600MW火電機(jī)組撈渣機(jī)渣水系統(tǒng)節(jié)能改造

魏廣鴻，劉吉，董偉波，韓建衡

（內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012100）

0 引言

就我國的火力發(fā)電廠而言，肩負(fù)起為人民發(fā)電的重?fù)?dān)，既是義務(wù)，也是責(zé)任。同時，還要承擔(dān)整個社會發(fā)展的生存條件。因此，在節(jié)能降耗、改善自然環(huán)境方面，電廠有著不可推卸的責(zé)任?；以h(huán)的更新改造恰好是按照綠色環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。對原有能耗高設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，同時此系統(tǒng)可減少用電量，提高水資源利用率，降低設(shè)備維護(hù)成本，轉(zhuǎn)變?yōu)楦右惑w化的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式[1]。

1 渣水系統(tǒng)運行及能耗總體情況

1.1 系統(tǒng)概況

某電站600MW機(jī)組采用的是上海鍋爐廠燃煤鍋爐發(fā)電機(jī)組，關(guān)鍵包括渣設(shè)備和渣水循環(huán)設(shè)備。設(shè)計溫度不高于65℃，冷凍水流量51t/h，設(shè)備的水下內(nèi)導(dǎo)輪采用滾動軸承內(nèi)置式。撈渣機(jī)將排渣井排出的煤灰和煤渣刮掉，然后進(jìn)入渣倉，由自卸車運輸進(jìn)行開發(fā)利用。為了更好地控制溫度，撈渣機(jī)采用溢流方式運行。低壓水從設(shè)備槽體內(nèi)溢流到側(cè)槽體后，收集到溢流水池，根據(jù)溢流水泵送到高效濃縮機(jī)，再返回到撈渣機(jī)內(nèi)。污泥濃縮器和緩沖池，將底渣水和污水處理至渣沉淀池進(jìn)行處理。一臺發(fā)電機(jī)組使用一套渣水系統(tǒng)，冷卻循環(huán)水作為渣水系統(tǒng)軟件運行的供水[2]。

1.2 原渣水系統(tǒng)介紹

原渣水系統(tǒng)軟件采用我國2005年研制的半封閉試驗循環(huán)水系統(tǒng)，關(guān)鍵是浸入式刮板撈渣機(jī)、渣倉、渣水系統(tǒng)。高溫灰渣從鍋爐落渣口通過連接渣井下落，底渣進(jìn)入浸入式刮板撈渣機(jī)的槽體。高溫底渣在撈渣機(jī)內(nèi)造粒冷卻后，由設(shè)備的清渣系統(tǒng)進(jìn)行撿拾。為保證所有機(jī)械設(shè)備的正常運行和高溫底渣的順利造粒，規(guī)定刮板撈渣機(jī)槽內(nèi)渣水溫度不能太高，撈渣機(jī)內(nèi)部必須連續(xù)充滿較低的溫度。同時，改為撈渣機(jī)側(cè)部槽體不斷溢出溫度較高的溢流水。為了更好地解決較高溫度的溢流水，現(xiàn)在撈渣機(jī)外設(shè)置了渣水系統(tǒng)，負(fù)責(zé)溢流水的冷卻、反應(yīng)和輸送，防止水的消耗和環(huán)境污染。

1.3 系統(tǒng)損耗分析

撈渣機(jī)渣水循環(huán)系統(tǒng)在整個運行過程中，造成蒸汽參數(shù)和水量損失較大。蒸汽損失的關(guān)鍵參數(shù)包括渣水系統(tǒng)、污水處理水補(bǔ)水、系統(tǒng)揮發(fā)損失。動能損失的關(guān)鍵包括系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備消耗的電能、系統(tǒng)的蒸發(fā)吸熱和冷卻循環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。根據(jù)2018年4月發(fā)電機(jī)組運行數(shù)據(jù)分析，渣水系統(tǒng)處理渣水設(shè)備污水約252t/d。循環(huán)系統(tǒng)冷卻水經(jīng)撈渣機(jī)加熱揮發(fā)138t/d，因此總損失蒸汽參數(shù)約390t/d，按工業(yè)生產(chǎn)水價4元/t計算，年消耗量約31.2萬元，每年運行200天?？梢?，撈渣機(jī)原渣水循環(huán)系統(tǒng)的運行方式不僅消耗大量的水源增加污水處理壓力，而且在機(jī)械設(shè)備的整個運行過程中造成了很大的能耗。

