引言

燃煤鍋爐運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量廢渣,其中包括煤灰和爐渣等。這些廢渣不僅會對環(huán)境造成污染,還會浪費(fèi)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(jī)進(jìn)行改造成為一項(xiàng)重要的技術(shù)手段。文獻(xiàn)[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(yàn)研究表明,干式除渣系統(tǒng)是一種可靠的廢渣處理技術(shù),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(huán)境的污染和資源的浪費(fèi),但燃煤鍋爐干式除渣系統(tǒng)改造面臨著一些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的挑戰(zhàn)[4]。首先,改造后的干渣機(jī)應(yīng)具備更高的分離效率和更低的能耗,以滿足燃煤鍋爐的運(yùn)行要求。其次,改造投資應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)效益,包括節(jié)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(tǒng)改造進(jìn)行了研究和分析,通過評估改造后的干渣機(jī)的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益,可以為企業(yè)科學(xué)決策提供依據(jù),實(shí)現(xiàn)資源的有效利用、環(huán)境保護(hù)和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

1設(shè)備概述

某電廠鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)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(yùn)行,采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動系統(tǒng)的直流鍋爐,單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、Π型布置、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置。同步建設(shè)脫硫脫硝裝置,每臺鍋爐下設(shè)置一臺水浸式刮板撈渣機(jī),刮板撈渣機(jī)頭部提升角度35O,撈渣機(jī)落渣口中心線距鍋爐中心線35.5 m,撈渣機(jī)頭部滾筒中心線標(biāo)高17.0 m,撈渣機(jī)落料口設(shè)在渣倉中心線上,由撈渣機(jī)將渣提升到17.0 m高度后進(jìn)入渣倉。經(jīng)渣倉脫水后的濕渣由汽車外運(yùn)至灰場碾壓貯存或供綜合利用。

除渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范如表1所示。

2現(xiàn)狀概述

該電廠鍋爐撈渣機(jī)采用山西電力設(shè)備廠生產(chǎn)的GL—60水浸式刮板撈渣機(jī)。在機(jī)組正常運(yùn)行中,若煤質(zhì)變化,當(dāng)煤量達(dá)370 t/h及以上時鍋爐燃燒渣量增加,撈渣機(jī)出力無法滿足要求,存在溢渣情況。此外,經(jīng)渣倉脫水后的爐渣含水量大,運(yùn)輸時渣水滲出影響環(huán)境,且運(yùn)輸成本高。撈渣機(jī)投運(yùn)至今,因運(yùn)行時間較長,存在鏈條、槽體、導(dǎo)向輪等附件磨損嚴(yán)重的缺陷,原設(shè)計(jì)的集水池、排水泵等配套設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差,故障率較高。

濕式撈渣機(jī)還存在大渣塊掉入渣井,水封瞬時汽化引起爐膛負(fù)壓大幅波動,導(dǎo)致鍋爐熄火的事故隱患,且濕渣含水量大,固廢利用率低,運(yùn)輸費(fèi)用高,水耗量大,環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)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(jī)改造為干渣機(jī)。

目前,火電廠常見干渣機(jī)主要有鋼帶式干渣機(jī)、履帶式干撈渣機(jī)及鱗斗式干撈渣機(jī)三種,鋼帶式干渣機(jī)驅(qū)動動力來源于滾筒提供摩擦力,輸送帶/鏈為網(wǎng)帶,規(guī)格為800 mm≤輸送帶寬≤1 600 mm,抬頭結(jié)構(gòu)采用“壓輪+鋼帶”,布置最大傾斜升角33度;履帶式干撈渣機(jī)驅(qū)動動力來源于鏈輪與鏈條嚙合驅(qū)動,輸送帶/鏈為圓環(huán)鏈,規(guī)格為800 mm≤輸送帶寬≤2 600 mm,抬頭結(jié)構(gòu)采用“壓輪+履帶板”,最大傾斜升角40度;鱗斗式干撈渣機(jī)驅(qū)動動力來源于鏈輪嚙合鏈條軸套驅(qū)動,輸送帶/鏈為圓環(huán)鏈套筒滾子鏈,規(guī)格為800 mm≤輸送帶寬≤2 600 mm,抬頭結(jié)構(gòu)采用“壓輪+鱗斗”,最大傾斜升角45度。三種干渣機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比結(jié)果如表2所示。

