火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)

劉 旭，翟煤源，張 森，王殿軍，王明臣

（山東電力工程咨詢(xún)?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

1 除灰系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 除灰系統(tǒng)現(xiàn)狀

火力發(fā)電廠燃煤鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中，含有大量的燃燒廢棄物——粉煤灰，這些粉煤灰，不能隨意排放，必須從煙氣中分離出來(lái)，收集儲(chǔ)存后專(zhuān)門(mén)存放或另做他用，否則排放到大氣中，會(huì)對(duì)空氣和周?chē)h(huán)境造成污染。

2×300 MW機(jī)組，排放灰量的速度約60 t／h，年排灰量將近30萬(wàn)t，火電廠中，用來(lái)將這些粉煤灰收集、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)處理的設(shè)施，是各種除塵器、灰?guī)?、連接它們兩者之間的輸送管道和輸送用的壓縮空氣，整個(gè)處理系統(tǒng)稱(chēng)作除灰系統(tǒng)［1］。

我國(guó)大中型火力發(fā)電廠中，現(xiàn)有除灰系統(tǒng)的主要方式，大多數(shù)是采用20世紀(jì)80年代，從國(guó)外引進(jìn)消化的“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”。

1.2 正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)

“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”是高密度的倉(cāng)泵輸送系統(tǒng)［2］，該系統(tǒng)利用壓縮空氣作為輸送介質(zhì)，將粉煤灰從排放點(diǎn)集中后，輸送到儲(chǔ)存系統(tǒng)。

“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”工藝流程為：鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙塵，通過(guò)布置在鍋爐尾部的靜電除塵器或布袋除塵器時(shí)，煙塵中的煙氣和粉塵被分離開(kāi)。符合排放要求的潔凈煙氣，由引風(fēng)機(jī)通過(guò)煙囪排入大氣；被分離出來(lái)的粉塵，被暫時(shí)存放在除塵器本體下部各個(gè)電場(chǎng)自帶的小鋼灰斗里 （2×300 MW機(jī)組，一般是40個(gè)），再由設(shè)在除塵器下的倉(cāng)泵裝置（40個(gè)），通過(guò)壓縮空氣，將其經(jīng)由輸送管道，輸送到與除塵器相距不遠(yuǎn)的廠內(nèi)混凝土灰?guī)熘袃?chǔ)存，然后再在廠內(nèi)灰?guī)煜卵b車(chē)，運(yùn)至綜合利用場(chǎng)所，或運(yùn)至儲(chǔ)灰場(chǎng)。

按照DL／T 5142—2012《火力發(fā)電廠除灰設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》［1］規(guī)定，廠內(nèi)混凝土灰?guī)斓娜莘e應(yīng)能儲(chǔ)存2臺(tái)鍋爐B-MCR工況下，燃用設(shè)計(jì)煤質(zhì)24～48 h的灰量。

倉(cāng)泵輸送系統(tǒng)的輸送動(dòng)力，來(lái)自于專(zhuān)用的壓縮空氣系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)、空氣凈化裝置、儲(chǔ)氣罐等。

2 火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)

2.1 火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)

“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”自引進(jìn)以來(lái)，在我國(guó)已經(jīng)沿用了三十多年，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸固化為一種較為單一的火電廠粉煤灰輸送模式，技術(shù)上已無(wú)太多的提升空間。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，該系統(tǒng)也暴露出了一些問(wèn)題，如設(shè)備多、故障點(diǎn)多、廠用電消耗大等。

該系統(tǒng)存在的根本問(wèn)題是：已經(jīng)被除塵器分離出來(lái)的粉煤灰（以下亦稱(chēng)干灰），不是直接被運(yùn)往廠外，而是在運(yùn)出廠之前，必須先用“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”，搬運(yùn)到不遠(yuǎn)處的廠內(nèi)混凝土灰?guī)熘校龠\(yùn)往廠外。這樣不但多出了一套投資較大的系統(tǒng)，還多了一套流程，增加了漏灰點(diǎn)，增加了占地和廠用電消耗。

