燃煤鍋爐除渣系統(tǒng)方案的選擇分析

周 林，馬明燁

（1.國電電力吳忠熱電有限責任公司，寧夏 吳忠 751101；2.寧夏電力能源科技有限公司，寧夏 銀川 750002）

0 概 述

我國的燃煤機組較多，燃煤電廠的灰渣排放量日趨增加，灰渣的排放、輸送、貯存及綜合利用成為電廠面臨的主要課題。在北方缺水地區(qū)，因受到用水指標、天氣、灰渣綜合利用等因素的影響，大多數(shù)燃煤電廠在除渣系統(tǒng)方案選擇上，采用具有節(jié)能環(huán)保、節(jié)水等綜合效益高的風冷式除渣系統(tǒng)，有助于缺水地區(qū)火電機組滿足節(jié)水和環(huán)保的要求。近年來，因燃煤不同，風冷式排渣系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)了對燃煤適應性差等問題，影響了鍋爐效率。因冷渣速率低，無法對軟態(tài)灰渣進行破碎，灰渣的冷卻只能靠大量進風和延長冷卻時間。另外，對風冷式排渣機的進風控制和調整較為粗放，基本以排渣溫度為基點，調整頭部進風量的大小，未能與進入爐內的風溫連鎖，從而導致進風溫度遠低于鍋爐二次風溫等問題。

1 影響風冷式除渣系統(tǒng)的因素分析

1.1 燃煤的結渣特性

煤的結渣特性與煤中含硫量及灰熔融特性等因素有關，也與燃燒過程中工況因素有關，煤的結渣特性越高，在鍋爐運行過程中就越容易結渣。風冷式除渣機的冷渣速率低，無法破碎軟態(tài)灰渣，靠大量進風或延長時間來冷卻，使得爐內結渣。結渣塊將堵住鍋爐冷灰斗的除渣口，處理此類堵塞狀態(tài)非常困難，只能待渣塊冷卻變硬后，再運行擠壓頭或輔以人工進行碎渣處理。

2.2 對鍋爐除渣量的適應性分析

在對除渣系統(tǒng)的選型設計時，其處理能力滿足設計煤種和校核煤種的灰渣量變化，這與煤源、煤種及鍋爐型式和容量等有關，灰渣量的變化通常是可控的。但在實際運行中，國內燃煤火電廠煤源煤質的變化大，實際燃用的煤質往往偏離設計和校核煤質，由此造成的鍋爐灰渣量的變化。在設計及選擇除渣系統(tǒng)方案時，難以定量評估這些不能被忽視的影響因素。

風冷式除渣系統(tǒng)的處理渣量能力受冷卻風量、爐渣溫度等因素的影響和制約。風冷式除渣系統(tǒng)的結構參數(shù)和運行參數(shù)，決定著冷卻空氣與爐渣之間的換熱面積、對流換熱系數(shù)和換熱效率，決定著風冷式除渣機的處理能力。對于一定容量的鍋爐，在不改變鍋爐燃燒配風的前提下，允許由鍋爐底部進入爐膛的風量是一定的，但由于鍋爐燃用煤種各不相同，鍋爐除渣量也就不同，風冷式除渣系統(tǒng)的冷渣冷卻風量和風溫及除渣處理能力也就不同。如果鍋爐除渣量大于風冷式除渣系統(tǒng)允許的最大處理能力，必須進行鍋爐燃燒配風優(yōu)化調整或將多余的冷渣風量除掉。換句話講，風冷式除渣機對鍋爐除渣量變化的適應能力是有一定局限的，現(xiàn)有的風冷式除渣系統(tǒng)，還不能完全適應各種容量機組、各種煤源煤質條件以及更大灰渣量變化的運行條件。

