某發(fā)電廠1、2號(hào)鍋爐濕式除渣改造至干式除渣的可行性分析

龔仁明

摘 要：江蘇華電句容發(fā)電廠一期鍋爐采用濕式除渣系統(tǒng)，在實(shí)際使用過(guò)程中存在環(huán)境污染嚴(yán)重、水量消耗大、能耗高、綜合性能低等問(wèn)題。為了確保改造后的除渣系統(tǒng)能根本解決因渣水的跑冒滴漏帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，選擇干式除渣系統(tǒng)是從源頭上根本解決一期除渣系統(tǒng)渣倉(cāng)濕渣裝車(chē)帶來(lái)的渣水環(huán)境污染問(wèn)題的最佳方式。

關(guān)鍵詞：濕式除渣；環(huán)境污染；干式除渣

江蘇華電句容發(fā)電廠一期工程已建成2×1 000 MW超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐、單爐膛、前后墻對(duì)沖燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)；鍋爐采用露天、П型布置。最大連續(xù)蒸發(fā)量3 099.820 t/h。

一期工程2×1 000 MW機(jī)組爐底渣處理，以一臺(tái)爐為一個(gè)單元，采用“過(guò)渡渣井及水封板+刮板撈渣機(jī)+渣倉(cāng)”連續(xù)排渣方式。鍋爐底渣通過(guò)刮板撈渣機(jī)?；?、冷卻、脫水，進(jìn)入渣倉(cāng)經(jīng)過(guò)短暫存儲(chǔ)后，由汽車(chē)外運(yùn)供綜合利用或運(yùn)到灰場(chǎng)碾壓堆放。撈渣機(jī)的溢流水通過(guò)由高效濃縮機(jī)、冷卻塔等組成的回收水系統(tǒng)，輸送到撈渣機(jī)重復(fù)使用，形成除渣系統(tǒng)用水閉式循環(huán)。

1 系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

一期采用傳統(tǒng)水浸式刮板撈渣機(jī)系統(tǒng)，每臺(tái)爐下配置一臺(tái)刮板撈渣機(jī)，每臺(tái)爐爐側(cè)布置一臺(tái)渣倉(cāng)，運(yùn)渣汽車(chē)直接在渣倉(cāng)下裝車(chē)外運(yùn)。從刮板撈渣機(jī)水浸槽中撈出的渣，在進(jìn)入渣倉(cāng)之前的輸送過(guò)程中脫水。刮板撈渣機(jī)采用析水刮板，以期達(dá)到刮板撈渣機(jī)排出的渣含水率<25%的外運(yùn)要求，外運(yùn)供綜合利用或在灰場(chǎng)堆放。刮板撈渣機(jī)及渣斗的溢流水經(jīng)高效濃縮機(jī)澄清后重復(fù)使用，不對(duì)外排放[1]。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

華電句容發(fā)電廠一期工程2×1 000 MW機(jī)組分別于2013年8月和2013年11月投產(chǎn)。投產(chǎn)后的一期刮板撈渣機(jī)濕式除渣系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在以下問(wèn)題[2-3]。

1.1 安全性較差

刮板撈渣機(jī)在使用CB280液壓馬達(dá)時(shí)，因渣量過(guò)大，撈渣機(jī)跳停，造成機(jī)組非停。2015年將原液壓馬達(dá)CB280升級(jí)到CB400，兩臺(tái)爐共發(fā)生費(fèi)用268萬(wàn)元。驅(qū)動(dòng)齒盤(pán)連接螺栓斷裂導(dǎo)致齒盤(pán)脫落，造成機(jī)組非停。撈渣機(jī)斜升段鑄石板脫落，影響機(jī)組安全運(yùn)行，只能在線鋪設(shè)鋼板予以彌補(bǔ)。鏈條、鏈輪、刮板磨損周期與機(jī)組檢修周期不吻合，經(jīng)常需要在線進(jìn)行修復(fù)，增加了不安全因素。

1.2 嚴(yán)重的環(huán)境污染

由于渣量較設(shè)計(jì)煤種增加很多、撈渣機(jī)行程較短及渣倉(cāng)的瀝水性能未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求等因素，實(shí)際裝車(chē)時(shí)渣的含水率在40%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的渣含水率<25%的外運(yùn)要求。因?yàn)樵暮蔬^(guò)高，濕渣在運(yùn)輸過(guò)程中渣水的跑冒滴漏嚴(yán)重影響了渣倉(cāng)周邊和沿途環(huán)境，使得運(yùn)渣車(chē)沿途渣水灑落過(guò)大而無(wú)法直接外運(yùn)。實(shí)際運(yùn)行中，外運(yùn)單位經(jīng)常因渣水的沿途污染被公路管理處罰款，每次罰款金額在2 000～3 000元。

