爐底渣處理系統(tǒng)技改分析

李蜀生，王希平，王向偉，張光榮，朱有明，王 杏

(1.青島達(dá)能環(huán)保設(shè)備股份有限公司，青島 266300；2.國家電投集團(tuán)貴州金元綏陽產(chǎn)業(yè)有限公司，遵義 563000)

0 引 言

爐底渣是我國主要大宗工業(yè)固體廢物之一， 2018年，重點(diǎn)發(fā)表調(diào)查工業(yè)企業(yè)的爐渣產(chǎn)生量為3.1億噸，約等于我國200個(gè)大、中城市生活垃圾總量的1.48倍。鍋爐排出的爐底渣溫度在800～900 ℃，具有豐富的余熱資源；粉煤灰滲濾液含有多種重金屬，對地下水和土壤具有很大污染性；所以爐底渣的環(huán)保節(jié)能處理系統(tǒng)具有重要經(jīng)濟(jì)和社會效益[1]。

鍋爐爐底渣處理系統(tǒng)是指對爐底排出的爐渣進(jìn)行收集、冷卻、輸送、存儲等的綜合處理系統(tǒng)，主要應(yīng)用在燃煤、生物質(zhì)和垃圾等固體燃料鍋爐。目前市場上廣泛應(yīng)用的煤粉爐爐底渣處理系統(tǒng)技術(shù)詳見表1[2]。

表1 爐底渣處理系統(tǒng)技術(shù)分類

1 技改方案

1.1 系統(tǒng)性能分析

各種爐底渣處理系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)對比見表2。

表1 爐渣處理系統(tǒng)性能對比[1]

1.2 技改方案

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前行業(yè)內(nèi)爐渣處理系統(tǒng)技改方案實(shí)施的工程總結(jié)見表3。

表3 爐渣處理系統(tǒng)技改方案

2 水力改撈渣機(jī)

2.1 技改目標(biāo)

減少系統(tǒng)用水、減少污水排放，簡化系統(tǒng)、減少維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的。

2.2 典型工程

寧夏某發(fā)電有限責(zé)任公司采用北京巴布科克、威爾科克斯有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、單汽包自然循環(huán)煤粉爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量1 025 t/h。

鍋爐爐底原采用排渣門加碎渣機(jī)的水力排渣方式，爐底渣經(jīng)碎渣機(jī)粉碎后經(jīng)過渣溝激流噴嘴輸送至渣池，經(jīng)抓渣機(jī)抓至脫水倉脫水后用拉渣車運(yùn)走。

2012年間技術(shù)升級改造為撈渣機(jī)一級進(jìn)倉系統(tǒng)，撈渣機(jī)長50 m，仰角28°，渣倉有效容積108 m3，渣倉下留有運(yùn)渣汽車通道，汽車在渣倉下裝渣外運(yùn)。

2.3 案例分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益。水力排渣改為撈渣機(jī)后，節(jié)省大量水、系統(tǒng)電耗降低、系統(tǒng)簡化檢修維護(hù)費(fèi)用降低，年均節(jié)約100～200萬元，投資回報(bào)周期約3～4年。

(2)社會效益。減少了80%的水耗，污水循環(huán)利用，無污水排放，效益大。

(3)系統(tǒng)不足。技改在2012年完成，技術(shù)不夠先進(jìn)：①未采用零溢流技術(shù),系統(tǒng)復(fù)雜[3]，渣倉的脫水、撈渣機(jī)的冷卻水及渣井的密封水經(jīng)管道及溢水堰溢出后，沿原有渣溝進(jìn)入二期灰漿池，經(jīng)1臺灰漿泵輸送至#3濃縮池，濃縮后的水進(jìn)入二期回水池，經(jīng)二期1臺沖灰泵升壓后沿電除至爐側(cè)的沖灰水管道，然后接入渣井密封水母管作為撈渣機(jī)的冷卻水及渣井密封水；②圓環(huán)鏈傳動存在無法解決的跳鏈、夾鏈、甚至斷鏈等不穩(wěn)定問題。

2.4 市場應(yīng)用

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，類似工程還有盤山電廠[4]、嘉峪關(guān)自備電廠等；是水力排渣的一種技改方案。

3 水力改干渣機(jī)