1.3 對鍋爐效率的影響分析

1.3.1 熱量回收對鍋爐效率影響

采用風冷式除渣系統(tǒng)的鍋爐可吸收爐渣中大部分熱量，而風冷式除渣機的冷卻風被加熱成為250～400℃的熱風，再進入爐膛參入燃燒。國外曾在某2×160MW機組上進行過實驗，1號爐安裝了風冷式除渣系統(tǒng)，2號爐是水冷式除渣系統(tǒng)。國外的實驗結果表明：風冷式除渣機出渣的含碳量，僅為水冷式除渣機排出的渣含碳量的25%。理論計算認為：當鍋爐除渣量約6t／h，穿過鍋爐喉部的底渣溫度為850℃，鍋爐喉部面積為20m2和穿過鍋爐喉部的渣中未完全燃燒碳含量為10%條件下，且風冷式除渣機冷卻風量不超過鍋爐總燃燒風量的1%～1.5%，則鍋爐效率可提高0.25%～0.38%。

1.3.2 爐渣冷卻風量和風溫對鍋爐效率的影響

從燃燒工況分析，采用風冷式除渣系統(tǒng)的鍋爐效率，還與除渣機的冷卻風風量和冷卻風的入爐溫度有關。當爐渣冷卻風吸熱量一定時，冷卻風風量越大，風溫就低。當冷卻風溫度接近二次風的熱風溫度時，在入爐總燃燒空氣量保持不變的情況下，冷卻風作為燃燒所需空氣從爐底送入，經過空氣預熱器的冷空氣量相應減少，鍋爐的排煙溫度提高，從而降低鍋爐效率。從鍋爐熱量平衡的角度分析，存在著一個影響鍋爐效率變化趨勢的爐渣冷卻風溫轉折點，如果冷卻風進入爐膛的溫度顯著低于轉折點溫度，將會造成爐膛整體溫度下降，需要多消耗燃料，鍋爐的效率降低。如果冷卻風進入爐膛的溫度高于轉折點溫度，會造成爐膛整體溫度上升，在維持吸熱量不變的前提下，燃料消耗量減少，鍋爐的效率提高。

2 風冷式除渣系統(tǒng)方案的選擇

為了滿足風冷式除渣系統(tǒng)使用過程中對冷卻風量、風溫和除渣溫度的要求，減少對鍋爐燃燒工況、鍋爐效率和排煙溫度等不利影響，風冷式除渣系統(tǒng)的選用，應與鍋爐燃燒配風設計和空預器設計、以及改造工程中鍋爐燃燒調整等緊密結合起來。首先應根據(jù)煤源煤質情況及實際燃用煤質變化，選擇合理的除渣機處理能力、冷卻風量等參數(shù)，并要求鍋爐供貨商考慮將這部分熱風量納入爐膛燃燒工況，有針對性地進行鍋爐燃燒設計和空預器的設計，加強鍋爐與風冷式除渣機之間的設計配合，充分發(fā)揮和體現(xiàn)風冷式除渣系統(tǒng)的技術優(yōu)勢。同時，還可采取一些技術措施。

2.1 渣井的偏心布置。大焦塊落在渣井的迎渣面上，經過碰撞破碎后，使其落在液壓關斷門的格柵處。

2.2 渣井上設置攝像頭，監(jiān)視液壓關斷門的格柵上有無大焦塊；安裝具有大渣擠壓破碎功能的液壓關斷門，當監(jiān)視發(fā)現(xiàn)尺寸較大的焦塊無法通過格柵時，應啟動液壓關斷門，對大焦塊進行擠壓和破碎。

2.3 在碎渣機的上方，增加專門用于大焦塊破碎的大型碎渣機，增加大焦塊破碎能力或在排渣機出口采用大渣塊篩選裝置，并將具有不同碎渣性能的碎渣機進行并聯(lián)布置，以實現(xiàn)正常粒度和大型焦塊的分選破碎。

