大型燃煤電站鍋爐干式與濕式排渣系統(tǒng)對(duì)比分析

岳新喜

(華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450015)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)大型機(jī)組排渣系統(tǒng)主要采用2種形式:風(fēng)冷干式排系統(tǒng)和濕式刮板撈渣機(jī)排渣系統(tǒng)。干式排渣技術(shù)與水力排渣系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、節(jié)水環(huán)保、干渣活性好等優(yōu)點(diǎn)，為燃煤電站排渣系統(tǒng)在節(jié)水、節(jié)能及綜合利用方面開辟了新的途徑，在國(guó)外燃煤電站已有廣泛應(yīng)用［1－3］。本文以某電廠1000 MW機(jī)組為例，通過試驗(yàn)說(shuō)明干式排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行效率的影響。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 設(shè)備介紹

干式排渣系統(tǒng)主要由渣井、液壓關(guān)斷門、斗式提升機(jī)及貯渣倉(cāng)等部分組成，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，布置情況如圖1所示。爐渣經(jīng)兩級(jí)鋼帶排渣機(jī)輸送到鍋爐房外，由斗式提升機(jī)輸送至貯渣倉(cāng)貯存。額定出力工況下，爐渣在排渣機(jī)輸渣過程中冷卻到100℃以下，最大出力工況下冷卻到150℃以下。

1.2 工作原理

燃煤電廠固態(tài)排渣鍋爐排出的熱爐渣經(jīng)過渡渣斗、液壓關(guān)斷門后落到鋼帶式排渣機(jī)輸送鋼帶上，并隨緩慢移動(dòng)的輸送鋼帶一起移動(dòng)。鋼帶式排渣機(jī)兩側(cè)側(cè)壁和排渣機(jī)頭尾部設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，利用爐膛負(fù)壓就地吸入冷空氣。含有部分未完全燃燒可燃物的爐渣在下落過程中和輸送鋼帶上進(jìn)一步燃燒，并與吸入的冷空氣進(jìn)行逆向熱交換，直接被冷空氣冷卻成為冷渣。冷空氣被加熱，熱爐渣溫度降到100℃以下，冷卻風(fēng)將爐渣的熱量回收并帶入爐內(nèi)。冷卻后的干渣經(jīng)一級(jí)或二級(jí)破碎后，由機(jī)械或氣力輸送系統(tǒng)輸送至渣倉(cāng)儲(chǔ)存。

表1 干排渣系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為實(shí)現(xiàn)安全、可靠運(yùn)行，鋼帶式排渣機(jī)除裝設(shè)必要的監(jiān)控裝置外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取如下主要措施。

(1)輸送鋼帶是鋼帶式排渣機(jī)的關(guān)鍵輸送部件和主要受力部件，其抗拉、抗壓和抗斷裂能力很強(qiáng)，其使用壽命可超過10萬(wàn)h，甚至可達(dá)到30萬(wàn)h。

(2)輸送鋼帶的尾部滾筒設(shè)有自動(dòng)張緊裝置，可使輸送鋼帶各點(diǎn)受到同樣的張緊力。

(3)整臺(tái)鋼帶式排渣機(jī)安裝時(shí)只有1個(gè)固定點(diǎn)，可沿固定點(diǎn)向四周自由膨脹。

(4)輸送鋼帶為平帶，不會(huì)有卡死現(xiàn)象。

(5)高溫?zé)嵩谳斔弯搸侠鋮s和輸送，不會(huì)直接與殼體接觸，不會(huì)對(duì)人身造成傷害。

(6)鋼帶式排渣機(jī)采用空氣冷卻熱渣，不會(huì)出現(xiàn)像水浸式刮板撈渣機(jī)那樣的汽爆現(xiàn)象，不會(huì)造成熄火、設(shè)備和人身事故。

(7)鋼帶式排渣機(jī)可適應(yīng)大塊渣輸送。針對(duì)國(guó)內(nèi)火電廠燃煤來(lái)源較雜、煤質(zhì)較差、易結(jié)焦等特點(diǎn)，為防止大渣進(jìn)入鋼帶式排渣機(jī)直接沖擊輸送鋼帶，國(guó)內(nèi)自主研制開發(fā)的鋼帶式排渣機(jī)入口設(shè)計(jì)有液壓破碎、隔柵和監(jiān)視器等裝置，可對(duì)100 mm或200 mm以上的大渣攔截、預(yù)破碎，保護(hù)輸送鋼帶正常運(yùn)行。

2 試驗(yàn)方法及過程

2.1 模擬濕式排查系統(tǒng)

該試驗(yàn)場(chǎng)所使用的鍋爐排渣系統(tǒng)是干式排渣系統(tǒng)，在干式排渣系統(tǒng)上模擬濕式排渣系統(tǒng)，即模擬濕渣時(shí)將爐底液壓關(guān)斷門全部關(guān)閉，此時(shí)的鍋爐環(huán)境相當(dāng)于濕式排渣系統(tǒng)的工況。

2.2 排煙溫度的測(cè)量

在空氣預(yù)熱器出口按等截面網(wǎng)格法標(biāo)定后，選取較多的代表點(diǎn)布置校驗(yàn)合格的II級(jí)精度K型鎧裝熱電偶。最終熱電偶信號(hào)由校驗(yàn)合格的K型補(bǔ)償導(dǎo)線接入分散式數(shù)據(jù)采集IMP(Isolated Measurement Pod)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采樣周期為2s，每20s系統(tǒng)自動(dòng)記錄一次該時(shí)間段內(nèi)的平均值。

2.3 飛灰采樣

采用等速取樣槍在電除塵器入口煙道上進(jìn)行連續(xù)等速取樣，每15 min取樣一次。試驗(yàn)結(jié)束后，樣品混合均勻，縮分為2份，一份送電廠實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)，一份留底備用。