2 改造可行性分析

2.1 理論分析

撈渣機(jī)冷卻循環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)運行的關(guān)鍵是更好地保證渣水溫度不高于65℃，防止撈渣機(jī)內(nèi)導(dǎo)輪軸承在水中損壞，造成內(nèi)導(dǎo)輪卡死，傳動鏈不能正常移動。如果撈渣機(jī)內(nèi)部冷卻循環(huán)水停止運行，它將受到爐內(nèi)輻射熱的嚴(yán)重影響。可根據(jù)撈渣機(jī)內(nèi)部封閉冷卻循環(huán)水系統(tǒng)完成溫度控制。其次，撈渣機(jī)內(nèi)直接暴露在熱輻射源下，在停止撈渣機(jī)渣水系統(tǒng)時，即使在沒有溢水的情況下?lián)Q熱，也能滿足要求[3]。

2.2 試驗認(rèn)證

根據(jù)撈渣機(jī)上水封和沖洗的低壓補(bǔ)水，對撈渣機(jī)的溫度、壁溫以及液位計的過渡狀態(tài)進(jìn)行綜合檢查和分析。在發(fā)電機(jī)組6 h過載試驗中，撈渣機(jī)機(jī)殼內(nèi)部平均溫度由58.4℃基本平穩(wěn)上升至59.05℃。中后期溫度基本穩(wěn)定。撈渣機(jī)高水位線上下下降1厘米/小時。排渣機(jī)槽深2.7m，容量150m3。水流量為40t/d。

結(jié)合基礎(chǔ)理論分析和實驗驗證，可以看出，撈渣機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量和自身的散熱情況基本良好。充分考慮極端工況，可根據(jù)加裝內(nèi)部制冷系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。渣井腔內(nèi)溫度不超過300℃，現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備完全可以滿足操作規(guī)程。因此，按照技改項目完成撈渣機(jī)無溢流作業(yè)是完全可行的。

3 渣水系統(tǒng)零溢流改造方案

3.1 改造目的

保證刮板撈渣機(jī)系統(tǒng)軟件可靠運行，不消耗水源，不污染環(huán)境，減少水下刮板撈渣機(jī)排渣水系統(tǒng)的運行，減少排渣水量，并簡化系統(tǒng)。鍋爐排渣系統(tǒng)降低工程成本，節(jié)約運行成本，同時減少占地和維護(hù)人工，改善自然環(huán)境。

3.2 改造思路

經(jīng)過對具體工程項目實際運行情況的考察，現(xiàn)階段我國大部分撈渣機(jī)本體已經(jīng)完全關(guān)閉了溢流循環(huán)系統(tǒng)。完全封閉本體測試零溢流循環(huán)，可真正完成渣水零溢流，無需再安裝液下渣漿泵、管道、沉淀機(jī)械設(shè)備、水處理裝置，減少設(shè)備，節(jié)約產(chǎn)品成本，降低用水量。撈渣機(jī)零溢流循環(huán)完整測試的關(guān)鍵包括撈渣機(jī)溫度監(jiān)測設(shè)備、撈渣機(jī)水位監(jiān)測設(shè)備、撈渣機(jī)自動補(bǔ)水系統(tǒng)、撈渣機(jī)冷卻循環(huán)水換熱器。換熱器設(shè)置在撈渣機(jī)內(nèi)部制冷段，換熱器一體化安裝，單獨傳熱。項目改造后，撈渣機(jī)溢流水在撈渣機(jī)內(nèi)部進(jìn)行傳熱，真正完成了撈渣系統(tǒng)的零溢流，大大改善了撈渣機(jī)周邊的自然環(huán)境，減少了環(huán)境污染。