3 風冷式除渣器的運行效果

以某公司2×350MW超臨界機組為例，該機組采用了風冷式除渣系統(tǒng)（鋼帶輸渣機＋斗鏈提升機＋干渣倉＋汽車）與采用水冷式除渣系統(tǒng)（大傾角刮板撈渣機＋濕渣倉＋汽車，附屬設備有澄清水箱、緩沖箱、供水泵、溢流水泵、泥漿泵和除污水泵等）。風冷式除渣系統(tǒng)較水冷式除渣系統(tǒng)多增加了投資約370萬元，但相比每年的運行費減少了約73萬元（僅考慮水價、電費）。另外，風冷式除渣系統(tǒng)的檢修費相對較少，每年節(jié)省約50萬元，而且沒考慮干渣銷售帶來的經濟效益。如果考慮設備折舊、年運行費和年檢修費，風冷式除渣系統(tǒng)運行約3年，即可將投資收回。在設備選型初期，應根據(jù)煤源煤質情況，合理選擇除渣機的處理能力、冷卻風量等參數(shù)，將冷卻風的部分熱量納入爐膛燃燒工況進行考慮，并需針對性地進行鍋爐燃燒設計和空預器換熱設計。

3.1 除渣系統(tǒng)

3.1.1 風冷式除渣系統(tǒng)

該機組以風冷式除渣系統(tǒng)為單元，連續(xù)運行。爐底設1臺鋼帶輸渣機，出力為10～30t／h；1臺碎渣機，出力為35t／h；1臺斗式提升機，出力為10～30t／h；1座直徑為8m，有效容積為380m3的鋼渣庫。

風冷式除渣系統(tǒng)流程：爐底渣→渣斗→爐底排渣裝置→干式排渣機→碎渣機→鏈斗輸送機或斗式提升機→渣倉→干灰卸料器（濕式攪拌機→自卸汽車→灰場）→綜合利用。

4.1.2 水冷式除渣系統(tǒng)

該機組的水冷式除渣系統(tǒng)也獨為單元，連續(xù)運行。爐底設1臺大傾角刮板撈渣機，出力為10～35 t／h。每臺爐設1臺寬500mm的帶式輸送機、設2臺直徑為8m的鋼制渣倉，每座渣倉的有效容積為380m3。

2臺爐設1座直徑為15m的澄清水箱和緩沖水箱，緩沖水箱下設3臺供水泵（2臺運行，1臺備用），提供底渣的冷卻水。同時，分別設有澄清水箱和緩沖水箱提供反沖洗水。在澄清水箱和緩沖水箱底部設2臺排污泵（1臺運行，1臺備用），將箱底的泥漿送入大傾角刮板撈渣機的箱體內。

大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)的工藝流程為：爐底渣→過渡渣斗 →刮板撈渣機 →渣倉 →汽車→綜合利用或灰場

3.2 技術經濟比較

3.2.1 系統(tǒng)組成

風冷式除渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)的組成，如表1所示。

表1 風冷式除渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)對比表

3.2.2 節(jié)能環(huán)保和資源利用

干排渣系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保和資源再利用的效果顯著。干排渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保和資源再利用方面的數(shù)據(jù)對比，如表2所示，表2中數(shù)據(jù)以設計煤種為依據(jù)。

3.2.3 系統(tǒng)可靠性

干排渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)運行可靠性對比，如表3所示。

3.2.4 投資及運行費

干排渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)投資及運行費對比，以2×350MW 機組為例，水費按2.66元／m3計，電費按0.241元／kWh計，如表4所示。

表2 干排渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)對比表

表3 干排渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)運行可靠性對比表

表4 風冷式除渣系統(tǒng)與大傾角刮板撈渣機系統(tǒng)投資及運行費對比表

4 結 語

風冷式除渣系統(tǒng)與其他排渣系統(tǒng)相比，雖然初期投資較高，但系統(tǒng)簡單且節(jié)能節(jié)水，運行費用低。排渣系統(tǒng)使干渣的排放與輸送在密閉連續(xù)的系統(tǒng)中完成，系統(tǒng)的自動化程度較高。爐渣中未盡燃燒物質可繼續(xù)燃燒，熱量可回收后再利用，提高了鍋爐熱效率。運行環(huán)境好，有利于爐渣的綜合利用。隨著國產干式排渣機的成功投運，在水資源匱乏地區(qū)，干式排渣機將有著廣泛的應有前景。