1.3 水量消耗

雖然渣水冷卻水系統(tǒng)為零排放，但渣在水冷過(guò)程中、在含水渣的外運(yùn)過(guò)程中、在冷卻水循環(huán)處理過(guò)程中，不可避免地消耗水資源。僅渣中水的外帶水量，以每噸渣外帶0.4 t水計(jì)，每臺(tái)爐每天損耗160 t水，按綜合費(fèi)用1元每噸計(jì)，每臺(tái)爐每年4.4萬(wàn)元。同時(shí)還存在著對(duì)爐膛的水汽腐蝕。

1.4 運(yùn)行檢修工作量大、費(fèi)用高

一期刮板撈渣機(jī)濕式除渣系統(tǒng)，為了保證排渣溫度不至于過(guò)高，采用水冷卻方式，并為此配置了復(fù)雜的冷卻水凈化冷卻處理系統(tǒng)。濃縮機(jī)排污泵間歇運(yùn)行，啟停頻繁，維修較頻繁，冷卻塔填料結(jié)垢變形嚴(yán)重，需經(jīng)常更換。系統(tǒng)的復(fù)雜帶來(lái)了維護(hù)成本的提高，鏈條磨損、鑄石脫落、液壓油過(guò)濾器更換等維護(hù)檢修費(fèi)用每臺(tái)爐每年約130萬(wàn)。

1.5 能耗高

除了撈渣機(jī)在輸送水的過(guò)程中需要消耗不必要的能量外，一期爐底出渣系統(tǒng)的水處理系統(tǒng)中的熄火水泵、溢流水泵、高效濃縮機(jī)、冷卻塔、排污泵亦需要消耗額外的能量。

1.6 綜合性能低

灰渣綜合利用低?；以?jīng)過(guò)水融合后，活性降低，綜合利用性能差。

2 除渣系統(tǒng)選擇

目前大型火電廠爐底除渣系統(tǒng)分為兩大類型：一類為濕式除渣系統(tǒng)，一類為干式除渣系統(tǒng)。濕式除渣系統(tǒng)按冷卻水與渣的接觸方式，可細(xì)分為直接水冷式和撈渣機(jī)體內(nèi)冷卻水管非接觸自循環(huán)水冷式兩種。干式排渣系統(tǒng)采用風(fēng)冷卻熱渣，不需要用水冷卻，系統(tǒng)無(wú)水耗，無(wú)廢水排放，無(wú)廢水處理系統(tǒng)。

根據(jù)華電句容發(fā)電廠一期除渣系統(tǒng)存在的問(wèn)題和本改造項(xiàng)目渣方案的主要選擇原則，為了確保改造后的除渣系統(tǒng)能根本解決因渣水的跑冒滴漏帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，減少運(yùn)行成本，選擇干式除渣系統(tǒng)，是從源頭上根本解決一期除渣系統(tǒng)濕渣裝車(chē)帶來(lái)的渣水環(huán)境污染問(wèn)題的最佳方案[4]。

3 干式除渣機(jī)選擇

國(guó)內(nèi)應(yīng)用的干式排渣機(jī)有鋼帶（網(wǎng)帶）排渣機(jī)、履帶（鏈板）排渣機(jī)、鱗斗排渣機(jī)3種類型[5]。

3.1 鋼帶（網(wǎng)帶）排渣機(jī)除渣系統(tǒng)

鋼帶（網(wǎng)帶）式排渣機(jī)式在國(guó)內(nèi)現(xiàn)運(yùn)行的各類干渣機(jī)中最早且最多使用的干渣機(jī)形式。鋼帶（網(wǎng)帶）式排渣機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輸送/清掃系統(tǒng)、液壓張緊系統(tǒng)、輸送托輥、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、殼體等組成。輸送系統(tǒng)采用不銹鋼網(wǎng)帶傳動(dòng)。

優(yōu)缺點(diǎn)分析：輸送網(wǎng)帶以靠驅(qū)動(dòng)輥摩擦力驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，磨損小，但過(guò)載易打滑。底部設(shè)置清掃系統(tǒng)以清掃底部灰渣，增加了一套系統(tǒng)，多了一個(gè)事故點(diǎn)，增加了功耗，不合適大傾角輸送。清掃系統(tǒng)負(fù)載大磨損大。《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）規(guī)定“風(fēng)冷式鋼帶輸渣機(jī)傾斜段傾角不宜大于33°”，實(shí)際使用中可以達(dá)到35°以上。

3.2 履帶（鏈板）排渣機(jī)除渣系統(tǒng)

履帶（鏈板）式排渣機(jī)適用于常規(guī)燃煤鍋爐底渣的連續(xù)輸送，其工作原理是采用圓環(huán)鏈傳動(dòng)，疊加履帶（鏈板）板為載體，密閉式底部吸入自然空氣進(jìn)行冷卻的排渣機(jī)，冷卻后的熱風(fēng)也全部進(jìn)入爐膛。