4 設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)改造

4.1 設(shè)備改造

在撈渣機(jī)的殼體內(nèi)加裝一套制冷系統(tǒng)，以降低撈渣機(jī)在運行中的溫度。包括總傳熱面積240m2的冷卻器，總流量150 t/h的冷卻增壓水泵1臺，泵揚程10 m，電機(jī)輸出功率15 kW。水源來自開式冷卻循環(huán)水，換熱后的水由回水管回流至水源冷卻。撈渣機(jī)機(jī)內(nèi)循環(huán)制冷機(jī)組。冷卻器滲入撈渣機(jī)殼內(nèi)的密封水中。不銹鋼板式耐熱耐腐蝕冷卻器屬于撈渣機(jī)封閉循環(huán)系統(tǒng)的制冷機(jī)組。它可以交換撈渣機(jī)設(shè)備密封水中的熱量。減少撈渣機(jī)密封水溫度過高問題[4]。

冷卻循環(huán)水進(jìn)入立式管道泵（嵌入式進(jìn)水閥管道）進(jìn)出口，冷卻循環(huán)水中的顆粒物按60目過濾系統(tǒng)（一用一備）過濾掉。水引入撈渣機(jī)的溢流側(cè)冷卻器（換熱器1），進(jìn)、回水管在殼體兩側(cè)，波紋軟管與冷卻器相連。冷卻器的特點在于將冷卻器置于溢流槽內(nèi)。中間固定，拆裝方便。共18組，均勻分布在撈渣機(jī)溢流側(cè)。

另一種冷卻循環(huán)水的方法是采用無溢流側(cè)冷卻器（換熱器2和換熱器3），其進(jìn)、回水管在撈渣機(jī)內(nèi)側(cè)，管子采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊接。冷卻器的特點是總傳熱面效率高，共9組。固定在撈渣機(jī)的無溢流側(cè)。

兩路支路冷卻水管也在兩個排渣口之間，兩側(cè)分布冷卻器（換熱器4、換熱器5）。第三換熱器的特點是靠撈渣機(jī)的刮板推動密封水沿?fù)圃鼨C(jī)方向運動，在遇到冷卻器后加速密封渣水的冷卻。共4組。固定在兩個渣口間距處。

撈渣機(jī)導(dǎo)輪之間水平段兩側(cè)安裝冷卻器。冷卻器外側(cè)是半封閉的保護(hù)裝置，因此爐內(nèi)焦渣不易撞擊冷卻器。冷卻器外側(cè)設(shè)有冷卻器安全防護(hù)板。冷卻器安全防護(hù)板的厚度不小于10mm，以確保大型焦塊落水或水爆時不影響換熱器正常工作，確保高效換熱器的流通性和傳熱的實際效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本產(chǎn)品的有益實際效果，有以下幾點：

第一，采用內(nèi)置循環(huán)系統(tǒng)的冷卻器設(shè)備換熱，解決原有渣水系統(tǒng)板式換熱器易結(jié)垢、換熱效率低、維護(hù)成本高、需要大量冷卻水等問題。

第二，本系統(tǒng)無需更新原撈渣機(jī)的其他系統(tǒng)，只需對撈渣機(jī)殼體內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行改造即可。從而完成了撈渣機(jī)零溢流冷卻水系統(tǒng)的推廣。并得到滿意的實際使用結(jié)果。

第三，設(shè)置的過濾凈化處理設(shè)備對開式制冷冷卻循環(huán)水進(jìn)行過濾；撈渣機(jī)機(jī)殼內(nèi)的防護(hù)擋渣板遮擋從渣井落下的渣，對制冷機(jī)組具有保護(hù)功能。

第四，本系統(tǒng)避免了水資源的過度消耗，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，減少了對地理環(huán)境、自然環(huán)境的污染；有效降低設(shè)備維修管理人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

第五，具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)、維護(hù)成本低的優(yōu)點。

為保證撈渣機(jī)水位線的精確測量，原廠撈渣機(jī)水槽上部雷達(dá)液位計基本是現(xiàn)場加裝的。同時，在撈渣機(jī)頭、尾、中部安裝了三個超聲波液位指示器，用于遠(yuǎn)程監(jiān)測，邏輯控制水位。在撈渣機(jī)頭、尾、中部安裝了三個溫度感應(yīng)器，用于遠(yuǎn)程監(jiān)測，邏輯控制水溫。

