某2×600 MW機(jī)組電廠除渣系統(tǒng)優(yōu)化選擇

高琳婕

（江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇南京，211102）

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某2×600 MW機(jī)組電廠除渣系統(tǒng)優(yōu)化選擇

高琳婕

（江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇南京，211102）

摘要：根據(jù)某2×600 MW燃煤供熱電廠的特點(diǎn)及外部條件，在確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，力求簡化系統(tǒng)、降低工程造價(jià)和減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。分析了刮板撈渣機(jī)和風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)2種排渣方案的性能和特點(diǎn)，并從技術(shù)、投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面詳細(xì)進(jìn)行了比較，最終選定刮板撈渣機(jī)除渣方案為該工程的除渣系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；系統(tǒng)優(yōu)化；鍋爐效率，節(jié)能，節(jié)水

近年國內(nèi)越來越多的火力發(fā)電廠為節(jié)能減排為出發(fā)點(diǎn)，面臨選擇爐底除渣系統(tǒng)時(shí)，往往傾向于選用風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)作為除渣方案。針對(duì)南海2×600 MW燃煤供熱電廠工程爐底渣處理系統(tǒng)，設(shè)想了刮板撈渣機(jī)除渣和風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣2個(gè)預(yù)案，并從技術(shù)、投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了分析比較，對(duì)燃煤電廠選擇合適的排渣方式有一定的參考作用。

1　除渣系統(tǒng)方案的2種設(shè)想

該工程鍋爐采用超超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行直流爐、帶啟動(dòng)循環(huán)泵、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉結(jié)構(gòu)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型燃煤爐。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）1900 t/h 。鍋爐在燃燒相應(yīng)煤種時(shí)，1×600 MW機(jī)組灰渣量見表1。

表1　鍋爐燃燒相應(yīng)煤種時(shí)產(chǎn)生的灰渣量

針對(duì)該工程鍋爐爐底排渣系統(tǒng)，提出刮板撈渣機(jī)除渣方案和風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣2種方案。

1.1刮板撈渣機(jī)除渣方案

刮板撈渣機(jī)除渣方案為機(jī)械除渣系統(tǒng)，按2×600 MW機(jī)組容量設(shè)計(jì)，爐底渣采用“鍋爐渣井＋刮板撈渣機(jī)＋渣倉”連續(xù)除渣方案，貯存在渣倉內(nèi)的渣由汽車外運(yùn)供綜合利用或運(yùn)到灰場堆放。渣水經(jīng)澄清后循環(huán)使用，不對(duì)外排放。爐底渣系統(tǒng)采用單元制，渣水閉式循環(huán)系統(tǒng)為2臺(tái)爐共用。其工藝流程如圖1所示。

圖1　刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)

每臺(tái)爐下配置1臺(tái)較大傾角可變速的刮板撈渣機(jī)，在布置上將刮板撈渣機(jī)頭部適當(dāng)抬高和加長，使從刮板撈渣機(jī)水浸槽中撈出的渣在進(jìn)入渣倉之前有足夠的時(shí)間脫水。刮板撈渣機(jī)采用析水刮板，確保從刮板撈渣機(jī)排出的渣含水率＜25%，可外運(yùn)供綜合利用或在灰場堆放。

刮板撈渣機(jī)正常運(yùn)行出力3 t/h，最大運(yùn)行出力28 t/h，且留有足夠的裕量，保證刮板撈渣機(jī)在停機(jī)時(shí)其上槽體以上積滿渣時(shí)（4 h渣量），仍能帶負(fù)荷起動(dòng)，并能在1h內(nèi)將其（4 h渣量）輸送完畢。正常運(yùn)行時(shí)刮板速度不應(yīng)＞1.0 m/min，最大運(yùn)行出力時(shí)刮板速度不應(yīng)＞最4.0 m/min。

撈渣機(jī)的溢流水裝置設(shè)有鋸齒形溢流堰和平行斜板澄清器，以保證其攜帶的懸浮物濃度不超過于0.05%。

在每臺(tái)爐的爐側(cè)各布置1臺(tái)渣倉，運(yùn)渣汽車可直接在渣倉下裝車。渣倉直徑D8 m，通過對(duì)渣倉結(jié)構(gòu)優(yōu)化使其有效容積達(dá)240 m3，1座渣倉可貯存1臺(tái)鍋爐在MCR工況下設(shè)計(jì)煤種約96 h的渣量，校核煤種2 約40 h的渣量。

