超臨界燃煤機(jī)組除渣系統(tǒng)優(yōu)化改造效益分析

李 圳，周 朋

(山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 霍州 031400)

山西兆光電廠2×600MW常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，屬于單爐膛、一次再熱、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)的Π型鍋爐。兆光600 MW機(jī)組3號(hào)鍋爐燃燒后灰渣中大渣含量相對(duì)偏高，同時(shí)由于燃煤市場(chǎng)影響，目前鍋爐燃用煤種發(fā)生很大變化，實(shí)際燃用煤種較設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)較差，鍋爐排渣量增加較多，瞬時(shí)最大排渣量達(dá)50 t/h以上(原除渣系統(tǒng)一、二級(jí)鋼帶機(jī)設(shè)計(jì)最大排渣量 35 t/h)，嚴(yán)重偏離原設(shè)計(jì)鍋爐最大排渣量。

由于一、二級(jí)鋼帶機(jī)出力不足，鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)閉鋼帶機(jī)擠壓頭狀況，大量灰渣堆集在鍋爐冷灰斗里，對(duì)鍋爐整體承重帶來很大的安全隱患；原一、二級(jí)鋼帶機(jī)兩套輸渣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，日常維護(hù)量非常大，維護(hù)費(fèi)用較高。

兆光電廠二期2×600MW機(jī)組于2019年初實(shí)施了除渣系統(tǒng)節(jié)能改造。3號(hào)機(jī)系統(tǒng)于2019年2月16日投入運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

兆光電廠二單元2×600MW機(jī)組除渣系統(tǒng)鋼帶機(jī)參數(shù)如下：一級(jí)鋼帶機(jī)型號(hào)GPZS14；輸送能力10～30 t/h；鋼帶有效寬度1 400 mm；傾斜角度27°；二級(jí)鋼帶機(jī)型號(hào)GPZS12；二級(jí)鋼帶機(jī)設(shè)計(jì)輸送能力10～35 t/h；鋼帶有效寬度：1 200 mm。目前燃用煤種情況下，正常平均渣量30～40 t/h，機(jī)組高負(fù)荷情況下，磨煤機(jī)煤量約360 t左右，渣量約50 t左右，遠(yuǎn)大于一、二級(jí)鋼帶機(jī)的設(shè)計(jì)出力。

二級(jí)鋼帶機(jī)鋼帶有效寬度1 200 mm，比一級(jí)鋼帶機(jī)有效寬度1 400 mm偏小，同時(shí)二級(jí)鋼帶機(jī)傾角32°，大于一級(jí)鋼帶機(jī)27°的傾角，造成運(yùn)行中二級(jí)鋼帶機(jī)回渣量相對(duì)較大，出力明顯小于一級(jí)鋼帶機(jī)。

2 改造內(nèi)容

2.1 干渣機(jī)改造

拆除原一級(jí)、二級(jí)鋼帶機(jī)，安裝鱗斗式干渣機(jī)、碎渣機(jī)設(shè)備，重新安裝1臺(tái)新干渣機(jī)系統(tǒng)，見圖1和圖2。目前3號(hào)鍋爐燃用煤質(zhì)為摻燒煤，發(fā)熱量3 500 kCal/kg(14.6 MJ/kg)左右，硫分2.5%以內(nèi)，易結(jié)焦，灰分40%～50%，與設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏差較大(附表1)。平均渣量40～50 t/h，最大渣量 80 t/h左右，新改造干渣機(jī)系統(tǒng)保證出力可調(diào)，正常出力為60 t/h，最大連續(xù)出力為100 t/h。

表1 3號(hào)鍋爐燃用煤煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤煤質(zhì)比較

圖1 網(wǎng)帶式干渣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

圖2 鱗斗式干渣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式

2.2 渣倉整體移位改造

渣倉及鋼支架高度約27 m，設(shè)備整體利舊。本次除渣系統(tǒng)改造，需要將原渣倉移位約30 m。因此，基礎(chǔ)需要重新澆筑。在新渣倉基礎(chǔ)澆筑及完成后用350 t汽車吊將渣倉整體移位至新基礎(chǔ)。本次渣倉利舊改造只更換渣倉卸料控制柜及布袋除塵器，其余設(shè)備全部利舊。

2.3 渣倉基礎(chǔ)改造

渣倉基礎(chǔ)土方開挖，回填土夯實(shí)后制作模板并進(jìn)行綁扎，最后進(jìn)行混凝土澆筑，養(yǎng)護(hù)時(shí)間10 d。

2.4 改造亮點(diǎn)