4.2 控制邏輯優(yōu)化

撈渣機(jī)首次運行時，應(yīng)不開啟增壓水泵。當(dāng)溫度大于設(shè)定值時，增壓水泵運行。撈渣機(jī)內(nèi)部溫度報警值由65℃變?yōu)?0℃。取消高溫報警解除時打開供水閥的邏輯。當(dāng)渣水液位計超過設(shè)定值時，補(bǔ)水系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)液位計超過設(shè)定值低位時，補(bǔ)水系統(tǒng)開啟。為避免超聲波液位變送器的準(zhǔn)確測量不準(zhǔn)確，會破壞撈渣機(jī)的水封系統(tǒng)。撈渣機(jī)下設(shè)置常流水為每6小時注水一次，每次約2.4t。

4.3 改造依據(jù)

第一，是水量平衡，撈渣系統(tǒng)的耗水量包括吸熱揮發(fā)的水和爐渣攜帶的水。一般情況下，符合裝運標(biāo)準(zhǔn)的爐渣含水量為30%，即爐渣可除去爐渣總重量的30%。在實驗之后，選擇撈渣機(jī)的零溢流的系統(tǒng)時，通過整個制冷過程中的1T的熱渣蒸發(fā)消耗約0.1t。也就是說，1t/h爐渣的耗水量為0.4t/h。為保持排渣系統(tǒng)軟件的水流量平衡，可參照一噸渣的耗水量0.4t/h進(jìn)行充填水流量，保證撈渣機(jī)正常不溢流狀況。第二，是熱量均衡。撈渣系統(tǒng)軟件完成零溢流后，進(jìn)入撈渣機(jī)槽體的發(fā)熱量為水分蒸發(fā)帶來的發(fā)熱量，凈補(bǔ)給水流量上升，發(fā)熱量和熱量消化吸收換熱器產(chǎn)生的三部分熱量維持熱循環(huán)。按照規(guī)定，撈渣機(jī)內(nèi)部的溫度必須保持在65℃以下。

5 撈渣機(jī)渣水冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造方案

在撈渣機(jī)非溢流側(cè)腔、撈渣機(jī)溢流斜板和兩排渣口之間的距離處加裝內(nèi)置撈渣水冷卻器組。內(nèi)置渣水冷卻器方案詳述如下：第一，制冷系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備運行工藝的基本原理，冷卻器組浸入撈渣機(jī)殼體內(nèi)的密封水中，不銹鋼板為耐高溫耐腐蝕冷卻器在封閉式試驗循環(huán)系統(tǒng)中，內(nèi)部封閉水中產(chǎn)生的熱量可以互換，可以緩解溫度過高的問題。第二，設(shè)置結(jié)構(gòu)。撈渣機(jī)內(nèi)導(dǎo)輪之間水平段兩側(cè)是安裝冷卻器的地方。冷卻器兩側(cè)加裝保護(hù)裝置，掉落撈渣機(jī)內(nèi)的焦塊和熱渣不易撞擊換熱器。冷卻器兩側(cè)設(shè)有冷卻器安全防護(hù)板。冷卻器安全防護(hù)板的厚度不小于10mm，以保證大量落焦產(chǎn)生水爆時不影響換熱器，并使安全防護(hù)等級提高，保證灰渣水的有效處理[5]。

6 結(jié)語

渣水系統(tǒng)技改項目實施后，撈渣機(jī)基本實現(xiàn)無溢流運行，渣水系統(tǒng)無溢流水排水，輔助渣水冷卻設(shè)備使用率大幅減少。系統(tǒng)技改項目后，無論是蒸汽參數(shù)損失還是動能損失，都大幅減少，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。撈渣機(jī)渣水系統(tǒng)更新改造為CCS封閉試驗零溢流系統(tǒng)后，完成渣水零溢流，減少凈水設(shè)備，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、減排、降耗、節(jié)約與降低維護(hù)維修費用的目的。