履帶（鏈板）式排渣機(jī)的核心輸送帶由兩條高強(qiáng)度圓環(huán)鏈和一組履帶（鏈板）板組成，圓環(huán)鏈年拉伸率（包括拉長(zhǎng)和磨損）約1%～2.3%，雙鏈條偏差也在25～100 mm，由于履帶（鏈板）為連續(xù)布置，當(dāng)雙鏈偏差接近半個(gè)鏈環(huán)時(shí)需要及時(shí)對(duì)鏈條進(jìn)行對(duì)調(diào)或者更換，否則會(huì)引起鹵代板變形，甚至引起設(shè)備卡塞。

優(yōu)缺點(diǎn)分析：履帶（鏈板）式排渣機(jī)采用自清掃帶，適合較大傾角輸送，降低了成本和設(shè)備高度，但限于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，底部有殘留，且在干渣機(jī)尾部易堆積灰渣，會(huì)造成一定污染。由于采用圓環(huán)鏈傳動(dòng)，傳動(dòng)力大大提供，無(wú)打滑問(wèn)題。圓環(huán)鏈線接觸形式易磨損，雙鏈同步性差，輸送系統(tǒng)壽命較低。大傾角輸送履帶（鏈板）板易變性產(chǎn)生故障，最大輸送角度40°。

3.3 鱗斗排渣機(jī)除渣系統(tǒng)

鱗斗排渣機(jī)是針對(duì)帶（網(wǎng)帶）式排渣機(jī)運(yùn)行中的種種不足，由我國(guó)自主研發(fā)的新一代干式排渣機(jī)，最大裝機(jī)容量1 200 MW。鱗斗排渣機(jī)是依靠風(fēng)冷，鱗斗為承載灰渣和換熱載體，套筒模鍛鏈為改向、承載和傳動(dòng)中心，輸送程依靠簡(jiǎn)支軸支撐，回程依靠懸臂軸支撐，具有同步清掃器的自清掃全密閉式鍋爐底渣干式排渣機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鱗斗排渣機(jī)

優(yōu)缺點(diǎn)分析：套筒模鍛為精密鏈傳動(dòng)，不打滑，出力大，磨損小，同步性高，耐磨壽命高，不足是制造工藝復(fù)雜且要求較高；鱗斗制造工藝也比較復(fù)雜，但作為輸送換熱載體，冷卻效果好，更適合大傾角輸送。鱗斗干渣機(jī)輸送承載也采用簡(jiǎn)支軸支撐，比懸臂軸抵抗沖擊能力強(qiáng)；自清掃輸送結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，減少了故障點(diǎn)，降低了費(fèi)用，且設(shè)有同步清掃器，尾部無(wú)積灰。

根據(jù)以上分析，鱗斗干渣機(jī)的綜合性能最好、布置傾角最大（有利于直接進(jìn)倉(cāng)的最簡(jiǎn)布置方式）、具備大出力排渣機(jī)的性能。推薦采用各項(xiàng)性能俱優(yōu)的鱗斗干渣機(jī)，利用鱗斗干渣機(jī)適合大傾角輸送的特點(diǎn)，采用鱗斗干渣機(jī)直接進(jìn)渣倉(cāng)的布置方案。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)濕式除渣系統(tǒng)及鋼帶（網(wǎng)帶）排渣機(jī)、履帶（鏈板）排渣機(jī)、鱗斗排渣機(jī)3種干式除渣系統(tǒng)進(jìn)行比較，從除渣系統(tǒng)技術(shù)可靠性的角度和節(jié)省投資、便于檢修、運(yùn)行管理的角度出發(fā)，本工程采用“鱗斗排渣機(jī)直接進(jìn)倉(cāng)”方案。本次爐底渣系統(tǒng)改造后，將為華電句容電廠一期爐底渣運(yùn)行管理帶來(lái)以下效果[6]。

4.1 根本解決渣水對(duì)環(huán)境的污染

由于系統(tǒng)無(wú)水耗，干式排渣系統(tǒng)無(wú)渣水滴流、無(wú)廢水排放，無(wú)需廢水處理系統(tǒng)，有利于環(huán)境保護(hù)和文明生產(chǎn)。

4.2 無(wú)水耗

干式排渣系統(tǒng)用風(fēng)冷卻熱渣，不需要用水冷卻，節(jié)約了大量水資源，降低電廠運(yùn)行成本。

4.3 灰渣綜合利用高

干渣中的氧化鈣未被破壞，可直接用于建筑材料，干渣的綜合利用效益提高。

4.4 系統(tǒng)簡(jiǎn)單、能耗低、系統(tǒng)維護(hù)檢修量下降

干式排渣機(jī)排出的渣可直接儲(chǔ)存和運(yùn)輸，不需要濕式排渣系統(tǒng)的后處理設(shè)備，且干渣直接一步上倉(cāng)，工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用少；采用鱗斗式排渣機(jī)系統(tǒng)，物料與設(shè)備之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)很少且運(yùn)行速度低，磨損小，使用壽命長(zhǎng)；干式排渣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，節(jié)省大量空間。