600 MW超臨界燃煤機組撈渣機渣水零排放研究與實施

徐書德，盧泓樾

(浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，浙江蘭溪321100)

600 MW超臨界燃煤機組撈渣機渣水零排放研究與實施

徐書德，盧泓樾

(浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，浙江蘭溪321100)

某600MW超臨界燃煤機組采用濕式除渣方式運行，撈渣機正常運行中需外排渣水38.50m3/h，背離了國家倡導的節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保理念。在充分調(diào)查研究及試驗的基礎(chǔ)上，通過加裝撈渣機渣水冷卻器、取消了渣水循環(huán)系統(tǒng)等一系列工作，對撈渣機進行渣水零排放改造。撈渣機渣水零排放造后，撈渣機及渣水系統(tǒng)運行平穩(wěn)，渣水系統(tǒng)缺陷率明顯下降，大大降低了運行維護人員的工作量且節(jié)能、節(jié)水效果顯著，為燃煤機組廢水零排放邁出了堅實的一步，為同類型機組實施該改造奠定了良好的基礎(chǔ)。

600MW超臨界燃煤機組;撈渣機;渣水零排放;改造

為貫徹國家節(jié)能環(huán)保政策、落實浙江省委省政府“五水共治”的決策，降低水資源消耗、減少廢水排放，本文對某600MW超臨界燃煤機組撈渣機渣水系統(tǒng)零排放進行研究并通過實施，減少了撈渣機渣水消耗量，為實現(xiàn)燃煤火力發(fā)電廠廢水零排放走出了堅實的一步。

1 某600 MW超臨界燃煤機組撈渣機渣水系統(tǒng)簡介

1.1 撈渣機及渣水系統(tǒng)簡介

該機組鍋爐為北京巴威公司提供的超臨界壓力、一次再熱直流鍋爐，采用單爐膛，π形島式露天布置。鍋爐采用濕除渣系統(tǒng)，撈渣機由德國TECHNIP(德西尼布)公司提供，鍋爐排出的熱渣落入爐底的刮板撈渣機水封槽中，激冷淬化，然后由刮板撈渣機連續(xù)地撈出至布置于鍋爐房外的鋼渣倉中，然后裝車外運。

撈渣機系統(tǒng)產(chǎn)生大量冷卻溢流水、渣倉瀝水、渣倉沖洗水、溢流水泵潤滑水、鏈條沖洗水及石子煤沖洗水等，均收集至渣水溢流水坑，然后由溢流水泵輸送至高效濃縮機進行沉淀、濃縮，出水自流至緩沖水倉進一步沉淀，緩沖水倉出水由低壓水泵打回撈渣機循環(huán)使用。高效濃縮機和緩沖水倉底部排泥送至渣煤水處理系統(tǒng)進行集中處理。除渣系統(tǒng)補充水有循環(huán)水、工業(yè)水及化學回用水池來水。

1.2 撈渣機及渣水系統(tǒng)改造前運行情況

改造前渣水系統(tǒng)損失水量主要是蒸發(fā)損失及渣帶走水量，約38.50m3/h。當夏季高溫時，為了控制撈渣機內(nèi)水溫不超過60℃，通過向撈渣機內(nèi)補入循環(huán)水來降低溫度，此時將大大增加渣水系統(tǒng)的外排水量。渣水系統(tǒng)的溢流水排水去往渣煤水處理系統(tǒng)預沉池。渣水是一種很難處理的廢水，存在pH、電導率、硬度、濁度、膠體含量高、易結(jié)垢等特點，與其他廢水混合后，會影響其他廢水的處理效果［1］。

2 渣水零排放改造方案

2.1 渣水零排放的制約因素分析

撈渣機有以下三個作用:保證爐膛底部與外界空氣的嚴密密封、灰渣的熄火、把灰渣從爐膛底部輸送出去［2］。因此要實施渣水零排放，首先要滿足上述三個條件，保證撈渣機的穩(wěn)定運行。