(1)鱗斗式干渣機(jī)輸渣能力強(qiáng)，鱗斗容積大，出力較網(wǎng)帶式干渣機(jī)提升 2 倍以上。原鋼帶機(jī)邊板高度100 mm，鱗斗邊板高200 mm，底面結(jié)構(gòu)由平面改為曲面，適合煤種灰渣量大的干渣機(jī)。

(2)鱗斗式干渣機(jī)輸送帶主體為沖壓曲面結(jié)構(gòu)，可存細(xì)灰，適于大傾角輸送(調(diào)研國內(nèi)輸送角度最大可達(dá)45°，兆光3號(hào)鍋爐此次改造傾角38°)，解決現(xiàn)有二級(jí)鋼帶機(jī)因角度過大返灰嚴(yán)重的問題，同時(shí)也解決現(xiàn)場(chǎng)位置受限必須采用大傾角問題。

(3)簡(jiǎn)化干渣機(jī)系統(tǒng)，取消清掃鏈系統(tǒng)，鱗斗式干渣機(jī)其輸送是由雙鏈條和承載板組成，采用自清掃機(jī)構(gòu)，不設(shè)單獨(dú)清掃鏈減少故障點(diǎn)，檢修維護(hù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；更換檢修方便，對(duì)工人操作要求低。

(4)優(yōu)化干渣機(jī)輸送帶冷卻系統(tǒng)，原鋼帶機(jī)鍋爐底渣冷卻采用爐膛負(fù)壓吸入空氣進(jìn)行冷卻(側(cè)面及頭部多處冷卻口)，鱗斗式干渣機(jī)冷卻風(fēng)量由頭部調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)行控制，能根據(jù)鍋爐的排渣量自動(dòng)調(diào)節(jié)，且不影響鍋爐的燃燒，最大冷卻空氣量不超過鍋爐燃燒空氣量的1%。干式排渣機(jī)在設(shè)計(jì)出力60 t/h時(shí)運(yùn)行，其排渣溫度低于100 ℃，在最大出力100 t/h 時(shí)運(yùn)行，其排渣溫度低于150 ℃；在各種工況下，干式排渣機(jī)殼體溫度應(yīng)保持在50 ℃以下。

(5)增加鱗斗式干渣機(jī)尾部冷卻風(fēng)門。調(diào)試運(yùn)行期間，新鱗斗式干渣機(jī)連續(xù)發(fā)生三次卡澀停運(yùn)故障，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析研究，干渣機(jī)停運(yùn)主要原因是由于尾部積渣嚴(yán)重造成。針對(duì)兆光電廠燃用煤質(zhì)灰分中矸石粉含量偏高、密度大、細(xì)度低特點(diǎn)，對(duì)新干渣機(jī)尾部進(jìn)行改造，增加冷卻風(fēng)門、攝像頭監(jiān)視等措施。運(yùn)行中當(dāng)發(fā)現(xiàn)尾部有積渣趨勢(shì)，可及時(shí)打開冷卻風(fēng)門，增加負(fù)壓吸力，同時(shí)提高干渣機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率，徹底解決運(yùn)行中干渣機(jī)卡澀故障，也為生產(chǎn)廠家設(shè)備升級(jí)改造提供了新的方向。

(6)優(yōu)化干渣機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行頻率，干渣機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻電機(jī)，最高可在50 Hz頻率下運(yùn)行。經(jīng)過兆光電廠一年來運(yùn)行總結(jié)，可通過干渣機(jī)頭部灰渣溫度和尾部積渣工況進(jìn)行控制：正常工況干渣機(jī)控制35～45 Hz頻率下運(yùn)行，當(dāng)干渣機(jī)頭部灰渣溫度高于140 ℃，尾部存在部分積渣時(shí)，可增至50 Hz頻率運(yùn)行，待干渣機(jī)運(yùn)行正常后，再調(diào)整至35～45 Hz頻率下運(yùn)行。大大降低了干渣機(jī)運(yùn)行能耗，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 改造前干渣機(jī)尾部冷卻風(fēng)門

