1 000MW超超臨界機組兩級輸送干式除渣系統(tǒng)

楊柏森

（北京國電富通科技發(fā)展有限責任公司，北京 102401）

0 概 述

國內(nèi)某1 000MW超超臨界機組采用一次中間再熱、變壓運行的直流爐，是一種單爐膛、采用切圓燃燒方式，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置的塔式鍋爐。該鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為3 099t／h，MCR工況下的鍋爐效率為93.5%，制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機正壓直吹送粉。該機組除渣系統(tǒng)為兩級輸送的干式除渣系統(tǒng)，對爐渣進行輸送與冷卻。為保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，除渣系統(tǒng)的設(shè)計出力應(yīng)不小于鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時的排渣量，且需留有足夠的排渣裕量。

兩級輸送的干式除渣系統(tǒng)具有三個顯著特點：第一，適用的機組容量大，是國內(nèi)大機組中較早采用的除渣方式之一；第二，干式除渣系統(tǒng)的排渣量大，排渣的設(shè)計出力為25～32t／h，最大出力為50t／h；第三，采用兩級輸送，通過二級大傾角鋼帶輸渣機，直接將爐渣送至渣倉，是國內(nèi)1 000 MW超超臨界機組中較早采用的輸渣系統(tǒng)。

1 工程設(shè)計參數(shù)

1.1 設(shè)計煤種及耗煤量

工程設(shè)計煤種的收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar＝20.97MJ／kg，收到基灰分Aar＝27.32%；校核1號煤種的收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar＝21.03MJ／kg，收到基灰分Aar＝22.06%；校核2號煤種的收到基低位發(fā)熱量Qnet.ar＝20.23MJ／kg，收到基灰分Aar＝29.43%。

在MCR工況下，當鍋爐燃用設(shè)計煤種時，耗煤量為417.0t／h；燃用1號校核煤種時，耗煤量為414.4t／h；燃用2號校核煤種時，耗煤量為431.7 t／h。

1.2 鍋爐排渣量及爐渣參數(shù)

（1）排渣量：每臺鍋爐在 MCR工況下，燃用設(shè)計煤種時，排渣量為24t／h；燃用1號校核煤種時，排渣量為20t／h；燃用2號校核煤種時，排渣量為32 t／h。

（2）爐渣溫度：鍋爐排渣出口的爐渣溫度為850℃。

（3）爐渣密度：干渣堆積密度約為0.9t／m3，濕渣堆積密度約為1.3t／m3，渣的真實密度為2.3 t／m3。

2 兩級輸送干式除渣系統(tǒng)的設(shè)計及布置

2.1 系統(tǒng)組成

根據(jù)該1000MW超超臨界機組鍋爐及爐房布置的實際情況，兩級輸送干式除渣系統(tǒng)采用的工藝流程為：鍋爐排渣→機械密封→渣井→爐底排渣裝置→一級鋼帶輸渣機→碎渣機→過渡渣斗→二級大傾角鋼帶輸渣機→渣倉→卸料機構(gòu)→灰罐車或運輸車。干式除渣系統(tǒng)的布置，如圖1所示。

圖1 兩級輸送干式除渣系統(tǒng)

鍋爐的排渣經(jīng)渣井、爐底排渣裝置落到一級鋼帶輸渣機內(nèi)的輸送鋼帶上，爐渣在一級鋼帶輸渣機輸送過程中被冷卻風(fēng)冷卻。爐渣溫度降低后被送至碎渣機，破碎成細渣，然后由二級大傾角鋼帶輸渣機直接輸送至渣倉，在輸送過程中對爐渣進一步冷卻。最后，由渣倉的卸料機構(gòu)完成裝車過程，采用灰罐車或運輸車將爐渣運走。

2.2 排渣系統(tǒng)的設(shè)備及特性

2.2.1 渣井

渣井是指從鍋爐水冷壁下聯(lián)箱檔板至爐底排渣裝置上槽體之間的鋼結(jié)構(gòu)部分。渣井采用獨立支撐方式，渣井與鍋爐下聯(lián)箱的檔板之間設(shè)有機械密封裝置，機械密封裝置能吸收鍋爐各方位上的膨脹變形。渣井與爐底排渣裝置間采用波紋板連接，波紋板也能承受渣井和系統(tǒng)各設(shè)備的熱膨脹變形。

渣井為鋼結(jié)構(gòu)件，內(nèi)襯耐火材料，能承受大塊爐渣的直接沖擊，具有較大的有效容積。當鍋爐燃用設(shè)計煤種時，渣井能承接鍋爐在MCR工況下連續(xù)4h的最大排渣量；渣井被偏心布置于鍋爐排渣口中心線的位置，并設(shè)置了觀察孔與除焦孔，便于處理井壁上的結(jié)焦。