2.4 爐渣采樣

爐渣在干排渣機(jī)側(cè)面的觀察孔處收集取樣，每15 min取樣一次。試驗(yàn)工況結(jié)束后，全部樣品混合均勻，縮分為2份，一份送電廠實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)，一份留底備用。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 排煙溫度對(duì)比

機(jī)組在1000 MW電負(fù)荷下運(yùn)行，試驗(yàn)期間燃用煤質(zhì)穩(wěn)定，鋼帶機(jī)轉(zhuǎn)速保持在35 Hz(2.8 m/min)，冷卻風(fēng)占總風(fēng)量的比例為0.92%，試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可見，由于不同工況下環(huán)境溫度不同，所以實(shí)測(cè)的排煙溫度需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行修正，將環(huán)境溫度修正到20℃。干渣工況修正后排煙溫度為131.5℃。模擬濕渣時(shí)將爐底液壓關(guān)斷門全部關(guān)閉，對(duì)環(huán)境溫度修正后排煙溫度為128.3℃。在當(dāng)前設(shè)備條件下，采用干式排渣比采用濕式排渣排煙溫度偏高3.2℃。

3.2 灰渣可燃物含量對(duì)比

當(dāng)鍋爐采用干式排渣系統(tǒng)時(shí)，爐渣在鋼帶機(jī)上存在繼續(xù)燃燒現(xiàn)象。干式排渣與濕式排渣工況下灰渣可燃物含量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可見，采用干式排渣系統(tǒng)比采用濕式排渣系統(tǒng)爐渣可燃物低0.17個(gè)百分點(diǎn)，飛灰可燃物含量略微偏高。由于試驗(yàn)期間氧量充足，灰渣可燃物含量整體較低，因此變化不明顯。另外，灰渣可燃物含量受煤質(zhì)和鍋爐運(yùn)行參數(shù)變化的影響可能比少量冷卻風(fēng)變化帶來(lái)的影響要大些。

表2 干式與濕式排渣系統(tǒng)排煙溫度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

3.3 鍋爐效率對(duì)比

機(jī)組在1000 MW電負(fù)荷下運(yùn)行，試驗(yàn)期間燃用煤質(zhì)穩(wěn)定，將爐底液壓關(guān)斷門全部關(guān)閉。模擬濕渣時(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 干式與濕式排渣系統(tǒng)灰渣可燃物含量對(duì)比結(jié)果

渣斗蒸發(fā)率按照73.238 kg/(m2·h)計(jì)算，蒸發(fā)水量為3.48 t/h，蒸發(fā)的水蒸氣導(dǎo)致排煙損失增加約0.002個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)GB 10184—1988《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》，計(jì)算時(shí)排渣溫度取800℃。該工況下修正后鍋爐效率為94.17%，當(dāng)干渣冷卻風(fēng)比例為0.92%時(shí)，修正后鍋爐效率為94.00%?？梢姡诋?dāng)前設(shè)備運(yùn)行條件下，采用干式排渣與采用濕式排渣相比，鍋爐效率低0.17個(gè)百分點(diǎn)。

表4 干式與濕式排渣系統(tǒng)鍋爐效率對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

(1)在當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行條件下，冷卻風(fēng)占總風(fēng)量的比例為0.92%，采用干式排渣與濕式排渣相比，鍋爐效率低0.17個(gè)百分點(diǎn)。調(diào)節(jié)通過干式排渣系統(tǒng)進(jìn)入爐內(nèi)的風(fēng)量可以提高鍋爐效率，但影響鍋爐效率升高或降低的還有臨界爐底進(jìn)風(fēng)溫度。合理地組織爐底進(jìn)風(fēng)，使?fàn)t底進(jìn)風(fēng)與爐底渣充分進(jìn)行熱交換是干式排渣系統(tǒng)的關(guān)鍵，如果爐底進(jìn)風(fēng)組織不好，那么要吸收同樣的爐底渣的熱量，就需要大量的爐底冷卻風(fēng)，最終會(huì)造成鍋爐效率的下降。

(2)在當(dāng)前設(shè)備條件下，采用干式排渣比采用濕式排渣修正后排煙溫度偏高3.2℃。隨著干排渣系統(tǒng)冷卻風(fēng)量的增加，排煙溫度會(huì)明顯升高，排煙熱損失增加，鍋爐效率降低。

(3)由于干式排渣系統(tǒng)爐渣在鋼帶機(jī)上存在繼續(xù)燃燒現(xiàn)象，采用干式排渣系統(tǒng)比采用濕式排渣系統(tǒng)爐渣可燃物低0.17個(gè)百分點(diǎn)，飛灰可燃物含量略微偏高。說(shuō)明干式排渣系統(tǒng)會(huì)使機(jī)械不完全燃燒熱損失降低，爐渣含碳量的減少使機(jī)械不完全燃燒熱損失降低。

由此可見，干式排渣系統(tǒng)與濕式除渣系統(tǒng)相比，在某特定的工況下，從鍋爐熱效率來(lái)看，干式排渣系統(tǒng)并不一定比濕式排渣系統(tǒng)效率高。但干式排渣系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入干式排渣系統(tǒng)的冷卻風(fēng)量使鍋爐排煙熱損失減少，灰渣可燃物降)低，達(dá)到提高鍋爐效率的目的。

［1］李秀國(guó).火電廠大型機(jī)組除渣系統(tǒng)選擇研究［J］.鍋爐制造，2011，1(1):5 －10.

［2］桑斌修.火電廠干式排渣系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性淺析［J］.電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，20(3):44 －47.

［3］王軼鋒，高飛燕.發(fā)電廠干式排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐效率的影響試驗(yàn)及分析［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2010，28(2):52－53.