圖4 改造后干渣機(jī)尾部冷卻風(fēng)門

圖5 干渣機(jī)尾部冷卻風(fēng)門改造前后對(duì)比

3 改造后系統(tǒng)性能指標(biāo)分析

3.1 引風(fēng)機(jī)電流

改造后相對(duì)于改造前引風(fēng)機(jī)電流有明顯降低，電流平均降低15 A左右，尤其在80%負(fù)荷時(shí)最明顯，電流降低59 A。

3.2 氧量

改造后比改造前氧量平均降低1%左右，尤其負(fù)荷越低越明顯，50%負(fù)荷時(shí)能比改造前降低1.8%左右，75%負(fù)荷以下改造前后偏差都在1%左右。由于電力市場(chǎng)裝機(jī)容量過剩，電量不足，機(jī)組長期在80%符合以下運(yùn)行，因此節(jié)能效果更加明顯。

3.3 分隔屏壁溫

改造前后不同負(fù)荷下，分隔屏最高與最低壁溫偏差明顯；負(fù)荷越低，偏差值越大；50%負(fù)荷時(shí)，改造前偏差值35 ℃，改造后27 ℃，偏差值減少9 ℃。同時(shí)分隔屏壁溫改造后比改造前降低10 ℃，保證了蒸汽的受熱均勻，減少爆管概率。分隔屏壁溫偏差負(fù)荷越低越明顯，70%負(fù)荷以下，溫度偏差在8 ℃左右。

3.4 燃燒器擺角

燃燒器擺角在改造后比改造前低6°，減少了火焰中心，提高了水冷壁的輻射熱，減少了沖刷分隔屏的概率，提高了鍋爐的效率。

3.5 負(fù)荷跟蹤狀況

改造前，由于干渣機(jī)影響，機(jī)組只能帶300 MW負(fù)荷，計(jì)劃負(fù)荷只是中調(diào)給的最低負(fù)荷計(jì)劃，無法達(dá)到計(jì)劃負(fù)荷。改造后，干渣機(jī)運(yùn)行正常，全天負(fù)荷跟蹤狀況良好，曲線平穩(wěn)，未出現(xiàn)因干渣機(jī)故障影響機(jī)組負(fù)荷情況，最高負(fù)荷偏差按1 h計(jì)算，偏差主要原因是煤質(zhì)影響所致。

4 系統(tǒng)改造后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

4.1 負(fù)荷

選取 2018 年5月、6月兩個(gè)月運(yùn)行狀況(除去6月23日—7月19日長期故障影響負(fù)荷情況)，平均每月影響負(fù)荷約5 379.5 MW。

根據(jù)雙細(xì)則考核規(guī)定，每萬千瓦時(shí)電考核200元，每月平均考核537.95(kW·h)×0.02萬元/(kW·h)=10.759萬元，2019年2月3號(hào)爐干渣機(jī)改造完成后，全年未發(fā)生干渣機(jī)影響負(fù)荷情況，運(yùn)行狀態(tài)良好。

4.2 節(jié)能

鱗斗干渣機(jī)耗電量為30 kW·h。由于本次改造采用一步進(jìn)倉的鱗斗干渣機(jī)，因此，取消了一級(jí)清掃鏈電機(jī)，二級(jí)鋼帶機(jī)電機(jī)，二級(jí)清掃鏈電機(jī)。一級(jí)鋼帶機(jī)電機(jī)額定功率為15 kW，一級(jí)清掃鏈電機(jī)為2.2 kW，二級(jí)鋼帶機(jī)電機(jī)為15 kW，二級(jí)清掃鏈電機(jī)為2.2 kW。

可計(jì)算得到原鋼帶機(jī)耗電量為34.4 kW·h。鱗斗干渣機(jī)耗電量為30 kW·h。故鱗斗干渣機(jī)比原鋼帶機(jī)節(jié)省電量為4.4 kW·h；每月可節(jié)省電量約3 168 kW·h。

4.3 維護(hù)費(fèi)用

4.3.1 原一二級(jí)鋼帶機(jī)

(1) 日常維護(hù)費(fèi)用：下托輥維修更換約15件/a，上托輥維修更換約5件/a，輸送帶更換約20 m/a。清掃鏈組件20 m/a。液壓站液壓油更換400 L/a。減速機(jī)用油更換60 L/a。液壓系統(tǒng)換向閥更換約4件/a。液壓系統(tǒng)管接頭更換維護(hù)。攪拌機(jī)葉片維修更換10件/a。布袋除塵器濾袋更換10件/a。每年維護(hù)費(fèi)用約50萬元。