“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”是針對(duì)上述問(wèn)題，將廠內(nèi)灰?guī)旌喜⒃O(shè)計(jì)在了除塵器下，除塵器中分離出來(lái)的粉煤灰，直接落入了設(shè)在其下部的灰?guī)熘?，再在除塵器下直接裝車(chē)外運(yùn)。

具體做法是：將現(xiàn)有的除塵器包括進(jìn)出口煙道在內(nèi)，整體抬高約5 m，將除塵器下部每個(gè)鋼灰斗的容積擴(kuò)大，由現(xiàn)在的可以?xún)?chǔ)存B-MCR工況下燃用設(shè)計(jì)煤質(zhì)8～10 h的灰量，增加到可以?xún)?chǔ)存24～48 h的灰量，直接替代廠內(nèi)灰?guī)欤?］。

除塵器和灰?guī)炀捎娩摻Y(jié)構(gòu)，兩者合并設(shè)計(jì)成為一個(gè)整體，由除塵器廠家整體設(shè)計(jì)，整體供貨。新設(shè)備暫稱(chēng)為“新型除塵器”［4］。煙塵可以在“新型除塵器”中，一次性地完成粉煤灰的分離、儲(chǔ)存和裝車(chē)外運(yùn)工作。

由于不需要先搬運(yùn)一次干灰到廠內(nèi)混凝土灰?guī)熘?，而?zhuān)門(mén)設(shè)置一套輸送設(shè)備和輸送系統(tǒng)，也不再需要為每年將近30萬(wàn)t的灰，設(shè)置專(zhuān)門(mén)的輸送動(dòng)力，從而去掉了火電廠除灰系統(tǒng)中空壓機(jī)這一最大的動(dòng)力消耗源，達(dá)到了火電廠粉煤灰向廠外輸送前，無(wú)動(dòng)力消耗的目的，因此稱(chēng)其為“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”。

2.2 新型除塵器

火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)中，主要變化的設(shè)備是新型除塵器［5］，其結(jié)構(gòu)型式立面圖如圖1所示。

以靜電除塵器為例，“新型除塵器”的結(jié)構(gòu)形式如下：每臺(tái)鍋爐設(shè)有2臺(tái)二（三）室五電場(chǎng)靜電除塵器，在除塵器的下方，與除塵器相連，直接設(shè)有鋼灰?guī)臁?/p>

除塵器整體采用框架結(jié)構(gòu)，分為除塵器本體、上部粉塵收集層、中部卸灰設(shè)備層和底部汽車(chē)通道層等幾部分。

圖1 “新型除塵器”結(jié)構(gòu)型式立面圖

除塵器本體部分，包括電氣系統(tǒng)在內(nèi)，其結(jié)構(gòu)形式、功能與原有除塵器一樣，沒(méi)有改變。

上部粉塵收集層中，設(shè)有與除塵器直接相連的由若干組灰斗組成的灰?guī)臁；叶酚蟹叫魏偷瑰F形兩種形式，一般運(yùn)行中，電除塵器前兩個(gè)電場(chǎng)收集的干灰量較大，后幾個(gè)電場(chǎng)收集的干灰量較少。在“新型除塵器”中，當(dāng)采用靜電除塵器時(shí)，前兩個(gè)電場(chǎng)下部的灰斗設(shè)計(jì)成方形結(jié)構(gòu)，用以增大灰?guī)斓膬?chǔ)存容積。后幾個(gè)電場(chǎng)因灰量較少，灰?guī)靸?chǔ)存容積不需要很大，下部的灰斗設(shè)計(jì)成倒錐形結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和減少除塵器的整體重量。

方形儲(chǔ)灰斗的設(shè)計(jì)，基本上源于原混凝土灰?guī)斓脑O(shè)計(jì)思路，灰斗部分設(shè)有連續(xù)料位計(jì)、極限料位計(jì)、高料位計(jì)和人孔門(mén)，下部設(shè)有氣化斜槽、氣化風(fēng)母管和支管。倒錐形儲(chǔ)灰斗的設(shè)計(jì)，與原有電除塵器灰斗一樣，設(shè)有高料位計(jì)和氣化板。各儲(chǔ)灰斗均采用鋼材料，下部設(shè)有卸料口，外部設(shè)有保溫層。

