，固廢利用率低，運輸費用高，水耗量大，環(huán)保風(fēng)險高。

基于上述亟待解決的問題，該電廠擬將水浸式刮板撈渣機(jī)改造為干渣機(jī)。

目前，火電廠常見干渣機(jī)主要有鋼帶式干渣機(jī)、履帶式干撈渣機(jī)及鱗斗式干撈渣機(jī)三種，鋼帶式干渣機(jī)驅(qū)動動力來源于滾筒提供摩擦力，輸送帶/鏈為網(wǎng)帶，規(guī)格為800 mm≤輸送帶寬≤1 600 mm，抬頭結(jié)構(gòu)采用“壓輪+鋼帶”，布置最大傾斜升角33°；履帶式干撈渣機(jī)驅(qū)動動力來源于鏈輪與鏈條嚙合驅(qū)動，輸送帶/鏈為圓環(huán)鏈，規(guī)格為800 mm≤輸送帶寬

≤2 600 mm，抬頭結(jié)構(gòu)采用“壓輪+履帶板”，最大傾斜升角40°；鱗斗式干撈渣機(jī)驅(qū)動動力來源于鏈輪嚙合鏈條軸套驅(qū)動，輸送帶/鏈為圓環(huán)鏈套筒滾子鏈，規(guī)格為800 mm≤輸送帶寬≤2 600 mm，抬頭結(jié)構(gòu)采用“壓輪+鱗斗”，最大傾斜升角45°。三種干渣機(jī)優(yōu)缺點對比結(jié)果如表2所示。

根據(jù)三種干渣機(jī)優(yōu)缺點綜合對比結(jié)果，該廠擬采用鱗斗式干渣機(jī)進(jìn)行鍋爐干渣機(jī)改造。

3? ? 改造方案

3.1? ? 除渣系統(tǒng)改造原則及配置

此次除渣系統(tǒng)改造設(shè)計原則：將原濕式除渣系統(tǒng)改為干式除渣系統(tǒng)，電動驅(qū)動。干渣機(jī)采用一步進(jìn)倉方案，如圖1所示。

設(shè)1臺干渣機(jī)、2臺碎渣機(jī)（1臺運行、1臺備用）和1個貯渣倉。干渣機(jī)前配有爐底排渣裝置，可對大渣進(jìn)行預(yù)破碎，可攔截大焦塊，有預(yù)冷卻、預(yù)破碎的功能。爐底排渣裝置由隔柵、擠壓頭、箱體、驅(qū)動液壓缸和攝像監(jiān)視系統(tǒng)等部分組成，渣塊首先落到隔柵上，得到預(yù)冷卻，然后通過攝像監(jiān)視系統(tǒng)，控制水平移動的齒形擠壓頭將渣塊破碎。經(jīng)過爐底排渣裝置，渣落入干渣機(jī)內(nèi)，被緩慢輸送至干渣機(jī)頭部，進(jìn)入碎渣機(jī)破碎后排入渣倉。環(huán)境空氣通過干渣機(jī)上的冷卻風(fēng)門冷卻爐渣，灰渣冷卻的同時空氣溫度升高，帶著底渣的熱量空氣進(jìn)入鍋爐爐膛。設(shè)計出力工況下風(fēng)冷式排渣系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量小于鍋爐總進(jìn)風(fēng)量1.0%，最大出力時風(fēng)冷式排渣系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量小于鍋爐總進(jìn)風(fēng)量1.5%。整套系統(tǒng)采用程序自動控制，且控制直接納入主機(jī)DCS控制系統(tǒng)。

渣倉下部配置1臺散裝機(jī)、1臺雙軸攪拌機(jī)、1個事故放灰裝置，渣倉設(shè)置防止放灰揚(yáng)塵的裝置。干渣機(jī)出力按照20～80 t/h（干渣）可調(diào)頻設(shè)計，每臺爐配備1臺渣倉及其他輔助設(shè)備。

3.2? ? 除渣系統(tǒng)設(shè)備

3.2.1? ? 渣井

渣井采用鋼結(jié)構(gòu)和耐火材料承受大塊爐渣的直接沖擊。渣井內(nèi)壁采用厚度大于10 mm的耐磨耐溫材料（性能不低于16錳鋼板），能承受爐渣970 ℃高溫和大塊爐渣高空沖擊；外壁采用厚度大于10 mm的普通鋼板，內(nèi)外壁之間敷設(shè)耐火硅酸鋁保溫板（磚），保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計按保溫層外壁溫度不大于50 ℃考慮。

3.2.2? ? 爐底排渣裝置

爐底排渣裝置由隔柵、擠壓頭、箱體、驅(qū)動液壓缸、攝像監(jiān)視系統(tǒng)、液壓泵站及管路部分組成。此次改造爐底排渣裝置采用防護(hù)隔柵結(jié)構(gòu)，能有效防止大渣的下落對設(shè)備造成沖擊破壞，100%防止結(jié)焦對干渣機(jī)的損壞，同時該結(jié)構(gòu)能滿足50 m高度處3 t的結(jié)焦渣塊下落對爐底排渣裝置的沖擊要求。爐底排渣裝置中的擠壓頭部件采用液壓驅(qū)動，開關(guān)靈活，起到隔離門的作用，能有效實現(xiàn)大渣塊的預(yù)冷卻和預(yù)破碎。關(guān)斷門打開或關(guān)閉狀態(tài)均為水平移動設(shè)計，垂直作用力由靜止的隔柵承受，這樣即使油缸失靈，關(guān)斷門也不會自動打開。

3.2.3? ? 碎渣機(jī)