2.2.2 爐底排渣裝置

系統(tǒng)在渣井與一級鋼帶輸渣機之間設(shè)置爐底排渣裝置，排渣裝置主要由隔柵、擠壓頭、箱體、液壓系統(tǒng)和攝像監(jiān)視系統(tǒng)等部分組成。

爐底排渣裝置采用了防護隔柵結(jié)構(gòu)，能夠有效阻擋大塊爐渣下落時的沖擊，防止渣塊對鋼帶輸渣機的損壞。排渣的擠壓頭采用液壓驅(qū)動，起到關(guān)斷保護的作用，如果鋼帶輸渣機及后續(xù)輸送系統(tǒng)發(fā)生故障，在檢修期間，可允許輸送系統(tǒng)停運4h，不會影響鍋爐的安全運行。同時，該裝置有效地實現(xiàn)大渣塊的預(yù)冷卻、預(yù)破碎，對直徑大于200mm以上的大渣塊，渣塊將首先落到設(shè)備的隔柵上，并被預(yù)冷卻，再通過水平移動的齒形擠壓頭將大渣塊破碎，然后由鋼帶輸渣機運出。

在爐渣下落及破碎過程中，均有攝像系統(tǒng)進行監(jiān)視，并提供兩路視頻接口，一路送至干渣監(jiān)視系統(tǒng)，另一路送至主控制室。通過視頻監(jiān)控，可清楚地了解排渣系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以便隨時對系統(tǒng)進行相應(yīng)的控制和調(diào)整。

2.2.3 一級鋼帶輸渣機

一級鋼帶輸渣機是兩級輸送干式除渣系統(tǒng)的前置設(shè)備，該設(shè)備主要由鋼帶輸送組件、清掃鏈組件和箱體組件等部分構(gòu)成，通常安裝在爐底排渣裝置的出口。一級鋼帶輸渣機可連續(xù)接受和輸送高溫鍋爐底渣，在輸送過程中使鍋爐底渣進一步冷卻。鋼帶輸渣機的出力不小于鍋爐MCR工況下的最大排渣量，且需有足夠裕量（設(shè)計出力為25～32t／h，最大出力為50t／h）。鋼帶輸渣機的出力是可調(diào)的，并能適應(yīng)鍋爐非正常運行時的排渣要求。

輸渣機的鋼帶是關(guān)鍵部件，鋼帶運轉(zhuǎn)部分主要由耐高溫的高強度輸送網(wǎng)帶、托輪、托輥、側(cè)向限位輪及尾部張緊機構(gòu)、頭部動力機構(gòu)等部分組成。清掃鏈組件主要由鏈條、刮板、托鏈輪、驅(qū)動機構(gòu)與張緊機構(gòu)等部分組成。鋼帶輸渣機的箱體采用了封閉式結(jié)構(gòu)，其側(cè)面布置有可調(diào)進風(fēng)口。在鋼帶輸渣機頭部箱體的頂部設(shè)置2個主冷卻風(fēng)進風(fēng)口，根據(jù)鍋爐排渣量的變化，調(diào)節(jié)主進風(fēng)口和側(cè)進風(fēng)口的開合度，可以達到控制冷卻風(fēng)量的目的。為便于檢修，在鋼帶輸渣機頭部和尾部箱體均設(shè)有檢修人孔門，用于對鋼帶輸送組件和清掃鏈組件的維護及檢修。

輸送網(wǎng)帶及清掃鏈張緊系統(tǒng)采用液壓自動張緊方式，與爐底排渣裝置共用1套液壓系統(tǒng)，配有儲能器及自動控制系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)輸送網(wǎng)帶及清掃鏈的張緊度。

一級鋼帶輸渣機的水平段的長度將近27m，總長達52m，鋼帶的行走速度為0.4～4m／min，清掃鏈的行走速度為0.17～1.7m／min，該系統(tǒng)運行至今，性能穩(wěn)定，輸渣效果良好。

2.2.4 碎渣機

碎渣機為雙腔、單輥結(jié)構(gòu)，主要由驅(qū)動電機、減速機、液力耦合器、碎渣機本體等部分組成，各磨損部件均采用耐磨合金材料制造。為了有效防止灰渣的泄漏，本體機殼采用了密封結(jié)構(gòu)。輥齒板件采用了互換性設(shè)計，連接螺栓為耐高溫的高強螺栓。

爐渣經(jīng)碎渣機破碎后的渣顆粒小于25×25 mm，碎渣的大小可以調(diào)節(jié)，碎渣機的出力與系統(tǒng)的最大出力相匹配，同時具有對結(jié)焦渣塊的破碎能力。

