濕式除渣系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)研究及應(yīng)用分析

趙宏偉

（天津國(guó)能盤山發(fā)電有限責(zé)任公司 天津 301900）

引言

天津國(guó)能盤山發(fā)電有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“盤山公司”）位于天津市薊縣，距天津市區(qū)110km，距北京市80km 左右?，F(xiàn)裝有蘇聯(lián)制造的2×500MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，配套2×1650t/h 直流鍋爐，2 臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別于1995 年12 月和1996 年5 月相繼投產(chǎn)發(fā)電。鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種原為山西晉北煤，低位發(fā)熱量為21326kJ/kg（5100 kcal/kg），灰份為 19.77 %，灰中氧化鈣含量小于3%?；胰埸c(diǎn)ST 為1270℃，每臺(tái)鍋爐在額定蒸發(fā)量時(shí)的燃煤量約208t/h。每臺(tái)鍋爐排灰渣量約為42.4 t/h，其中渣量為 4.24t/h，灰量為38.16t/h。

原濕式渣系統(tǒng)為水力除渣設(shè)計(jì)，每臺(tái)鍋爐冷渣斗下配有5 臺(tái)螺旋撈渣機(jī)，鍋爐底渣由冷渣斗排至螺旋撈渣機(jī)后被撈入至碎渣機(jī)，經(jīng)碎渣機(jī)破碎后沿渣溝借助高壓水沖入渣漿泵前池，再經(jīng)渣漿泵輸送至750m 處集運(yùn)站的3 臺(tái)脫水倉(cāng)（Ф10m）內(nèi)進(jìn)行脫水沉淀，然后底渣裝車外運(yùn)，分離后的灰水經(jīng)2 臺(tái)Ф10m 濃縮機(jī)及地下沉淀池和清水池沉淀處理，再經(jīng)回水泵送回廠內(nèi)除渣水系統(tǒng)循環(huán)使用，但這種設(shè)備布置及運(yùn)行方式存在較多缺陷，不節(jié)能、不環(huán)保，急需對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。

1 項(xiàng)目概況

2008 年6 月，盤山公司脫硫系統(tǒng)投運(yùn)。該系統(tǒng)采用石灰石石膏濕法脫硫工藝，未設(shè)計(jì)脫硫廢水處理系統(tǒng)，脫硫廢水排入除渣系統(tǒng)進(jìn)行中和處理，作為除渣系統(tǒng)回用水循環(huán)使用，設(shè)計(jì)脫硫廢水排放量10.4t/h。原濕式除渣系統(tǒng)撈渣機(jī)參數(shù)為型號(hào)MP3-500-26-16Ф2В,最大出力15t/h,減速比1460:16, 螺旋直徑600mm,水封溫度≤50℃,轉(zhuǎn)速18r/min,俄羅斯生產(chǎn)；濃縮機(jī)運(yùn)行方式為2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行；脫水倉(cāng)運(yùn)行方式為1 臺(tái)運(yùn)行、1 臺(tái)備用、1 臺(tái)檢修；渣漿泵運(yùn)行方式為1 臺(tái)運(yùn)行、1 臺(tái)備用、1 臺(tái)檢修；渣管2 條（渣漿泵公用）。

2 濕式除渣系統(tǒng)改造前存在的問(wèn)題

盤山公司脫硫系統(tǒng)未設(shè)置廢水處理系統(tǒng)，采取脫硫廢水排入水力除渣系統(tǒng)中和使用方式，脫硫廢水排放量約56t/h。自2008 年脫硫廢水進(jìn)入除渣系統(tǒng)后，渣水PH 穩(wěn)定在8.1～8.6 范圍內(nèi)，除渣系統(tǒng)設(shè)備及管路結(jié)垢問(wèn)題得以解決，但設(shè)備及管路的腐蝕滲漏問(wèn)題依然突出，且改造前濕式除渣系統(tǒng)資源利用水平偏低，整套系統(tǒng)運(yùn)行總耗電約906.5kW。

2.1 除渣系統(tǒng)水量過(guò)大

除渣系統(tǒng)水量過(guò)大，不但不能達(dá)到沉淀的效果，也會(huì)導(dǎo)致回水水量失去平衡，使系統(tǒng)水量調(diào)整困難，無(wú)法滿足正常運(yùn)行要求。

2.2 脫水倉(cāng)底部析水無(wú)法進(jìn)入濃縮機(jī)