該型號撈渣機鏈條的水下導輪是水浸式的，即導輪為軸承內(nèi)置式，在導輪內(nèi)部裝2盤向心推力球軸承。上槽體渣水沿轉(zhuǎn)動的導輪和不轉(zhuǎn)的軸間縫隙會浸入到軸承座，若渣水溫度高于60℃時會影響到軸承的油封，嚴重時會導致水下導輪軸承損壞。

綜合上述分析，渣水零排放的制約因素有以下兩點:

(1)撈渣機的上槽體、下槽體水封液位不能過低，否則引起爐底水封破壞。

(2)撈渣機內(nèi)水溫不能超過60℃，否則引起撈渣機水下導輪軸承油封破壞。

2.2 系統(tǒng)改造

渣水系統(tǒng)零排放的改造首先應減少進入渣水系統(tǒng)的水量，然后增加渣水冷卻器，帶走多余的熱量，減少蒸發(fā)損失的水量，從而減少系統(tǒng)補水量，實現(xiàn)水量平衡和鹽量平衡，最終實現(xiàn)渣水系統(tǒng)零排放［3］。

2.2.1 渣水系統(tǒng)蒸發(fā)與補水的平衡計算

撈渣機內(nèi)落入大量熱態(tài)灰渣時，瞬間將有大量水分被蒸發(fā)，但蒸發(fā)的水分不會破壞鍋爐水封。極限狀態(tài)下10s之內(nèi)，600MW機組鍋爐熾熱灰渣(最大量37t)掉入撈渣機后，引起鍋爐蒸發(fā)量3t［4］，約為3m3，在4s之內(nèi)，蒸發(fā)量會越來越少，該撈渣機殼體水平面積為30×2=60m2，使液位下降0.1m，而熱態(tài)情況下，水封板插入液面為0.8m，不會破壞鍋爐水封。撈渣機落入大量熱態(tài)灰渣時，循環(huán)水能在3min之內(nèi)將所蒸發(fā)的水分補充完畢。當最惡劣工況下鍋爐發(fā)生大塊熱態(tài)灰渣落入撈渣機時，水封液位僅降低0.1m，爐底水封不會被破壞，同時循環(huán)水可以迅速對蒸發(fā)水量進行補充，因此撈渣機渣水零排放運行方式是可靠的。

2.2.2 除渣系統(tǒng)熱量平衡計算

取熱渣的初始溫度為t＇=850℃;考慮安全系數(shù)，夏季渣水溫度按60℃計，補充水溫度按28℃計，渣口k的比熱分別為:0.97、4.20kJ/(kg·℃); 100℃水的汽化熱為2258kJ/kg。

熱渣散發(fā)的熱量計算如下:

渣水汽化需要吸收的熱量:1m3水由水溫60℃升至100℃時所吸收的熱量168000kJ，水由100℃液體變?yōu)?00℃水蒸汽所吸收的熱量2258000kJ，所以1m3溫度為60℃的水轉(zhuǎn)變成100℃水蒸汽，所吸收的熱量為2426000kJ。1t熱渣引起的汽化消耗水量約為0.25m3，汽化帶走的熱量為606500kJ。

渣倉耗水帶走的熱量:1t渣帶走0.30t水，渣倉水帶走的熱量Qz=75600kJ，1t熱渣剩余熱量為766300kJ－606500kJ－75600kJ=84200kJ。

撈渣機富余熱量:該機組產(chǎn)渣量按25t/h計，共產(chǎn)生富余熱量2105000kJ，這部分熱量需要由補充水或冷卻水帶走，才能保持渣水溫度穩(wěn)定在60℃。

補充水帶走的熱量計算如下:

若通過溢流帶走富余熱量，則需要的溢流水量為15.70 m3/h。經(jīng)測算，渣水系統(tǒng)外排溢流水量為38.50m3/h，滿足帶走富余熱量的需要。如果渣系統(tǒng)沒有溢流水實現(xiàn)零排放，渣系統(tǒng)蒸發(fā)及拖渣消耗水帶走的熱量不能滿足熱量平衡要求，必須增加渣水冷卻器帶走富余熱量，才能保持渣水循環(huán)利用過程中渣水溫度60℃以下和渣水不溢流零排放［5］。