2臺(tái)爐設(shè)置1座直徑D12 m高效濃縮機(jī)和1座標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)水量500 m3/h冷卻塔。冷卻塔采用兩室組合結(jié)構(gòu)，可單室獨(dú)立運(yùn)行，塔體、均量散水頭等與污水接觸部件材質(zhì)的選用充分考慮水質(zhì)可能對(duì)它造成的影響。冷卻塔底部積水池為半地上結(jié)構(gòu)，有效容積為188 m3。

在每臺(tái)爐下設(shè)置溢流水池并安裝2臺(tái)溢流水泵（一運(yùn)一備），刮板撈渣機(jī)及渣斗的冷卻溢流水自流至溢流水池，由溢流水泵輸送到高效濃縮機(jī)澄清，澄清后清水流入冷卻塔冷卻后重復(fù)使用。高效濃縮機(jī)故障時(shí)，溢流水泵可將溢流水通過旁路直接輸送至冷卻塔。

在高效濃縮機(jī)下安裝3臺(tái)熄火水泵 （兩運(yùn)一備），為渣斗提供密封槽冷卻用水和沖洗用水，為渣倉、高效濃縮機(jī)沖提供反沖洗水，為積水池?cái)噭?dòng)噴嘴供水。

高效濃縮機(jī)排污自流至底部污水池，污水池內(nèi)布置2臺(tái)排污泵將高效濃縮機(jī)排污輸送至刮板撈渣機(jī)槽體內(nèi)，排污泵1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。為保證鍋爐房零米的環(huán)境衛(wèi)生，在刮板撈渣機(jī)下部設(shè)有排水溝通往溢流水池，在渣倉四周設(shè)地面排污溝和沖洗盤卷箱，清掃地面后的沖洗水由排污溝流入溢流水池。

1.2風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣方案

風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣方案為干式排渣系統(tǒng)，1臺(tái)爐為1個(gè)單元。爐底渣經(jīng)渣井落在緩慢運(yùn)動(dòng)的風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)的輸送鋼帶上，在輸送過程中通過自然冷風(fēng)將含有大量熱量的熱渣冷卻成可以直接儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)睦湓?，冷卻后的爐底渣進(jìn)入碎渣機(jī)破碎后經(jīng)斗式提升機(jī)輸送至渣庫，裝車外運(yùn)供綜合利用，當(dāng)渣暫時(shí)不能外運(yùn)時(shí)，則運(yùn)至灰場堆放。除渣系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，其工藝流程如圖2所示。

圖2　風(fēng)冷式鋼帶除渣系統(tǒng)

每臺(tái)爐配置1臺(tái)風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)，排渣機(jī)正常運(yùn)行出力3 t/h，最大出力28 t/h。爐底渣通過鍋爐渣井落到風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)的輸送鋼帶上，高溫爐渣由輸送鋼帶送出，送出過程中850 ℃的爐渣在傳送中冷卻。在正常運(yùn)行工況下出口渣溫＜100 ℃，最大出力工況下出口渣溫＜150 ℃。冷卻用的空氣，是利用鍋爐爐膛負(fù)壓作用，由風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)殼體進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，熱渣中所含的熱量，由風(fēng)帶入爐膛，將熱渣從鍋爐帶走的熱量再帶入爐膛內(nèi)，從而減少鍋爐的熱量損失。

冷卻后的爐底渣進(jìn)入碎渣機(jī)，破碎后經(jīng)斗式提升機(jī)輸送至渣庫。每臺(tái)爐設(shè)2臺(tái)斗式提升機(jī)，1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。

每臺(tái)爐設(shè)渣庫1座，渣庫直徑為D8 m，有效容積為240 m3，1座渣庫可容納1臺(tái)鍋爐在MCR工況下設(shè)計(jì)煤種約96 h的渣量，校核煤種2約40 h的渣量。貯存在渣庫中的干渣經(jīng)干式卸料器或濕式雙軸攪拌機(jī)加濕攪拌后裝入自卸汽車送至綜合利用用戶，當(dāng)渣暫時(shí)不能外運(yùn)時(shí)，則運(yùn)至灰場堆放。

2　除渣系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2.1兩方案技術(shù)比較

刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)與風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)的技術(shù)比較見表2。

表2　刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)與風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)的技術(shù)比較

2.2兩方案經(jīng)濟(jì)比較

2.2.1投資比較

刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)與風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)的投資（2臺(tái)爐）比較見表3，風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)比刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)多投資304萬元。

表3　刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)與風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)的投資比較　萬元

2.2.2燃煤和運(yùn)行費(fèi)用

（1）年動(dòng)力消耗比較。刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)年動(dòng)力消耗見表4，風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)年動(dòng)力消耗見表5。