脫水倉(cāng)底部析水管道中的水無(wú)法自行流入濃縮機(jī)，而是直接排入脫水倉(cāng)零米地下的沉淀池內(nèi)；脫水倉(cāng)的溢流水母管直接進(jìn)濃縮機(jī)底部，沒(méi)有進(jìn)漿穩(wěn)流裝置；大量的灰漿在濃縮機(jī)內(nèi)劇烈攪動(dòng)、翻騰，使得濃縮機(jī)根本無(wú)法達(dá)到沉淀、濃縮的效果，直接影響回水泵的水質(zhì)。同時(shí)，受渣水pH降低腐蝕性增強(qiáng)的影響，濃縮機(jī)筒體及鋼梁、脫水倉(cāng)內(nèi)部構(gòu)件及頂部鋼梁已出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕變形缺陷，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 螺旋撈渣機(jī)磨損嚴(yán)重

由于除渣系統(tǒng)的回水中含塵量太多，造成撈渣機(jī)的大軸和軸套磨損嚴(yán)重，給鍋爐安全運(yùn)行帶來(lái)了較大影響。

2.4 濃縮機(jī)沉淀斜板結(jié)垢嚴(yán)重

燃用神華煤種后灰渣中氧化鈣含量極高，濃縮機(jī)斜板和其它部件上結(jié)垢嚴(yán)重，威脅除渣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，自2008 年脫硫廢水排入除渣系統(tǒng)后，渣水pH 由12.3 降至8.3 左右，除渣系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢問(wèn)題得以解決。

3 主要改造內(nèi)容

目前，國(guó)內(nèi)外大型機(jī)組大多數(shù)火力發(fā)電廠采用了機(jī)械式除渣系統(tǒng)[1]。機(jī)械除渣系統(tǒng)分為濕式除渣(刮板撈渣機(jī)機(jī)械輸送)和風(fēng)冷干式排渣機(jī)機(jī)械輸送2 種類型。其中，濕式刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、環(huán)節(jié)較少的特點(diǎn)?？紤]到電廠需解決脫硫廢水排放的要求，本次僅考慮改造濕式除渣系統(tǒng)。隨著除渣技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用及節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保要求的日益提高，濕式除渣系統(tǒng)從水力排渣演變成為當(dāng)前單臺(tái)刮板撈渣機(jī)直接上渣倉(cāng)的最新方案[2]。由于上述電廠現(xiàn)運(yùn)行的濕式除渣系統(tǒng)較復(fù)雜且能耗大，因此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布置條件，需采用盡可能簡(jiǎn)化和提高資源利用效率的措施。

盤山公司濕式除渣系統(tǒng)底渣經(jīng)撈渣機(jī)撈出后初步脫水直接進(jìn)渣倉(cāng)，方便汽車外運(yùn)，撈渣機(jī)的溢流水采用閉式循環(huán)進(jìn)行沉淀、降溫處理后重復(fù)利用。這種模式避免了刮板撈渣機(jī)排渣脫水后再加水的環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，減少了運(yùn)行能耗，達(dá)到重復(fù)使用的目的。同時(shí)，該公司未設(shè)置脫硫廢水處理系統(tǒng)，將脫硫廢水作為系統(tǒng)補(bǔ)水，兼顧了節(jié)能、節(jié)水及降低脫硫廢水系統(tǒng)維護(hù)量的目的，因此只需將現(xiàn)有的水力除渣系統(tǒng)改造在濕式排渣系統(tǒng)之中，就能夠達(dá)到降低運(yùn)行能耗、減少維護(hù)工作量、改善工作條件的目的，并提高現(xiàn)有水力除渣系統(tǒng)的安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

4 改造技術(shù)方案研究

改造后的濕式除渣系統(tǒng)，工藝流程為底渣→濕式刮板撈渣機(jī)→渣倉(cāng)→汽車外運(yùn)，溢流水→回水泵→濕式刮板撈渣機(jī)。每臺(tái)鍋爐冷灰斗底部都安裝了單臺(tái)水浸式刮板撈渣機(jī)，鍋爐爐底渣連續(xù)排入刮板撈渣機(jī)上槽體，經(jīng)水冷卻和淬化后由帶加長(zhǎng)斜升脫水段（α≤30°）的刮板撈渣機(jī)撈出，撈渣機(jī)提升高度約15m，總長(zhǎng)約50m，利用撈渣機(jī)將爐底渣從水槽中撈出經(jīng)過(guò)脫水段直接送至渣倉(cāng)，無(wú)需單獨(dú)設(shè)置脫水設(shè)施，將底渣連續(xù)冷卻后撈出，并經(jīng)過(guò)撈渣機(jī)的傾斜段脫水，使底渣的含水率≤30%，然后直接排入具有一定脫水功能的貯渣倉(cāng)貯存，再由自卸汽車運(yùn)至貯灰場(chǎng)或綜合利用。刮板撈渣機(jī)溢流水由排水管排入沉淀水池和緩沖水池內(nèi)，經(jīng)澄清后由除渣循環(huán)水泵送至除渣供水系統(tǒng)再利用。