3.1 技改目標(biāo)

減少系統(tǒng)水耗、避免污水排放，回收爐底余熱，爐渣綜合利用，簡化系統(tǒng)、減少維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的。

3.2 典型工程

菲律賓DMCI集團(tuán)卡拉卡電廠1#300 MW機(jī)組采用日本三菱重工制造的鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量1 047 t/h，過熱蒸汽溫度541 ℃，配套水力排渣系統(tǒng)。電廠臨近海港，直接采用海水進(jìn)行爐渣處理，水對爐渣處理系統(tǒng)和鍋爐爐底腐蝕嚴(yán)重，如圖1所示。

DMCI集團(tuán)專家經(jīng)過到我國考察先進(jìn)的干排渣技術(shù)，在2012年將系統(tǒng)升級改造為干排渣。

3.3 技改難點(diǎn)與方案

鍋爐排渣口中心線兩端正對鍋爐立柱，鍋爐立柱兩側(cè)均設(shè)有斜撐，常規(guī)設(shè)計(jì)干渣機(jī)無法出鍋爐房。

基于干渣機(jī)的渣井可以偏心設(shè)計(jì)，本工程干渣機(jī)偏心鍋爐排渣口3 m后避開鋼架支撐，如圖2所示。

3.4 案例分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益。水力排渣改為網(wǎng)帶干渣機(jī)后，節(jié)省大量水、系統(tǒng)電耗降低、回收爐底余熱，總計(jì)年均節(jié)約300～400萬元，投資回報(bào)周期約2～3年。

(2)社會效益。減少了97%的水耗，無污水排放，爐渣可綜合利用，效益巨大。

(3)系統(tǒng)不足。本技術(shù)改造在2012年完成，技術(shù)不夠先進(jìn)。在2015年電廠燃用非洗煤后，排渣量增大，干渣機(jī)出現(xiàn)打滑和不銹鋼輸送帶高溫拉長的現(xiàn)象；2016年電廠將網(wǎng)帶干渣機(jī)升級為鱗斗干渣機(jī)，系統(tǒng)其它設(shè)備不變，至今安全可靠運(yùn)行。

3.5 市場應(yīng)用

經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，類似的技改有九江電廠、溫州電廠、北侖電廠、威海電廠等；我國80%水力排渣改為干排渣，是主要技改方向。

4 撈渣機(jī)改干渣機(jī)

4.1 技改目標(biāo)

減少系統(tǒng)用水、避免污水排放，回收爐底余熱，爐渣綜合利用，簡化系統(tǒng)、減少維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的。

4.2 典型工程

常州某電廠630 MW機(jī)組鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)英國三井巴布科克能源公司(Mitsui Babcock Energy Limited)技術(shù)生產(chǎn)的超臨界、變壓運(yùn)行燃煤直流鍋爐，采用П型布置，螺旋水冷壁、單爐膛、低NOx軸向旋流燃燒器(LNASB)前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。

電廠原采用撈渣機(jī)加斗提機(jī)進(jìn)渣倉，渣倉析水重復(fù)利用的濕式機(jī)械除渣系統(tǒng)。因?yàn)殡姀S自我節(jié)能環(huán)保超前意識和嚴(yán)苛要求，在2014年對爐底渣系統(tǒng)進(jìn)行升級改造為鱗斗干渣機(jī)一級進(jìn)倉，同時(shí)對濕渣斗、水封升級為干渣斗和機(jī)械密封，渣倉設(shè)置干濕雙卸料設(shè)備。

4.3 技改難點(diǎn)與方案

設(shè)計(jì)煤種軟化溫度ST為1 150 ℃，低位發(fā)熱量Qnet,ar為23.5 MJ/kg，灰分Aar 為20%；燃煤渣量大，易結(jié)焦。經(jīng)電廠專家團(tuán)隊(duì)理論分析和考察，選用鱗斗干渣機(jī)。

改造工期短，整個(gè)拆裝只有45天，地理位置臨近長江。針對現(xiàn)狀，工程采用運(yùn)籌學(xué)管理方法，渣倉基礎(chǔ)提前開挖、澆注保養(yǎng)，鍋爐房內(nèi)部基礎(chǔ)利舊，按期順利完工。