2.2.3 渣水循環(huán)利用改造方案

方案一:加裝外置式渣水冷卻器

該方案為將渣水送出撈渣機外進行冷卻，冷卻后的渣水循環(huán)重復使用。渣水冷卻器為管程式，也可以有兩種方式，一種是冷卻水在換熱管外，渣水在換熱管內(nèi);另一種是冷卻水在換熱管內(nèi)，渣水在換熱管外［6］。相比較而言，第二種布置方式較好，主要原因是渣水在換熱管內(nèi)容易堵塞，在管外相對不易堵塞。渣水冷卻的工藝流程如下:

渣水:撈渣機→高效濃縮機→緩沖水倉出水→低壓水泵→渣水冷卻器→撈渣機

冷卻水:循環(huán)水提升泵→渣水冷卻器→冷卻塔

渣水從撈渣機溢流到溢流水坑，由溢流水泵打到渣水高效濃縮機，在濃縮機進行沉淀后，上層清液溢流到緩沖水倉進一步沉淀，緩沖水倉低壓水泵出口水進入渣水冷卻器進行冷卻降溫，渣水冷卻器的出口水循環(huán)回用到撈渣機。

目前該冷卻器國內(nèi)電廠應用較早，也比較多，主要問題是由于鍋爐房面積較小，溢流水坑體積一般較小，渣水中的渣不能及時沉降而進入渣水冷卻器，并在冷卻器沉積和結(jié)垢，導致冷卻器換熱效率降低，仍有少量渣水需外排［7］。

方案二:加裝內(nèi)置式渣水冷卻器

內(nèi)置式渣水冷卻器是將冷卻器安裝在撈渣機殼體內(nèi)。內(nèi)置式渣水冷卻器主要包括:

(1)撈渣機上水封槽設2套電導式液位測量計、1套連續(xù)液位計、2套執(zhí)行機構(gòu)。電導式液位測量計、連續(xù)液位計和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)動，確保上水封槽水位的高度。電導式液位測量計、連續(xù)液位計實現(xiàn)對上水封槽水位實現(xiàn)二級保護功能，可靠性高。

(2)高效換熱器浸沒在撈渣機殼體內(nèi)部的密封水中，換熱器采用特殊材料，帶走撈渣機槽體密封水中的富余熱量，保證撈渣機密封水不超過60℃。

(3)撈渣機下水封槽水位設置電導式液位測量計2套、1套連續(xù)液位計、2套執(zhí)行機構(gòu)、溫度儀1件，電導式液位測量計、連續(xù)液位計、溫控儀和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)動，確保撈渣機下槽體的密封水位及溫度。

(4)鍋爐房內(nèi)溢流水坑設2件電導式液位測量計。鍋爐排放較大焦塊對水面高度產(chǎn)生沖擊，極少量的灰渣水經(jīng)溢流堰、澄清斜板處理后進入溢流水坑。一段時間后水位達到設定點時，高水位電導式測量計動作，溢流水泵將極少溢流的灰渣水打入撈渣機參與冷卻。當?shù)退浑妼綔y量計檢測到水位低時，溢流水泵停止運行。

兩種改造方案的技術(shù)經(jīng)濟比較見表1和表2。

表1 兩種改造方案的技術(shù)比較

表2 兩種改造方案的經(jīng)濟比較(1臺機組，萬元)

