660 MW超臨界燃煤鍋爐干式除渣系統改造及效益評價分析

摘要：針對某660 MW超臨界燃煤鍋爐將原濕式除渣系統改為干式除渣系統的改造方案進行了研究。首先闡述了該電廠鍋爐水浸式刮板撈渣機使用現狀及存在問題；然后對常見干渣機的形式結構及優缺點進行對比分析，鑒于該廠現場實際情況，采用鱗斗式干渣機作為此次改造的選擇，同時對除渣系統附屬設備改造進行分析；最后針對此次除渣系統改造效益進行了評價分析，結果表明，干式除渣社會效益較好，經濟效益優勢顯著，每年可節約成本491.58萬元。因此，該鍋爐干渣機改造方案可為國內同類型火電廠科學決策提供依據。

關鍵詞：干渣機；除渣系統；排渣裝置；經濟效益

中圖分類號：TM621.2? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）07-0073-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.07.019

0? ? 引言

燃煤鍋爐運行過程中會產生大量廢渣，其中包括煤灰和爐渣等。這些廢渣不僅會對環境造成污染，還會浪費資源[1]。

為減少廢渣的排放，提高資源利用率，對燃煤鍋爐干渣機進行改造成為一項重要的技術手段。文獻[2-3]針對濕式除渣改造至干式除渣的可行性分析及性能試驗研究表明，干式除渣系統是一種可靠的廢渣處理技術，通過將廢渣從燃燒過程中分離出來，可以減少廢渣的排放量，從而減少對環境的污染和資源的浪費，但燃煤鍋爐干式除渣系統改造面臨著一些技術和經濟上的挑戰[4]。首先，改造后的干渣機應具備更高的分離效率和更低的能耗，以滿足燃煤鍋爐的運行要求。其次，改造投資應考慮到經濟效益，包括節約成本、提高效率和增加收入等方面[5]。

鑒于此，本文對660 MW超臨界燃煤鍋爐干式除渣系統改造進行了研究和分析，通過評估改造后的干渣機的技術性能和經濟效益，可以為企業科學決策提供依據，實現資源的有效利用、環境保護和企業經濟效益的提升。

1? ? 設備概述

某電廠鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司自主制造的660 MW燃煤超臨界鍋爐，其為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行，采用不帶再循環泵的大氣擴容式啟動系統的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風、固態排渣、Π型布置、全鋼架、全懸吊結構、露天布置。同步建設脫硫脫硝裝置，每臺鍋爐下設置一臺水浸式刮板撈渣機，刮板撈渣機頭部提升角度35°，撈渣機落渣口中心線距鍋爐中心線35.5 m，撈渣機頭部滾筒中心線標高17.0 m，撈渣機落料口設在渣倉中心線上，由撈渣機將渣提升到17.0 m高度后進入渣倉。經渣倉脫水后的濕渣由汽車外運至灰場碾壓貯存或供綜合利用。

除渣系統設計規范如表1所示。

2? ? 現狀概述

該電廠鍋爐撈渣機采用山西電力設備廠生產的GL-60水浸式刮板撈渣機。在機組正常運行中，若煤質變化，當煤量達370 t/h及以上時鍋爐燃燒渣量增加，撈渣機出力無法滿足要求，存在溢渣情況。此外，經渣倉脫水后的爐渣含水量大，運輸時渣水滲出影響環境，且運輸成本高。撈渣機投運至今，因運行時間較長，存在鏈條、槽體、導向輪等附件磨損嚴重的缺陷，原設計的集水池、排水泵等配套設備運行環境差，故障率較高。

濕式撈渣機還存在大渣塊掉入渣井，水封瞬時汽化引起爐膛負壓大幅波動，導致鍋爐熄火的事故隱患，且濕渣含水量大，固廢利用率低，運輸費用高，水耗量大，環保風險高。

基于上述亟待解決的問題，該電廠擬將水浸式刮板撈渣機改造為干渣機。

目前，火電廠常見干渣機主要有鋼帶式干渣機、履帶式干撈渣機及鱗斗式干撈渣機三種，鋼帶式干渣機驅動動力來源于滾筒提供摩擦力，輸送帶/鏈為網帶，規格為800 mm≤輸送帶寬≤1 600 mm，抬頭結構采用“壓輪+鋼帶”，布置最大傾斜升角33°；履帶式干撈渣機驅動動力來源于鏈輪與鏈條嚙合驅動，輸送帶/鏈為圓環鏈，規格為800 mm≤輸送帶寬