4.4 案例分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益。撈渣機(jī)改為鱗斗干渣機(jī)后，節(jié)省大量水、系統(tǒng)電耗降低、回收爐底余熱，總計(jì)年節(jié)約200～300萬元，投資回報(bào)周期約2～3年。

(2)社會效益。與水力排渣技改相比，節(jié)水量減少，但節(jié)水率仍然達(dá)75%，無污水排放，爐渣可綜合利用，效益重大。

(3)系統(tǒng)優(yōu)勢。本技術(shù)改造采用先進(jìn)的鱗斗干渣機(jī)，除傳統(tǒng)干渣優(yōu)勢外，穿透換熱入爐風(fēng)溫高，風(fēng)量量化控制，提高爐效，對超低排放影響甚小。

4.5 市場應(yīng)用

類似的工程有宣城電廠、常熟電廠、菲律賓DMCI卡拉卡2#、菲律賓馬利萬斯等；是撈渣機(jī)主要技改方向之一。

5 圓環(huán)鏈改模鍛鏈撈渣機(jī)

5.1 技改目標(biāo)

提高運(yùn)行穩(wěn)定性，減少維護(hù)費(fèi)用；提高安全性，零溢流，實(shí)現(xiàn)環(huán)保目的。

5.2 典型工程

菏澤某電廠300 MW機(jī)組采用圓環(huán)鏈撈渣機(jī)，鏈條采用進(jìn)口高耐磨產(chǎn)品，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月就要對雙邊鏈條截取2～4環(huán)鏈節(jié)；鏈條磨損后在轉(zhuǎn)動中頻繁發(fā)生夾鏈和跳鏈現(xiàn)象，個(gè)別鏈環(huán)還發(fā)生斷裂[5]。

2019年初，機(jī)組完成了模鍛鏈升級改造，配套刮板連接器、輪系做了升級；如圖3所示。

石河子某電廠采用搖臂式關(guān)斷門，曾發(fā)生過大渣水爆；為解決安全問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)零溢流，2018技術(shù)升級為水平對擠式破碎關(guān)斷門[3]。

5.3 技改難點(diǎn)與方案

模鍛鏈與圓環(huán)鏈相同規(guī)格尺寸不同，設(shè)備長期運(yùn)行后殼體等發(fā)生變形，影響設(shè)備安裝質(zhì)量。采用對關(guān)聯(lián)部件進(jìn)行整體更換的解決方案。

搖臂式關(guān)斷門改為對擠式關(guān)斷門，投資成本稍高，主要解決安全問題；適合結(jié)焦性嚴(yán)重機(jī)組。

5.4 案例分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益。圓環(huán)鏈改為模鍛鏈撈渣機(jī)穩(wěn)定性提高、壽命延長、檢修維護(hù)量降低，平均年節(jié)約10～20萬元，宜在更換鏈條時(shí)進(jìn)行，投資即產(chǎn)生效益。

(2)社會效益。減少對國外進(jìn)口部件依賴，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；提高系統(tǒng)安全性，社會效益重大。

5.5 市場應(yīng)用

經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，類似的工程有辛店電廠、臨淄熱電、烏海電廠、柬埔寨西哈努克電廠等；是撈渣機(jī)主要技改方向之一。

6 干渣機(jī)改鱗斗干渣機(jī)

6.1 技改目標(biāo)

提高運(yùn)行穩(wěn)定性，減少維護(hù)費(fèi)用，提高鍋爐效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

6.2 典型工程

6.2.1 出力增容

哈密某電廠350 MW機(jī)組采用哈爾濱鍋爐廠亞臨界參數(shù)汽包爐，自然循環(huán)，單爐膛，一次中間再熱，固態(tài)排渣，全鋼架結(jié)構(gòu)緊身封閉布置。#1爐于2011年9月投運(yùn)，#2爐于2011年11月投運(yùn)。

原采用鋼帶(網(wǎng)帶)干渣機(jī)，一級進(jìn)倉布置，如圖4所示，設(shè)計(jì)出力9～34 t/h，輸送長度為53 m，抬頭角度35°，輸送帶有效寬度1.4 m，驅(qū)動功率22 kW，清掃鏈為φ18×64雙圓環(huán)鏈，驅(qū)動功率為5.5 kW；關(guān)斷門配置2×5.5 kW電機(jī)，油缸缸徑φ80 mm；渣倉直徑8 m，有效容積180 m3。