綜合技術(shù)比較、經(jīng)濟比較可知，采用方案二更加合理。

采用方案二撈渣機增加內(nèi)置式冷卻器后，既可以滿足渣水零排放，又同時保證鍋爐的安全運行。改造后撈渣機系統(tǒng)渣水循環(huán)如下:撈渣機的鏈條沖洗水、磨煤機石子煤沖洗水、溢流水泵潤滑水、渣倉沖洗水等補充撈渣機蒸發(fā)的水量。正常運行時撈渣機渣水不外排，當撈渣機水封槽液位低時，開啟循環(huán)水至撈渣機補水，以免鍋爐水封破壞。當事故工況下渣水系統(tǒng)水量過多時，可開啟溢流水泵及其相應閥門將多余的渣水排入原渣水系統(tǒng)進行處理。

2.3 設備改造及邏輯變更

2.3.1 撈渣機上水封槽內(nèi)部安裝擋灰板

為了防止鍋爐內(nèi)部揚塵、灰渣進入上水封槽影響鍋爐密封，在撈渣機上水封槽內(nèi)部安裝擋灰板，擋灰板寬60cm，沿水封槽安裝一圈約50m。擋灰板與水封插板成45°角，擋灰板與水封插板不直接焊接，通過連接塊焊接，連接塊間隔0.5m。水冷壁進口集箱冷態(tài)和熱態(tài)有膨脹位移，檢查相應膨脹指示計記錄，熱態(tài)比冷態(tài)最大下降23cm，前后和左右各有最大15cm的位移，設置擋灰板的位置在此基礎(chǔ)上加上10cm考慮。安裝后擋灰板的底部離水封槽溢流堰的豎直方向距離大于33cm，水平方向距離大于25cm。

2.3.2 邏輯變更

撈渣機渣水零排放改造后，為保證撈渣機設備安全需增加撈渣機內(nèi)水溫高于55℃開啟循環(huán)水至撈渣機補水閥、低于50℃關(guān)閉補水閥的條件，以防止渣水冷卻器工作失常時，撈渣機內(nèi)水溫過高導致水下導輪軸承油封破壞。

為了保證爐底水封不被破壞，需要對控制邏輯進行變更，增加撈渣機上水封槽、下水封槽液位低開啟對應水封槽補水閥的邏輯，防止水封槽液位低時，鍋爐爐底水封被破壞［8］。

3 運行效果

3.1 運行效果評價

撈渣機渣水零排放改造后，爐底渣完全在撈渣機內(nèi)部沉淀，因無外界大的擾動，沉淀效果更好，大部分灰渣被撈渣機撈出［9］。渣水系統(tǒng)循環(huán)取消后，溢流水坑因只接收少量清澈來水，運行無堵塞的現(xiàn)象。因高效濃縮機、緩沖水倉整體系統(tǒng)取消，進而避免了濃縮機、緩沖水倉系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的積渣堵塞等缺陷，撈渣機也未出現(xiàn)因補水問題產(chǎn)生故障或停運的情況。

在撈渣機渣水零排放系統(tǒng)改造前，需要投入大量的人力、物力對渣水循環(huán)系統(tǒng)進行維護。撈渣機渣水零排放改造后，取消了渣水循環(huán)系統(tǒng)，大大減輕了運行維護人員的工作量。在節(jié)能方面，每2臺機組停運2臺低壓水泵、4臺溢流水泵、2臺高效濃縮機、1臺緩沖水倉、2臺排泥泵;增加2臺撈渣機冷卻器增壓水泵。按年利用5500h計算，2臺機組年節(jié)約電量約104.16萬(kW·h)。

在節(jié)水方面，系統(tǒng)改造前每臺機組渣水系統(tǒng)外排溢流水為38.50m3/h，改造后渣水零外排，按照年利用5500h計算，每臺機組每年可以節(jié)約水量為211750m3，節(jié)能降耗效果顯著。

3.2 存在問題及原因分析

(1)撈渣機渣水系統(tǒng)經(jīng)過零排放改造，大大減少了渣水的外排，但是經(jīng)過觀察，渣水還偶有外排的現(xiàn)象，經(jīng)過分析確定了多余渣水的來源為溢流水泵的潤滑水。為了防止運行中的溢流水泵軸承被灰渣磨損，因此在溢流水泵軸承處裝有潤滑水，該潤滑水無論溢流水泵是否運行均長期開啟，導致有部分潤滑水進入渣水系統(tǒng)。

