鍋爐干除渣系統(tǒng)變頻優(yōu)化與節(jié)能分析

摘 要：目前熱電仍是電力的主要來源，隨著優(yōu)質(zhì)煤炭的減少及價格的上升，發(fā)電成本在不斷提高，為降低成本，大部分發(fā)電企業(yè)采用了經(jīng)濟(jì)煤種摻燒策略，這將對燃煤設(shè)備及相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生不良影響。鑒于此，結(jié)合協(xié)鑫濱海發(fā)電廠實(shí)際情況，分析了鍋爐干除渣系統(tǒng)的變頻優(yōu)化與節(jié)能措施，以提高鍋爐效率。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;鍋爐;干除渣系統(tǒng)

0 引言

熱電主要是燃燒煤炭進(jìn)行發(fā)電，但隨著優(yōu)質(zhì)煤炭價格上漲，發(fā)電成本大大提高。為降低燃料成本，大部分電廠大量摻燒經(jīng)濟(jì)煤種，因而灰分較高，易結(jié)焦，導(dǎo)致爐底干渣系統(tǒng)工作壓力大，間接影響發(fā)電系統(tǒng)安全。本文重點(diǎn)分析了摻燒經(jīng)濟(jì)煤種對干除渣系統(tǒng)的影響，并提出措施，盡量提高鍋爐效率，保證爐底干除渣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。

1 工藝概述

我公司鍋爐底渣處理采用北京國電富通設(shè)計(jì)的GPZS14風(fēng)冷式干式除渣系統(tǒng)，利用自然風(fēng)在爐膛負(fù)壓的作用下，通過干式除渣機(jī)由爐膛底喉部進(jìn)入爐膛，冷空氣逆向與鋼帶機(jī)上的渣相混，將含有大量熱量的高溫渣（850 ℃左右）冷卻為可以直接貯存和運(yùn)輸?shù)睦湓?，產(chǎn)生的熱風(fēng)（300～400 ℃）進(jìn)入爐膛，冷卻后的渣由一級、二級鋼帶機(jī)輸出至渣倉儲存。

爐底與干式除渣機(jī)通過渣井相連，采用機(jī)械密封，渣井獨(dú)立支撐，渣井容積可滿足鍋爐最大連續(xù)出力工況下4 h的排量，渣斗底部設(shè)有液壓關(guān)斷門，允許干式除渣機(jī)故障停運(yùn)4 h而不影響鍋爐的安全運(yùn)行，能有效攔截大渣塊并預(yù)破碎。工藝流程如下：鍋爐下聯(lián)箱—渣井—液壓關(guān)斷門—一級鋼帶機(jī)—碎渣機(jī)—二級鋼帶機(jī)—渣倉—卸渣裝置—外運(yùn)綜合利用。

干式除渣系統(tǒng)設(shè)一座鋼結(jié)構(gòu)渣倉，能在鍋爐最大連續(xù)出力工況下存一臺鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種時36 h的渣量，且有高低料位報警，渣倉頂部設(shè)置壓力釋放閥，以保證渣倉安全。渣倉頂部設(shè)一臺布袋除塵器，負(fù)責(zé)過濾進(jìn)料時產(chǎn)生的乏氣，消除從渣倉排到大氣的空氣中的顆粒，渣倉底部設(shè)有兩個排出口，一路接至濕式攪拌機(jī)，一路接至干灰散裝機(jī)。渣倉裝設(shè)有電磁振打設(shè)施，以保證除渣順暢。干渣流程如圖1所示。

2 干式除渣系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢及問題

2.1 ? ?干式除渣系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

相對于濕排渣，干排渣用水量為零，無水資源的消耗，無須廢水排放及處理系統(tǒng)，有利于環(huán)境保護(hù)。用少量（入爐總風(fēng)量的1%以內(nèi)）自然風(fēng)直接和熱渣接觸，將未完全燃燒的炭燃盡并將熱量回收帶回爐膛，提高鍋爐效率?？筛鶕?jù)需要將爐底渣經(jīng)破碎細(xì)化，與飛灰混合輸送、儲存運(yùn)輸，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活。鍋爐結(jié)焦時，由格柵攔截、擠壓頭進(jìn)行擠壓使其破碎后落在鋼帶上，可有效防止鋼帶變形，且不會出現(xiàn)濕排渣系統(tǒng)因爐渣熱量過高而引起水汽混合爆炸現(xiàn)象傷人，威脅機(jī)組安全的問題。

2.2 ? ?干式除渣系統(tǒng)的問題

鋼帶輸渣機(jī)是干式排渣系統(tǒng)的核心設(shè)備，其安全性問題主要表現(xiàn)在輸送鋼帶和驅(qū)動裝置上。一般鋼帶輸渣機(jī)的選型是在鍋爐設(shè)計(jì)期間根據(jù)設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行的，但是隨著動力煤價格升高，電站用煤的品質(zhì)嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)煤種，摻燒煤種低位發(fā)熱量明顯低于設(shè)計(jì)煤種，而灰分往往較高，這就有可能使鍋爐的出渣量大于鋼帶輸渣機(jī)的設(shè)計(jì)出力，從而加快鋼帶的磨損，更有甚者，可能使鋼帶過載或變形造成鋼帶輸渣機(jī)跳閘。