2012年02月更換煤種，設(shè)計(jì)和校核煤種灰分分別增加了46.4%、80.7%和35.4%，軟化溫度降為1 270 ℃，硅鋁比由2.02增至2.4，說明煤質(zhì)變化后不但渣量增大，且更容易結(jié)焦；導(dǎo)致干渣機(jī)打滑嚴(yán)重。底氮燃燒改造后排渣含碳量升高、渣量增大，爐渣在輸送帶上繼續(xù)燃燒，使得不銹鋼帶拉長嚴(yán)重、漏渣嚴(yán)重，也帶來跑偏等問題[6]。

2013年，電廠技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)大膽嘗試采用鱗斗干渣機(jī)，如圖5所示，設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行，2020年輸送帶首次更換，壽命高達(dá)7年。

6.2.2 爐效提升

近年來大量干排渣系統(tǒng)應(yīng)用中，也出現(xiàn)了一些問題；爭議最大的就是余熱回收提高爐效，有些工程測定結(jié)果顯示干渣系統(tǒng)會降低鍋爐熱效率。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)工程能提高熱效率；降低鍋爐效率的主要是干渣機(jī)換熱技術(shù)和自身產(chǎn)品質(zhì)量問題[6]；尤其是產(chǎn)品質(zhì)量問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，由于長期人工排渣和維修打開許多檢修門，大量不受控冷風(fēng)進(jìn)入爐膛。甚至出現(xiàn)鋼帶干渣機(jī)又改造回?fù)圃鼨C(jī)的案例。

所以在招標(biāo)時(shí)，完善的標(biāo)準(zhǔn)才能比價(jià)格，定制化產(chǎn)品應(yīng)先保證性能才能談價(jià)格；經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)不是購買優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品付出的成本，而是未能購買優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品而付出的代價(jià)。

6.3 技改難點(diǎn)與方案

鱗斗干渣機(jī)為新研發(fā)產(chǎn)品，電廠部分專家存在疑慮，尤其對鱗斗干渣機(jī)輸送帶采用耐熱鋼，材料耐熱性比不銹鋼稍低。

干渣機(jī)為換熱器，耐熱鋼具有更高的換熱系數(shù)，兩種干渣機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)不同，見表4。經(jīng)7年實(shí)踐驗(yàn)證鱗斗干渣機(jī)的性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)干渣機(jī)。

表4 兩種輸送帶結(jié)構(gòu)對比

6.4 案例分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)干渣機(jī)改為鱗斗干渣機(jī)，穩(wěn)定性提高、壽命延長，爐效提高、檢修維護(hù)量降低，平均年節(jié)約20～150萬元，宜在更換輸送帶時(shí)進(jìn)行，投資回報(bào)周期為1～2年。

(2)社會效益。干渣機(jī)由技術(shù)引進(jìn)吸收到再創(chuàng)新，并形成技術(shù)輸出；解決了結(jié)焦工程只能采用撈渣機(jī)的難題；效益大。

6.5 市場應(yīng)用

經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，類似的工程有合盛電廠、菲律賓DMCI、和豐電廠等；是干渣機(jī)主要技改方向。

7 結(jié)束語

(1)總結(jié)了行業(yè)目前采用的水力、圓環(huán)鏈撈渣機(jī)、模鍛鏈撈渣機(jī)、鋼帶干渣機(jī)、鏈板干渣機(jī)、鱗斗干渣機(jī)六種爐底渣處理系統(tǒng)性能和技改方案。

(2)分析了水力排渣改撈渣機(jī)和干渣機(jī)，圓環(huán)鏈撈渣機(jī)改干渣機(jī)和模鍛鏈撈渣機(jī)，干渣機(jī)改鱗斗干渣機(jī)六種技改方案的目標(biāo)、典型案例、經(jīng)濟(jì)和社會效益、市場應(yīng)用。

(3)六種技改方案均具有經(jīng)濟(jì)和社會效益，總結(jié)見表5和表6。

表5 爐渣處理系統(tǒng)技改經(jīng)濟(jì)效益對比

表6 爐渣處理系統(tǒng)技改社會效益對比