2.2.5 二級大傾角鋼帶輸渣機

二級大傾角鋼帶輸渣機的結(jié)構(gòu)與一級鋼帶輸渣機類似，其主要功能是進一步冷卻已被破碎的爐渣，然后直接將爐渣輸送至渣倉。輸渣機的出力可調(diào)，能夠滿足鍋爐各種設(shè)計工況的排渣要求。該設(shè)備的最大特點是將爐渣直接輸送到渣倉，取代了以往干式除渣系統(tǒng)中運行故障率較高的鏈斗機、斗提機等設(shè)備，降低了系統(tǒng)的故障率與維修費用，增加了系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，有利于大容量燃煤機組的穩(wěn)定運行。

由于該機組的發(fā)電容量較大，鍋爐的渣量較多，所以，將渣倉的有效容積設(shè)計為500m3，渣倉頂部標高為20.5m，根據(jù)系統(tǒng)的總體布置，設(shè)計二級大傾角鋼帶輸渣機傾角為33.5°，爬坡段長度達30m，考慮到爐渣安息角及輸渣時爐渣的穩(wěn)定性，經(jīng)實驗研究，在二級大傾角鋼帶輸渣機的輸送網(wǎng)帶上增加擋板結(jié)構(gòu)，防止輸送時爐渣的回流，滿足系統(tǒng)大傾角、大輸送量的要求，提高了排渣系統(tǒng)的輸送效率與運行的穩(wěn)定性。

2.2.6 渣倉

排渣系統(tǒng)設(shè)計有1座渣倉，直徑為10m，有效容積為500m3。渣倉本體和支架采用鋼結(jié)構(gòu)形式，整個渣倉設(shè)有防雨頂棚與控制室。渣倉的鋼結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，能在長時間振動等各種工況下可靠運行。渣倉設(shè)有固定料位指示器和連續(xù)料位指示器，當料位過高可發(fā)出報警信號。頂部設(shè)有事故真空壓力釋放閥，以保護設(shè)備的安全。布袋除塵器被設(shè)置在渣倉頂部，可使排塵濃度不大于50mg／m3。倉下部的出渣具有雙出口結(jié)構(gòu)，一個出渣口連接著雙軸加濕攪拌機，另一個出渣口與干灰散裝機相連，雙出口結(jié)構(gòu)便于爐渣運輸方式的選擇和爐渣的后續(xù)使用。

3 兩級輸送干式除渣系統(tǒng)的運行

3.1 節(jié)能運行

兩級輸送干式除渣系統(tǒng)的運行較為平穩(wěn)，尤其是一、二級鋼帶輸渣機配合使用的效果良好，大大降低了干渣輸送系統(tǒng)的故障率，滿足了各種工況下鍋爐的排渣要求。與同類機組濕式除渣系統(tǒng)相比，該干式除渣系統(tǒng)的用水量為零，其灰渣輸送時采用可控風(fēng)冷卻，改變了以往直接用水冷卻爐渣的方法，保持了干渣的使用活性，降低了系統(tǒng)的運行成本，具有很大的節(jié)能和環(huán)保價值。

3.2 干式除渣系統(tǒng)的調(diào)試

兩級輸送干式除渣系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后，各設(shè)備的運行狀態(tài)良好。鍋爐檢修后，在爐渣中易混雜一些鐵質(zhì)物品，容易使碎渣機卡堵，需加強設(shè)備運行狀態(tài)的調(diào)整，減少鐵質(zhì)雜物。

鍋爐運行一段時間后，有時會形成大塊焦渣，此時，爐底排渣裝置發(fā)揮了作用，由于機組的渣量較大，結(jié)焦大渣塊也很堅硬，通過調(diào)整除渣系統(tǒng)的運行參數(shù)，加大了爐底排渣裝置擠壓頭的推力，取得了很好的效果。

由于二級大傾角鋼帶輸渣機的爬升角度較大，在爬坡段內(nèi)，常發(fā)生細渣倒流的問題，為此，采用了新型阻燃耐磨的皮帶刮板。經(jīng)調(diào)試后，解決了細渣倒流等問題。

目前，兩級輸送干式除渣系統(tǒng)尚存在冷卻風(fēng)入爐風(fēng)溫較低，排渣系統(tǒng)風(fēng)量超過設(shè)計值等問題，需要在運行中逐步調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)，摸索和收集該鍋爐最佳運行工況時的各項運行參數(shù)。

4 結(jié) 語

通過系統(tǒng)設(shè)備的合理配置，兩級輸送干式除渣系統(tǒng)完全適應(yīng)于1 000MW超超臨界機組。采用二級大傾角鋼帶輸渣機直接進渣倉的輸送方式，可以滿足大容量機組較大排渣量的要求。實踐證明，該種干式除渣系統(tǒng)不但對電廠的節(jié)能、環(huán)保意義重大，更能夠較大程度提高大容量機組的安全性與穩(wěn)定性，對超超臨界燃煤機組除渣系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化具有較大的參考價值，是值得推薦使用的一種除渣系統(tǒng)。