3 爐底干渣系統(tǒng)對鍋爐燃燒的影響

從模擬計(jì)算可知爐底干渣系統(tǒng)對火焰中心高度的影響，爐底漏風(fēng)溫度由100 ℃提高到260 ℃，爐膛漏風(fēng)系數(shù)從0.01增加到0.04，對于爐內(nèi)的理論燃燒溫度影響非常小。理論燃燒溫度的波動值不超過3 ℃，鍋爐內(nèi)空氣燃燒動力場基本不受影響，說明少量漏風(fēng)不會對鍋爐的熱負(fù)荷和安全運(yùn)行造成影響，因此一般漏風(fēng)系數(shù)控制在0.02以內(nèi)，并合理調(diào)節(jié)、控制入爐的冷卻風(fēng)量和溫度，可保證鍋爐火焰中心高度不受爐底進(jìn)風(fēng)的影響，保持一個穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)[1]。

4 干式排渣系統(tǒng)節(jié)能措施

在相同負(fù)荷下調(diào)整鋼帶頻率，分為3個工況進(jìn)行試驗(yàn)，煤種為2臺保德原煤、2臺褐煤，試驗(yàn)過程中干排渣系統(tǒng)底部風(fēng)門都未打開，具體過程如下：

工況1：負(fù)荷1 000 MW，運(yùn)行磨煤機(jī)A、B、C、D、E、F，二次風(fēng)箱差壓0.4～0.5 kPa，一次風(fēng)母管壓力10.0 kPa，總風(fēng)量3 200 t/h（出于安全考慮，高負(fù)荷階段只試驗(yàn)到22.5 Hz），鍋爐工況如表1所示。

工況2：負(fù)荷500 MW，運(yùn)行磨煤機(jī)B、C、D、E，二次風(fēng)箱差壓0.35～0.4 kPa，一次風(fēng)母管壓力8.5 kPa，總風(fēng)量2 200 t/h（500 MW，負(fù)荷較低，試驗(yàn)從30 Hz開始），鍋爐工況如表2所示。

工況3：負(fù)荷700 MW左右，運(yùn)行磨煤機(jī)A、B、C、D、E，二次風(fēng)箱差壓0.4～0.5 kPa，一次風(fēng)母管壓力9 kPa，總風(fēng)量2 600 t/h，鍋爐工況如表3所示。

試驗(yàn)分析總結(jié)：試驗(yàn)前后（鋼帶頻率由30 Hz降至15 Hz），爐底進(jìn)風(fēng)溫度平均增加20 ℃，排煙溫度平均增加3.5 ℃，一級鋼帶電流平均增加1.5 A。

（1）從機(jī)械不完全燃燒熱損失來看，爐底進(jìn)風(fēng)溫度增加20 ℃，進(jìn)一步強(qiáng)化了燃燒，降低了大渣和飛灰含碳量，減少了機(jī)械不完全燃燒熱損失。

（2）空預(yù)器出口排煙溫度增加3.5 ℃，從排煙熱損失來看，鍋爐效率降低了。因?yàn)樵囼?yàn)中總風(fēng)量不變，總煤量不變，鋼帶頻率降低將一部分灰渣熱損失重新帶入爐膛，導(dǎo)致氧量增加，主再熱汽溫減溫水增加，排煙溫度也增加。反過來，將排煙溫度維持在原狀態(tài)，在相同的工況下，由于爐膛整個熱量的提高，總風(fēng)量與總煤量將會相應(yīng)減少，提高鍋爐效率。

（3）一級鋼帶電流平均增加1.5 A，400 V電機(jī)電流變化較小，對廠用電影響可忽略不計(jì)。從灰渣物理熱損失來看，冷卻爐渣產(chǎn)生的熱風(fēng)直接進(jìn)入鍋爐爐膛，將爐渣從爐膛帶走的熱量再重新帶入爐膛中，提高了鍋爐效率。

5 結(jié)語

干除渣系統(tǒng)已引進(jìn)我國多年，雖然其優(yōu)勢很多，但因經(jīng)濟(jì)煤種摻燒所以還需要進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整優(yōu)化，使其能夠適應(yīng)實(shí)際情況，才能既保證機(jī)組的安全運(yùn)行，又達(dá)到節(jié)能效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王山彥，王彥領(lǐng)，夏汨羅.干除渣系統(tǒng)在超超臨界直流鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用[J].電力安全技術(shù)，2014，16（9）：13-15.

收稿日期：2021-09-01

作者簡介：代鵬（1987—），男，江蘇徐州人，助理工程師，從事火電機(jī)組集控運(yùn)行運(yùn)維工作。