“新型除塵器”中部，是卸灰設(shè)備層，分別安裝有由手動(dòng)閥門(mén)、氣動(dòng)閥門(mén)、汽車(chē)散裝機(jī)組成的干式卸料系統(tǒng)，和由手動(dòng)閥門(mén)、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)給料機(jī)、雙軸攪拌機(jī)組成的濕式卸料系統(tǒng)。干、濕卸料系統(tǒng)上部與除塵器灰斗卸料口相連，干式卸料系統(tǒng)將干灰直接裝入干灰罐車(chē)運(yùn)往用戶(hù)，濕式卸料系統(tǒng)將干灰與水混合攪拌后，將半濕狀態(tài)灰裝入自卸汽車(chē)運(yùn)往用戶(hù)，兩套系統(tǒng)可以分別滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。

中間卸灰設(shè)備層，還安裝有氣化風(fēng)電加熱器和為雙軸攪拌機(jī)供水的管道泵，氣化風(fēng)機(jī)也可以布置在這一層或除塵器底層。

“新型除塵器”的下部，是專(zhuān)門(mén)供運(yùn)灰汽車(chē)通行的底部汽車(chē)通道層，見(jiàn)圖2。

圖2 底部汽車(chē)通道層

火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)中，兩臺(tái)鍋爐統(tǒng)一考慮運(yùn)灰汽車(chē)通道。運(yùn)灰汽車(chē)統(tǒng)一從一臺(tái)鍋爐方向進(jìn)入電除塵器下，裝滿(mǎn)灰后，從另一臺(tái)鍋爐方向駛出電除塵器，圖2中箭頭表示汽車(chē)的運(yùn)行路線(xiàn)。

在除塵器底部的兩側(cè)，有供裝灰汽車(chē)進(jìn)出的大門(mén)。在寒冷地區(qū)，為了防寒，大門(mén)上安裝有電動(dòng)卷簾門(mén)。由于電除塵器每個(gè)電場(chǎng)各為一個(gè)通道，除塵器下部就同時(shí)擁有5條汽車(chē)通道，每個(gè)通道中，又可以幾輛汽車(chē)同時(shí)裝灰。與原有除灰系統(tǒng)中，2臺(tái)鍋爐的3個(gè)灰?guī)旃苍O(shè)有3個(gè)通道，每個(gè)通道只能有1輛汽車(chē)裝灰相比，汽車(chē)裝灰和通行能力得到了很大的改善，解決了運(yùn)灰汽車(chē)排隊(duì)等待的問(wèn)題，較大地提高了汽車(chē)的運(yùn)灰效率。為了能清楚地觀察到汽車(chē)的裝車(chē)情況，在底部汽車(chē)通道層，還設(shè)有觀察室，布置在各個(gè)卸料口中旁邊。

在中部卸灰設(shè)備層和底部汽車(chē)通道層四周，均設(shè)置外墻封閉，防止裝車(chē)時(shí)散漏的干灰影響周?chē)h(huán)境，封閉材料可以是帶保溫的壓型鋼板或其他材料。在底層，還設(shè)有去往除塵器各層的扶梯。

3 系統(tǒng)比較

將上述兩個(gè)系統(tǒng)，用簡(jiǎn)圖的方式表述，圖3是“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”流程，圖4是“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”流程。