新建除渣設(shè)備采用刮板撈渣機(jī)除渣，原5 個(gè)排渣口落渣全部進(jìn)入刮板撈渣機(jī)，經(jīng)一級(jí)刮板撈渣機(jī)冷卻后撈出，進(jìn)入二級(jí)刮板機(jī)抬升脫水至渣倉(cāng)儲(chǔ)存外運(yùn)。刮板撈渣機(jī)在滿足冷卻鍋爐底渣的條件下，冷卻水按無(wú)溢流設(shè)計(jì)，在渣量突然增大時(shí)，允許有少量水溢流。當(dāng)對(duì)#1 爐渣系統(tǒng)改造時(shí)，一級(jí)刮板撈渣機(jī)溢流水、經(jīng)二級(jí)刮板輸送機(jī)析出的溢流水和渣倉(cāng)析水，經(jīng)原有的渣水溝自流至渣泵前池，暫隨#2 爐灰渣水進(jìn)入原來(lái)的脫水倉(cāng)和濃縮機(jī)系統(tǒng)處理。當(dāng)對(duì)#2 爐除渣系統(tǒng)改造時(shí)，按#1 爐除渣系統(tǒng)相同的設(shè)備安裝，溢流水和渣倉(cāng)析水經(jīng)原有的渣水溝自流至渣泵前池，此時(shí)將對(duì)原有渣溝、泵前池和渣漿泵房進(jìn)行改造，拆除原有渣漿泵，泵前池作為回水池用，安裝2 臺(tái)回水泵，作為刮板撈渣機(jī)冷卻補(bǔ)水用。定期使用安裝的2 臺(tái)泥漿泵（也可利用原有地下排污水泵）清理池底淤泥渣，并將泵前池及泵池內(nèi)的淤泥排至刮板撈渣機(jī)再次脫水處理。因原有渣水溝和渣泵前池容量夠用，所以本次可不必對(duì)渣漿泵房進(jìn)行改造。

5 改造后的濕式除渣系統(tǒng)設(shè)置

5.1 濕式撈渣機(jī)

每臺(tái)鍋爐設(shè)置1 臺(tái)出力為5～30t/h 的一級(jí)濕式刮板撈渣機(jī)，電機(jī)功率N=15kW；設(shè)置1 臺(tái)相同出力為5～30t/h 的二級(jí)濕式刮板輸送機(jī)，電機(jī)功率N=15kW；二級(jí)濕式刮板輸送機(jī)與一級(jí)濕式刮板撈渣機(jī)成90°角布置。

5.2 渣倉(cāng)

每臺(tái)鍋爐設(shè)1 座有效容積50m3渣倉(cāng)，每座渣倉(cāng)可滿足每臺(tái)鍋爐10h 的儲(chǔ)渣量，2 臺(tái)鍋爐共設(shè)2 座。渣倉(cāng)為鋼結(jié)構(gòu)形式，渣倉(cāng)錐斗設(shè)計(jì)成60°傾角，保證下渣的流暢，渣倉(cāng)下部設(shè)一個(gè)排渣口，并設(shè)置事故放渣口。渣倉(cāng)頂還裝有料位計(jì)、起吊設(shè)施等設(shè)備。

5.3 回水泵

2 臺(tái)鍋爐設(shè)2 臺(tái)回水泵，1 運(yùn)1 備，揚(yáng)程40m，流量60m3/h，電動(dòng)機(jī)功率15kW，進(jìn)出口配電動(dòng)閥門。

5.4 泥漿泵

2 臺(tái)鍋爐設(shè)2 臺(tái)泥漿泵，1 運(yùn)1 備，揚(yáng)程30m，流量40m3/h，電動(dòng)機(jī)功率7.5kW，進(jìn)出口配電動(dòng)閥門。

6 改造后的應(yīng)用效果分析

6.1 降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗

6.1.1 改造后的系統(tǒng)設(shè)備得到優(yōu)化

改造前后濕式除渣系統(tǒng)的主要設(shè)備構(gòu)成，如表1 所示。

表1 改造前后濕式除渣系統(tǒng)主要設(shè)備對(duì)比表

6.1.2 改造后系統(tǒng)的能耗顯著降低

改造前，盤山公司的濕式除渣系統(tǒng)，螺旋撈渣機(jī)電機(jī)為18.5kW，共10 臺(tái)，隨機(jī)組運(yùn)行；碎渣機(jī)電機(jī)11kW，共10 臺(tái)，隨機(jī)組運(yùn)行；渣漿泵電機(jī)250kW，共3 臺(tái)，1 臺(tái)運(yùn)行；濃縮機(jī)電機(jī)4kW，共2 臺(tái)，2 臺(tái)運(yùn)行；排污泵電機(jī)18.5kW，共2 臺(tái)，1 臺(tái)運(yùn)行；回水泵電機(jī)280kW，共3 臺(tái)，1 臺(tái)運(yùn)行；泥漿泵電機(jī)55kW，共2 臺(tái)，1 臺(tái)運(yùn)行。整套系統(tǒng)運(yùn)行總耗電約906.5kW。