根據(jù)三種干渣機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)綜合對比結(jié)果,該廠擬采用鱗斗式干渣機(jī)進(jìn)行鍋爐干渣機(jī)改造。

3改造方案

3.1除渣系統(tǒng)改造原則及配置

此次除渣系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)原則:將原濕式除渣系統(tǒng)改為干式除渣系統(tǒng),電動驅(qū)動。干渣機(jī)采用一步進(jìn)倉方案,如圖1所示。

設(shè)1臺干渣機(jī)、2臺碎渣機(jī)(1臺運(yùn)行、1臺備用)和1個貯渣倉。干渣機(jī)前配有爐底排渣裝置,可對大渣進(jìn)行預(yù)破碎,可攔截大焦塊,有預(yù)冷卻、預(yù)破碎的功能。爐底排渣裝置由隔柵、擠壓頭、箱體、驅(qū)動液壓缸和攝像監(jiān)視系統(tǒng)等部分組成,渣塊首先落到隔柵上,得到預(yù)冷卻,然后通過攝像監(jiān)視系統(tǒng),控制水平移動的齒形擠壓頭將渣塊破碎。經(jīng)過爐底排渣裝置,渣落入干渣機(jī)內(nèi),被緩慢輸送至干渣機(jī)頭部,進(jìn)入碎渣機(jī)破碎后排入渣倉。環(huán)境空氣通過干渣機(jī)上的冷卻風(fēng)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(jìn)入鍋爐爐膛。設(shè)計(jì)出力工況下風(fēng)冷式排渣系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量小于鍋爐總進(jìn)風(fēng)量1.0%,最大出力時風(fēng)冷式排渣系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量小于鍋爐總進(jìn)風(fēng)量1.5%。整套系統(tǒng)采用程序自動控制,且控制直接納入主機(jī)DCS控制系統(tǒng)。

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

3.2除渣系統(tǒng)設(shè)備

3.2.1渣井

渣井采用鋼結(jié)構(gòu)和耐火材料承受大塊爐渣的直接沖擊。渣井內(nèi)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(nèi)外壁之間敷設(shè)耐火硅酸鋁保溫板(磚),保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qū)動液壓缸、攝像監(jiān)視系統(tǒng)、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(hù)隔柵結(jié)構(gòu),能有效防止大渣的下落對設(shè)備造成沖擊破壞,100%防止結(jié)焦對干渣機(jī)的損壞,同時該結(jié)構(gòu)能滿足50 m高度處3 t的結(jié)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(qū)動,開關(guān)靈活,起到隔離門的作用,能有效實(shí)現(xiàn)大渣塊的預(yù)冷卻和預(yù)破碎。關(guān)斷門打開或關(guān)閉狀態(tài)均為水平移動設(shè)計(jì),垂直作用力由靜止的隔柵承受,這樣即使油缸失靈,關(guān)斷門也不會自動打開。

3.2.3碎渣機(jī)

在干除渣機(jī)的落渣口下設(shè)置一臺干式碎渣機(jī),其主要包括設(shè)備本體外殼、驅(qū)動裝置、聯(lián)軸器、底座、護(hù)罩、電機(jī)等。此次改造碎渣機(jī)的主體結(jié)構(gòu)采用單輥形式,輥齒板和顎板齒型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),在碎渣機(jī)上安裝有力矩限制器對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行保護(hù),并設(shè)置卡阻報(bào)警裝置,一旦有不易破碎的硬焦,出現(xiàn)卡阻時,輥齒停止轉(zhuǎn)動后,自動控制系統(tǒng)報(bào)警。此外,為提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性,此次改造采用兩臺同型號的碎渣機(jī),碎渣機(jī)可自由切換運(yùn)行,現(xiàn)場應(yīng)有足夠的檢修空間,備用的碎渣機(jī)應(yīng)有可靠的檢修安全防護(hù)措施。