(2)大修費(fèi)用：輸送帶使用壽命約2 a，整體更換費(fèi)用約180萬元(兩級(jí)干渣機(jī))，大修期5 a需更換2次，共計(jì)約360萬元，頭尾鏈輪更換維護(hù)約14萬元(兩級(jí)干渣機(jī))。輸送帶輪系的維修更換，預(yù)計(jì)約60萬元?？傆?jì)約434萬元。

4.3.2 新干渣機(jī)

(1)日常維護(hù)費(fèi)用：下托輥維修更換約15件/a，上托輥維修更換約5件/a，鱗斗夾片更換約20件/a。液壓站液壓油更換400 L/a。減速機(jī)用油更換60 L/a。液壓系統(tǒng)換向閥更換約4件/a。液壓系統(tǒng)管接頭更換維護(hù)。攪拌機(jī)葉片維修更換10件/a。布袋除塵器濾袋更換10件/a。每年維護(hù)費(fèi)用約5萬元。

(2)大修費(fèi)用：鱗斗使用壽命約5 a，整體更換費(fèi)用約110萬元，頭尾鏈輪更換維護(hù)約7萬元。鱗斗輪系的維修更換，預(yù)計(jì)約 35 萬元?？傆?jì)約152 萬元。

因此，僅維護(hù)費(fèi)用對(duì)比，新干渣機(jī)比原鋼帶機(jī)每年節(jié)省45萬元。

5 系統(tǒng)改造投資與效益分析

5.1 鱗斗干渣機(jī)總投資

此次3號(hào)鍋爐輸渣系統(tǒng)設(shè)備改造、安裝總投資 543萬元。

5.2 系統(tǒng)改造后節(jié)能效益

(1)3號(hào)鋼帶機(jī)改為鱗斗干渣機(jī)后可節(jié)電4.4 kW·h，按上網(wǎng)電價(jià)為0.332元/(kW·h)計(jì)算，每年節(jié)省電費(fèi)為1.26萬元。

每年外排渣影響負(fù)荷節(jié)省的費(fèi)用(除去成本及財(cái)務(wù)等85%費(fèi)用)，根據(jù)“4.1改造前后影響負(fù)荷情況”分析，選取 2018 年5月、6月兩個(gè)月運(yùn)行數(shù)據(jù)，平均每月影響負(fù)荷約5 379.5 MW，按上網(wǎng)電價(jià)為0.332元/(kW·h)計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)321.48萬元。

(2)維護(hù)費(fèi)用平均每年節(jié)省費(fèi)用約45萬元，每年節(jié)能效益367.74萬元。

5.3 回收年限

不考慮漏風(fēng)、負(fù)荷考核、環(huán)保等因素影響，僅從電機(jī)容量降低、外排渣負(fù)荷影響和維護(hù)費(fèi)用影響等方面節(jié)能收益考慮，投資回收年限約1.5 a。

6 結(jié) 語

兆光公司3號(hào)機(jī)組干渣機(jī)系統(tǒng)改造于2019年2月16日投入運(yùn)行，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行一年半左右，未發(fā)生一次由于干渣機(jī)原因引起的系統(tǒng)故障，改造后技術(shù)節(jié)能環(huán)保效果明顯，為同類機(jī)組干渣機(jī)系統(tǒng)改造提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

(1)改造后干渣機(jī)出力更大，輸灰效率更高，運(yùn)行更穩(wěn)定，并解決了原鋼帶機(jī)負(fù)荷高時(shí)打滑的問題，大大減少了設(shè)備維護(hù)成本和運(yùn)行成本。

(2)改造后，大幅度降低了鍋爐底部漏風(fēng)現(xiàn)象，尤其是低負(fù)荷情況更加明顯，300 MW負(fù)荷狀況下，爐膛出口氧量下降1.82%，鍋爐燃燒更加經(jīng)濟(jì)，對(duì)鍋爐燃燒和脫硝運(yùn)行非常有利。

(3)改造后，由于系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)備從一、二級(jí)鋼帶機(jī)系統(tǒng)改為1臺(tái)干渣系統(tǒng)，系統(tǒng)大為簡(jiǎn)單，節(jié)能效果明顯，僅考慮設(shè)備節(jié)能、外排渣影響電量節(jié)能、維護(hù)費(fèi)用節(jié)能三個(gè)方面，每年可節(jié)省367.74萬元，根據(jù)投資費(fèi)用考慮，回收年限1.5 a。

(4)干渣機(jī)改造技術(shù)節(jié)能環(huán)保效果明顯，徹底解決了原鋼帶機(jī)頻繁故障引起的粉塵及爐渣污染問題，適合大范圍推廣。