改造后，盤山公司的濕式除渣系統(tǒng)，一級(jí)濕式撈渣機(jī)電機(jī)15kW，共2 臺(tái)，隨機(jī)組運(yùn)行；二級(jí)濕式撈渣機(jī)電機(jī)15kW，共2 臺(tái)，隨機(jī)組運(yùn)行；回水泵15 kW，1 運(yùn)1 備運(yùn)行；泥漿泵7.5 kW，共2 臺(tái)，1 運(yùn)1 備，不定期運(yùn)行。整套系統(tǒng)運(yùn)行總耗電約82.5kW。

6.2 實(shí)現(xiàn)脫硫廢水處理要求

改造后的濕式除渣系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐設(shè)置1 臺(tái)一級(jí)濕式刮板撈渣機(jī)，1 臺(tái)相同出力的二級(jí)濕式刮板輸送機(jī)，二級(jí)濕式刮板輸送機(jī)與一級(jí)濕式刮板撈渣機(jī)成90°角布置。每臺(tái)鍋爐設(shè)1 座容積80m3鋼結(jié)構(gòu)渣倉(cāng)，每座渣倉(cāng)可滿足每臺(tái)鍋爐17h的儲(chǔ)渣量，2 臺(tái)鍋爐共設(shè)2 座渣倉(cāng)，且渣倉(cāng)下部都設(shè)一個(gè)排渣口，同時(shí)在渣倉(cāng)頂裝設(shè)料位計(jì)等設(shè)備。

由于改造后的濕式除渣系統(tǒng)冷卻水形成了閉式循環(huán)，冷渣水采用維持水位自平衡的渣水循環(huán)系統(tǒng)，刮板撈渣機(jī)的正常用水量由鏈條沖洗水和補(bǔ)水供給，并與撈渣機(jī)內(nèi)蒸發(fā)和底渣帶走的水量基本平衡，此時(shí)應(yīng)保證撈渣機(jī)水不溢流。當(dāng)鍋爐內(nèi)底渣量較大，爐內(nèi)使水溢流、汽化增大且所需補(bǔ)水量增大或撈渣機(jī)水位急劇下降時(shí)，需要通過(guò)水位計(jì)控制補(bǔ)水閥自動(dòng)補(bǔ)水。因此，改造后的濕式除渣系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，需定時(shí)補(bǔ)充一部分水來(lái)補(bǔ)足灰渣及熱渣蒸發(fā)帶走的水量。

改造后的濕式除渣系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐排渣量約為4.24 t/h，系統(tǒng)出力按5～30t/h 設(shè)計(jì)，冷卻水量需要50～180t/h，灰渣帶走及熱渣蒸發(fā)帶走的水量按15%計(jì)，補(bǔ)充水量約7.5～27t/h，此時(shí)即可將25t/h 的脫硫廢水引入到2 臺(tái)鍋爐的除渣系統(tǒng)消納脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)盤山公司的脫硫廢水處理要求。

6.3 節(jié)電、節(jié)水效果可觀

改造后的濕式除渣系統(tǒng)，節(jié)電906.5kW-82.5kW=824 kW；年運(yùn)行時(shí)間按5500h 計(jì)，節(jié)電量824kW×5500h=4532000kW；電費(fèi)按0.4元/kWh計(jì)，全年節(jié)約電費(fèi)4532000kWh×0.4 元/kWh=181.28萬(wàn)元。全年節(jié)水600t/h×5500h×0.25=825000t，全年節(jié)約水費(fèi)825000t×2 元/t=165 萬(wàn)元。因此，改造后的濕式除渣系統(tǒng)應(yīng)用效果顯示，在提高設(shè)備可靠性的同時(shí)，也提高了資源利用效率以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，盤山公司原有的濕式除渣系統(tǒng)較復(fù)雜，且合理性略差，水循環(huán)系統(tǒng)和脫水設(shè)備、管道數(shù)量多，維護(hù)工作量大，尤其是運(yùn)行電費(fèi)高，同時(shí)存在輸渣管道、閥門的磨損、滲漏等缺陷。因此，采用刮板撈渣機(jī)輸送方案對(duì)原有的濕式除渣系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造升級(jí)后的濕式除渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)更合理，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較低，不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和合理利用能源的效果，還能對(duì)電廠整體運(yùn)行過(guò)程中能源綜合利用水平的提高起到促進(jìn)作用。