3.2.4干渣機(jī)

爐底渣經(jīng)過渣井落到緩慢移動的干渣機(jī)輸送裝置上,高溫?zé)嵩诟稍鼨C(jī)的耐熱輸送裝置上冷卻和向外輸送,從風(fēng)門進(jìn)入的受控自然空氣逆向冷卻熱渣,在鍋爐BMCR運(yùn)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(xué)熱,在爐膛負(fù)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?cè)紵諝饬康?%,并能根據(jù)排渣量和排渣溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

此次針對干渣機(jī)進(jìn)行以下方面改造:

1)干渣機(jī)的結(jié)構(gòu)為整體箱型封閉式,整體設(shè)計(jì)為焊接結(jié)構(gòu)。干渣機(jī)頭部應(yīng)設(shè)置檢修起吊設(shè)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(jī)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(wǎng)帶采用316L不銹鋼,鋼絲直徑>φ6 mm;履帶圓環(huán)鏈>φ34×126mm,表面硬度士HRC60;鱗斗式干渣機(jī)的套筒模鍛鏈規(guī)格士H80×200 mm,且采用20CrMnTi材質(zhì),表面需硬化處理,硬度HRC60,硬化層厚度>2 mm。

3)干渣機(jī)設(shè)置過載保護(hù),打滑、斷鏈、斷帶停車保護(hù)裝置,事故信號送至主控室干排渣控制系統(tǒng)。此外,設(shè)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(shí)現(xiàn),大渣檢測裝置由攝像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

4效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益

干渣機(jī)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(jī)自動化程度更高,能實(shí)現(xiàn)智能化控制,提高了生產(chǎn)效率和運(yùn)行穩(wěn)定性,可以降低能源消耗和維護(hù)成本,從而降低企業(yè)的運(yùn)營成本。改造后經(jīng)過長期運(yùn)行統(tǒng)計(jì),干渣除渣經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢較為明顯,對比結(jié)果如表3所示。

通過表3可以看出,干式除渣在水費(fèi)、爐渣利用、熱量回收、備件費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用等方面的經(jīng)濟(jì)效益都較為明顯,經(jīng)計(jì)算改造為干式除渣每年可節(jié)約成本491.58萬元。

4.2社會效益

干渣機(jī)改造后將帶來以下社會效益:

1)環(huán)境效益。改造后的干渣機(jī)能夠降低渣的排放量,減少對環(huán)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(zhì)量。

2)資源利用效益。改造后的干渣機(jī)可以提高渣的回收利用率,減少資源浪費(fèi)。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(jī)可以提高運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性,減少事故風(fēng)險(xiǎn)。新型干渣機(jī)設(shè)備自動化程度更高,能實(shí)現(xiàn)智能化控制,減少人為操作的風(fēng)險(xiǎn),提高工作安全性。

4)社會形象效益。改造后的干渣機(jī)符合環(huán)保要求,改善了企業(yè)形象。通過改造和升級現(xiàn)有設(shè)備,企業(yè)體現(xiàn)了對環(huán)境保護(hù)的重視和承諾,提升了企業(yè)的社會形象和聲譽(yù)。

5結(jié)束語

本文針對某660 MW超臨界燃煤鍋爐將原濕式除渣系統(tǒng)改為干式除渣系統(tǒng)的改造方案進(jìn)行研究,總結(jié)出改造后帶來如下優(yōu)勢:1)干式排渣系統(tǒng)用環(huán)境風(fēng)冷卻熱渣,不需要用水冷卻,節(jié)約了大量水資源,降低了公司運(yùn)行成本;2)由于系統(tǒng)無水耗,干式排渣系統(tǒng)無廢水排放,無須廢水處理系統(tǒng),有利于環(huán)境保護(hù);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。