在干除渣機(jī)的落渣口下設(shè)置一臺干式碎渣機(jī)，其主要包括設(shè)備本體外殼、驅(qū)動裝置、聯(lián)軸器、底座、護(hù)罩、電機(jī)等。此次改造碎渣機(jī)的主體結(jié)構(gòu)采用單輥形式，輥齒板和顎板齒型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在碎渣機(jī)上安裝有力矩限制器對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)置卡阻報警裝置，一旦有不易破碎的硬焦，出現(xiàn)卡阻時，輥齒停止轉(zhuǎn)動后，自動控制系統(tǒng)報警。此外，為提高系統(tǒng)運行可靠性，此次改造采用兩臺同型號的碎渣機(jī)，碎渣機(jī)可自由切換運行，現(xiàn)場應(yīng)有足夠的檢修空間，備用的碎渣機(jī)應(yīng)有可靠的檢修安全防護(hù)措施。

3.2.4? ? 干渣機(jī)

爐底渣經(jīng)過渣井落到緩慢移動的干渣機(jī)輸送裝置上，高溫?zé)嵩诟稍鼨C(jī)的耐熱輸送裝置上冷卻和向外輸送，從風(fēng)門進(jìn)入的受控自然空氣逆向冷卻熱渣，在鍋爐BMCR運行工況條件下，自然空氣將高溫爐渣冷卻到150 ℃以下，同時吸收爐膛輻射熱、底渣蓄熱和底渣化學(xué)熱，在爐膛負(fù)壓作用下返送回爐膛，參加爐膛燃燒。正常出力下，冷卻空氣總量不超過鍋爐總?cè)紵諝饬康?%，并能根據(jù)排渣量和排渣溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

此次針對干渣機(jī)進(jìn)行以下方面改造：

1）干渣機(jī)的結(jié)構(gòu)為整體箱型封閉式，整體設(shè)計為焊接結(jié)構(gòu)。干渣機(jī)頭部應(yīng)設(shè)置檢修起吊設(shè)施，起吊重量滿足最大起重件起吊要求，并留有150%的裕量。

2）干渣機(jī)輸送帶采用成熟可靠的材料，確保輸送帶在熱渣工況下不變形、耐磨損，網(wǎng)帶采用316L不銹鋼，鋼絲直徑＞？準(zhǔn)6 mm；履帶圓環(huán)鏈＞？準(zhǔn)34×126 mm，表面硬度≮HRC60；鱗斗式干渣機(jī)的套筒模鍛鏈規(guī)格≮H80×200 mm，且采用20CrMnTi材質(zhì)，表面需硬化處理，硬度HRC60，硬化層厚度＞2 mm。

3）干渣機(jī)設(shè)置過載保護(hù)，打滑、斷鏈、斷帶停車保護(hù)裝置，事故信號送至主控室干排渣控制系統(tǒng)。此外，設(shè)置渣溫檢測裝置和大渣檢測裝置，渣溫檢測裝置通過3個雙支鎧裝熱電偶測溫元件實現(xiàn)，大渣檢測裝置由攝像監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。

4? ? 效益分析

4.1? ? 經(jīng)濟(jì)效益

干渣機(jī)改造后提高了渣的回收利用率，減少了廢渣的處理和處置成本。此外，改造后的干渣機(jī)自動化程度更高，能實現(xiàn)智能化控制，提高了生產(chǎn)效率和運行穩(wěn)定性，可以降低能源消耗和維護(hù)成本，從而降低企業(yè)的運營成本。改造后經(jīng)過長期運行統(tǒng)計，干渣除渣經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢較為明顯，對比結(jié)果如表3所示。

通過表3可以看出，干式除渣在水費、爐渣利用、熱量回收、備件費用和維護(hù)費用等方面的經(jīng)濟(jì)效益都較為明顯，經(jīng)計算改造為干式除渣每年可節(jié)約成本491.58萬元。

4.2? ? 社會效益

干渣機(jī)改造后將帶來以下社會效益：

1）環(huán)境效益。改造后的干渣機(jī)能夠降低渣的排放量，減少對環(huán)境的污染，減少顆粒物和二氧化硫等污染物向大氣的排放，改善空氣質(zhì)量。

2）資源利用效益。改造后的干渣機(jī)可以提高渣的回收利用率，減少資源浪費。通過對渣的處理和回收利用，可以減少對礦石等原材料的需求，降低資源消耗。

3）安全效益。改造后的干渣機(jī)可以提高運行穩(wěn)定性和安全性，減少事故風(fēng)險。新型干渣機(jī)設(shè)備自動化程度更高，能實現(xiàn)智能化控制，減少人為操作的風(fēng)險，提高工作安全性。

4）社會形象效益。改造后的干渣機(jī)符合環(huán)保要求，改善了企業(yè)形象。通過改造和升級現(xiàn)有設(shè)備，企業(yè)體現(xiàn)了對環(huán)境保護(hù)的重視和承諾，提升了企業(yè)的社會形象和聲譽(yù)。

5? ? 結(jié)束語

本文針對某660 MW超臨界燃煤鍋爐將原濕式除渣系統(tǒng)改為干式除渣系統(tǒng)的改造方案進(jìn)行研究，總結(jié)出改造后帶來如下優(yōu)勢：1）干式排渣系統(tǒng)用環(huán)境風(fēng)冷卻熱渣，不需要用水冷卻，節(jié)約了大量水資源，降低了公司運行成本；2）由于系統(tǒng)無水耗，干式排渣系統(tǒng)無廢水排放，無須廢水處理系統(tǒng)，有利于環(huán)境保護(hù)；3）回收熱量，提高了鍋爐熱效率；4）灰渣可直接用于建筑材料，干渣的綜合利用效益好。

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收稿日期：2023-12-18

作者簡介：鄧紹賢（1969—），男，貴州貴陽人，工程師，主要從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)管理工作。