(2)撈渣機旁的溢流水坑及撈渣機水封槽內(nèi)可能會有灰渣集聚，需定期清理，以防止灰渣集聚過多影響到撈渣機系統(tǒng)的正常運行。

3.3 后續(xù)改進措施

(1)針對撈渣機溢流水泵潤滑水長期開啟的現(xiàn)象，計劃對潤滑水進行改造，并在邏輯內(nèi)進行優(yōu)化。將潤滑水的手動閥改為電動閥，在潤滑水泵控制邏輯內(nèi)增加潤滑水泵啟動前先開啟潤滑水電動閥，當電動閥全開并且潤滑水流量滿足時再啟動潤滑水泵，這將徹底解決多余潤滑水進入渣水系統(tǒng)的問題，并且能保證潤滑水泵的安全運行。

(2)結(jié)合機組檢修及調(diào)停的機會，及時清理撈渣機水封槽及溢流水坑內(nèi)的灰渣，防止灰渣集聚。

4 結(jié)語

該機組撈渣機渣水零排放改造是在結(jié)合機組的實際情況，進行了充分的調(diào)研、試驗，在確保改造方案可行的情況下完成的。最終減輕了運行、維護人員的工作量，減少了渣水系統(tǒng)堵塞頻繁的缺陷，實現(xiàn)了撈渣機渣水零排放的濕除渣系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。同時節(jié)約了水資源及廠用電量，達到預期目標，為燃煤火力發(fā)電廠廢水零排放工作的開展邁出了堅實的一步，為同類型機組實施該項目改造奠定了良好的基礎(chǔ)。

［1］易立強，楊振榮.火電廠廢水實現(xiàn)零排放的途徑［J］.吉林電力，2004，(4):39－41.

［2］馮德群.電廠鍋爐設備及運行維護［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2012.

［3］王彬，姜衍更，張光榮.全零溢流水濕排渣系統(tǒng)設計與分析［J］.熱力發(fā)電，2013，(9):136－139.

［4］岑可法.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［5］肖敏，國志強.#4爐撈渣機渣水回收系統(tǒng)改造［J］.電源技術(shù)應用，2014(2):183－184.

［6］祁永峰.超超臨界直流鍋爐渣水系統(tǒng)自密封改造［J］.電力科學與工程，2014(4):66－69.

［7］陳捷.超超臨界直流鍋爐渣水系統(tǒng)改造［J］.科技視界，2013 (24):264.

［8］張岑.300MW鍋爐渣水零排放技術(shù)改造［J］.河南科技，2013 (10):88－91.

［9］任健.1000MW機組刮板撈渣機的無溢流改造［J］.浙江電力，2014(1):34－36.

600 MW supercritical coal－fired units in dregs machine slag water research and implementation of zero emission

A 600 MW supercritical coal－fired unit using wet slag operation，normal operation of machine in dregs to slag discharge of water per hour in 38.50 m3，deviated from the national advocacy of energy－saving，water－saving，environmental protection concept.On the basis of full investigation and study and test，by adding machine slag water cooler in dregs，cancelled the slag water circulation system and a series of work，to zero discharge slag water machine in dregs into shape.After slag water zero emissions made in dregs machine，machine in dregs and slag water system running smoothly，slag water system defect rate decreased obviously，and greatly reduces the operation maintenance personnel＇s work load and energy saving，water saving effect is remarkable，for wastewater zero emissions coal－fired unit took a solid step，implement the transformation for the same type unit laid a good foundation.

600MW coal－fired units;slag salvaging machine;zero discharge slag water;transformation

X703.1

B

1674－8069(2015)06－032－04

2015-05-16;

2015-09-27

徐書德(1971-)，男，浙江開化人，工程師，主要從事火電廠管理工作。E－mail:luhy@landideal.com