≤2 600 mm，抬頭結構采用“壓輪+履帶板”，最大傾斜升角40°；鱗斗式干撈渣機驅動動力來源于鏈輪嚙合鏈條軸套驅動，輸送帶/鏈為圓環鏈套筒滾子鏈，規格為800 mm≤輸送帶寬≤2 600 mm，抬頭結構采用“壓輪+鱗斗”，最大傾斜升角45°。三種干渣機優缺點對比結果如表2所示。

根據三種干渣機優缺點綜合對比結果，該廠擬采用鱗斗式干渣機進行鍋爐干渣機改造。

3? ? 改造方案

3.1? ? 除渣系統改造原則及配置

此次除渣系統改造設計原則：將原濕式除渣系統改為干式除渣系統，電動驅動。干渣機采用一步進倉方案，如圖1所示。

設1臺干渣機、2臺碎渣機（1臺運行、1臺備用）和1個貯渣倉。干渣機前配有爐底排渣裝置，可對大渣進行預破碎，可攔截大焦塊，有預冷卻、預破碎的功能。爐底排渣裝置由隔柵、擠壓頭、箱體、驅動液壓缸和攝像監視系統等部分組成，渣塊首先落到隔柵上，得到預冷卻，然后通過攝像監視系統，控制水平移動的齒形擠壓頭將渣塊破碎。經過爐底排渣裝置，渣落入干渣機內，被緩慢輸送至干渣機頭部，進入碎渣機破碎后排入渣倉。環境空氣通過干渣機上的冷卻風門冷卻爐渣，灰渣冷卻的同時空氣溫度升高，帶著底渣的熱量空氣進入鍋爐爐膛。設計出力工況下風冷式排渣系統進風量小于鍋爐總進風量1.0%，最大出力時風冷式排渣系統進風量小于鍋爐總進風量1.5%。整套系統采用程序自動控制，且控制直接納入主機DCS控制系統。

渣倉下部配置1臺散裝機、1臺雙軸攪拌機、1個事故放灰裝置，渣倉設置防止放灰揚塵的裝置。干渣機出力按照20～80 t/h（干渣）可調頻設計，每臺爐配備1臺渣倉及其他輔助設備。

3.2? ? 除渣系統設備

3.2.1? ? 渣井

渣井采用鋼結構和耐火材料承受大塊爐渣的直接沖擊。渣井內壁采用厚度大于10 mm的耐磨耐溫材料（性能不低于16錳鋼板），能承受爐渣970 ℃高溫和大塊爐渣高空沖擊；外壁采用厚度大于10 mm的普通鋼板，內外壁之間敷設耐火硅酸鋁保溫板（磚），保溫結構設計按保溫層外壁溫度不大于50 ℃考慮。

3.2.2? ? 爐底排渣裝置

爐底排渣裝置由隔柵、擠壓頭、箱體、驅動液壓缸、攝像監視系統、液壓泵站及管路部分組成。此次改造爐底排渣裝置采用防護隔柵結構，能有效防止大渣的下落對設備造成沖擊破壞，100%防止結焦對干渣機的損壞，同時該結構能滿足50 m高度處3 t的結焦渣塊下落對爐底排渣裝置的沖擊要求。爐底排渣裝置中的擠壓頭部件采用液壓驅動，開關靈活，起到隔離門的作用，能有效實現大渣塊的預冷卻和預破碎。關斷門打開或關閉狀態均為水平移動設計，垂直作用力由靜止的隔柵承受，這樣即使油缸失靈，關斷門也不會自動打開。

3.2.3? ? 碎渣機

在干除渣機的落渣口下設置一臺干式碎渣機，其主要包括設備本體外殼、驅動裝置、聯軸器、底座、護罩、電機等。此次改造碎渣機的主體結構采用單輥形式，輥齒板和顎板齒型進行結構優化設計，在碎渣機上安裝有力矩限制器對驅動電機進行保護，并設置卡阻報警裝置，一旦有不易破碎的硬焦，出現卡阻時，輥齒停止轉動后，自動控制系統報警。此外，為提高系統運行可靠性，此次改造采用兩臺同型號的碎渣機，碎渣機可自由切換運行，現場應有足夠的檢修空間，備用的碎渣機應有可靠的檢修安全防護措施。