圖3 “正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”流程

圖4 “火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”流程

比較兩種除灰系統(tǒng)流程，顯而易見(jiàn)，火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、工藝合理的優(yōu)越性。圖4中省去了專(zhuān)門(mén)的輸送空壓機(jī)、輸送系統(tǒng)和輸灰管線(xiàn)，大幅度地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，減少了設(shè)備，減少了占地，降低了投資，降低了廠用電，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)，給電廠帶來(lái)的環(huán)境污染，主要有3處：一是除塵器下部的倉(cāng)泵區(qū)域；二是廠區(qū)輸灰管線(xiàn)，沿途跑冒滴漏；三是灰?guī)靺^(qū)域?；痣姀S非能動(dòng)除灰系統(tǒng)，將這3個(gè)污染點(diǎn)減少到了一點(diǎn)，即只在除塵器區(qū)域一個(gè)地方，存在有因漏灰而產(chǎn)生飛灰污染的可能性，污染點(diǎn)大范圍地減少，提高了電廠的文明生產(chǎn)程度。

4 工程應(yīng)用

4.1 應(yīng)用情況

將所研究火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)在山東 “莒縣豐源熱電有限公司2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)工程”中應(yīng)用，圖6為新型電除塵器安裝現(xiàn)場(chǎng)。

表1 現(xiàn)有電除塵器分項(xiàng)成本

表2 新型電除塵器分項(xiàng)成本

該工程第1臺(tái)機(jī)組于2018年10月投產(chǎn)發(fā)電，第2臺(tái)機(jī)組于2018年12月投產(chǎn)發(fā)電。

4.2 新型電除塵器部分

現(xiàn)有電除塵器分項(xiàng)成本見(jiàn)表1。新型電除塵器分項(xiàng)成本見(jiàn)表2。新型電除塵器與現(xiàn)有電除塵器綜合成本對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 新型電除塵器與現(xiàn)有電除塵器綜合成本對(duì)比

從新型電除塵器與現(xiàn)有電除塵器重量及總成本對(duì)比看出：新型電除塵器重量比現(xiàn)有電除塵器重量增加130.1 t，增加比為23.89%；新型電除塵器總體成本比現(xiàn)有電除塵器總體成本增加125.505萬(wàn)元，增加比為27.65%，兩項(xiàng)數(shù)據(jù)均增長(zhǎng)較大；如放在配置1臺(tái)爐除塵器來(lái)看，總體成本增加約7.5%～8.5%之間。

4.3 兩種除灰系統(tǒng)對(duì)比

1）兩種系統(tǒng)投資對(duì)比見(jiàn)表4。

通過(guò)對(duì)壽命期總費(fèi)用分析，測(cè)得采用除塵器灰?guī)煲惑w化方案，較采用正壓濃相氣力除灰方案，可節(jié)省費(fèi)用3 317萬(wàn)元（凈現(xiàn)值1 839萬(wàn)元）。因此，除塵器灰?guī)煲惑w化方案較正壓濃相氣力除灰方案投資更少，運(yùn)行費(fèi)用更低，經(jīng)濟(jì)效益更好。

2）兩種系統(tǒng)壽命期總費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表5。

表4 兩種系統(tǒng)投資對(duì)比 萬(wàn)元

表5 兩種系統(tǒng)壽命期總費(fèi)用對(duì)比 萬(wàn)元

圖6 新型電除塵器安裝現(xiàn)場(chǎng)

5 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)投資分析。每個(gè)2×300 MW工程，采用“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”，比采用“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”，可降低工程造價(jià)400多萬(wàn)元。

運(yùn)行費(fèi)用分析。每個(gè)2×300 MW工程，采用“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”，比采用“正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)”，除灰系統(tǒng)可節(jié)約能耗約70%。按年利用小時(shí)數(shù)5 500 h計(jì)算，每年可以減少?gòu)S用電消耗約137萬(wàn)kWh。按火電廠20年的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期考慮，在發(fā)電廠壽命期內(nèi)，僅廠用電消耗一項(xiàng)，就可以節(jié)約電費(fèi)1 000多萬(wàn)元。提高經(jīng)濟(jì)效益的部分還有，減少了安裝、檢修工作量，節(jié)省了設(shè)備運(yùn)行維修費(fèi)和減少了占地。

因此，從經(jīng)濟(jì)效益分析，“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。從社會(huì)效益分析，“火電廠非能動(dòng)除灰系統(tǒng)”，提高了電廠的文明生產(chǎn)程度，推動(dòng)了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。