3.2.4? ? 干渣機

爐底渣經過渣井落到緩慢移動的干渣機輸送裝置上，高溫熱渣在干渣機的耐熱輸送裝置上冷卻和向外輸送，從風門進入的受控自然空氣逆向冷卻熱渣，在鍋爐BMCR運行工況條件下，自然空氣將高溫爐渣冷卻到150 ℃以下，同時吸收爐膛輻射熱、底渣蓄熱和底渣化學熱，在爐膛負壓作用下返送回爐膛，參加爐膛燃燒。正常出力下，冷卻空氣總量不超過鍋爐總燃燒空氣量的1%，并能根據排渣量和排渣溫度進行自動調節。

此次針對干渣機進行以下方面改造：

1）干渣機的結構為整體箱型封閉式，整體設計為焊接結構。干渣機頭部應設置檢修起吊設施，起吊重量滿足最大起重件起吊要求，并留有150%的裕量。

2）干渣機輸送帶采用成熟可靠的材料，確保輸送帶在熱渣工況下不變形、耐磨損，網帶采用316L不銹鋼，鋼絲直徑＞？準6 mm；履帶圓環鏈＞？準34×126 mm，表面硬度≮HRC60；鱗斗式干渣機的套筒模鍛鏈規格≮H80×200 mm，且采用20CrMnTi材質，表面需硬化處理，硬度HRC60，硬化層厚度＞2 mm。

3）干渣機設置過載保護，打滑、斷鏈、斷帶停車保護裝置，事故信號送至主控室干排渣控制系統。此外，設置渣溫檢測裝置和大渣檢測裝置，渣溫檢測裝置通過3個雙支鎧裝熱電偶測溫元件實現，大渣檢測裝置由攝像監控系統實現。

4? ? 效益分析

4.1? ? 經濟效益

干渣機改造后提高了渣的回收利用率，減少了廢渣的處理和處置成本。此外，改造后的干渣機自動化程度更高，能實現智能化控制，提高了生產效率和運行穩定性，可以降低能源消耗和維護成本，從而降低企業的運營成本。改造后經過長期運行統計，干渣除渣經濟性優勢較為明顯，對比結果如表3所示。

通過表3可以看出，干式除渣在水費、爐渣利用、熱量回收、備件費用和維護費用等方面的經濟效益都較為明顯，經計算改造為干式除渣每年可節約成本491.58萬元。

4.2? ? 社會效益

干渣機改造后將帶來以下社會效益：

1）環境效益。改造后的干渣機能夠降低渣的排放量，減少對環境的污染，減少顆粒物和二氧化硫等污染物向大氣的排放，改善空氣質量。

2）資源利用效益。改造后的干渣機可以提高渣的回收利用率，減少資源浪費。通過對渣的處理和回收利用，可以減少對礦石等原材料的需求，降低資源消耗。

3）安全效益。改造后的干渣機可以提高運行穩定性和安全性，減少事故風險。新型干渣機設備自動化程度更高，能實現智能化控制，減少人為操作的風險，提高工作安全性。

4）社會形象效益。改造后的干渣機符合環保要求，改善了企業形象。通過改造和升級現有設備，企業體現了對環境保護的重視和承諾，提升了企業的社會形象和聲譽。

5? ? 結束語

本文針對某660 MW超臨界燃煤鍋爐將原濕式除渣系統改為干式除渣系統的改造方案進行研究，總結出改造后帶來如下優勢：1）干式排渣系統用環境風冷卻熱渣，不需要用水冷卻，節約了大量水資源，降低了公司運行成本；2）由于系統無水耗，干式排渣系統無廢水排放，無須廢水處理系統，有利于環境保護；3）回收熱量，提高了鍋爐熱效率；4）灰渣可直接用于建筑材料，干渣的綜合利用效益好。

[參考文獻]

[1] 劉泰生，周棋，張秀昌，等.干式除渣系統對鍋爐性能影響的研究[J].鍋爐制造，2018（3）：1-4.

[2] 龔仁明.某發電廠1、2號鍋爐濕式除渣改造至干式除渣的可行性分析[J].無線互聯科技，2019，16（2）：112-113.

[3] 趙方淵.電站鍋爐干式排渣機性能試驗研究[J].電站系統工程，2022，38（1）：53-55.

[4] 李圳，周朋.超臨界燃煤機組除渣系統優化改造效益分析[J].煤炭加工與綜合利用，2021（1）：85-88.

[5] 丁博.國華臺電600 MW機組撈渣機控制系統改造與應用[J].裝備制造技術，2020（8）：118-120.

收稿日期：2023-12-18

作者簡介：鄧紹賢（1969—），男，貴州貴陽人，工程師，主要從事火力發電廠生產管理工作。