表4　刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)年動(dòng)力消耗

表5　風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)系統(tǒng)年動(dòng)力消耗

按照年動(dòng)力消耗費(fèi)單價(jià)為0.32元/（kW·h）考慮，該工程采用刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)年耗電量1 190 376 kW·h，需花費(fèi)38.1萬元/a；采用風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)年耗電量939 675 kW·h，需花費(fèi)30.1萬元/a。

（2）年耗水費(fèi)用。刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)用水采用閉式循環(huán)，需補(bǔ)充水系統(tǒng)消耗用水。鍋爐排渣裝置的蒸發(fā)損失按下式計(jì)算［ 2 ］：

式中：A為鍋爐排渣口面積，m2；E為水封排渣槽的蒸發(fā)量，E＝73.238 kg/（m3·h）。經(jīng)計(jì)算2臺(tái)爐排渣裝置的蒸發(fā)損失為4.6 t/h。鍋爐按年運(yùn)行330 d計(jì)，年蒸發(fā)損失3.04萬t。按渣量的25%計(jì)，2臺(tái)爐渣帶走的水為1.46t/h，按鍋爐年MCR工況運(yùn)行6000 h計(jì)，年耗水0.876萬t。

風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)盡管除渣裝置不耗水，但渣調(diào)濕外運(yùn)需要調(diào)濕水量，按渣量的20%計(jì)，2臺(tái)爐耗水1.164 t/h。按鍋爐年MCR工況運(yùn)行6000 h計(jì)，年耗水0.698萬t。

該工程最終采用循環(huán)水排水作為除渣系統(tǒng)的補(bǔ)充水，年耗水費(fèi)用不計(jì)。

（3）影響鍋爐效率產(chǎn)生的燃煤費(fèi)。干式排渣機(jī)依靠爐內(nèi)負(fù)壓從鍋爐底部干式排渣機(jī)吸入的冷風(fēng)，可吸收灰渣的物理顯熱，有利于提高鍋爐效率。但冷卻風(fēng)作為燃燒所需空氣從爐底送入，會(huì)使經(jīng)過空氣預(yù)熱器的冷空氣量相應(yīng)減少，鍋爐的排煙溫度會(huì)上升，導(dǎo)致鍋爐效率降低。

干排渣系統(tǒng)與水封式除渣裝置比較，現(xiàn)有的干式排渣機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和干式排渣系統(tǒng)的布置方案，會(huì)使鍋爐效率有所降低，一般情況下可能會(huì)降低0.5個(gè)百分點(diǎn)以上，即使對(duì)干式排渣機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩侣?，同時(shí)將干式排渣機(jī)兩側(cè)冷卻風(fēng)風(fēng)門關(guān)閉，仍會(huì)使鍋爐效率降低0.3個(gè)百分點(diǎn)左右。

為了保證在所有工況下干式排渣機(jī)的排渣溫度不至過高，以滿足后續(xù)設(shè)備的運(yùn)行要求，冷卻風(fēng)量是按最大渣量進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整的。而實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于鍋爐負(fù)荷的變化、煤質(zhì)變化、鍋爐是否吹掃等因素的影響，大部分時(shí)段鍋爐的排渣量會(huì)遠(yuǎn)少于最大渣量，現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行時(shí)運(yùn)行人員更多的是關(guān)注系統(tǒng)排渣是否超溫。盡管目前部分設(shè)備有一定的進(jìn)風(fēng)量調(diào)節(jié)手段，但由于干式排渣機(jī)本身漏風(fēng)非常嚴(yán)重，且調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的可調(diào)性差，不能做到有效調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，因此，鍋爐運(yùn)行的大部分時(shí)段，冷卻風(fēng)被加熱的溫度會(huì)遠(yuǎn)低于實(shí)測值，對(duì)鍋爐效率的影響會(huì)更嚴(yán)重。

20世紀(jì)80年代中期之前的電站鍋爐，普遍采用漏風(fēng)嚴(yán)重水力排渣槽，此后，普遍采用水封排渣槽和刮板撈渣機(jī)等水封式除渣裝置，解決了漏風(fēng)問題，提高了鍋爐效率。干式排渣系統(tǒng)體積龐大、運(yùn)轉(zhuǎn)部件多，從結(jié)構(gòu)和原理上解決不了漏風(fēng)問題。

因此，風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)會(huì)因降低鍋爐效率而產(chǎn)生額外的燃煤費(fèi)用。在此按鍋爐效率降低0.5個(gè)百分點(diǎn)來考慮，每年需多燃標(biāo)煤10 284 t。按煤價(jià)870 元/t計(jì)算，則該系統(tǒng)比刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)需多花費(fèi)燃煤費(fèi)用為895萬元/ a（2臺(tái)爐）。

（4）大、中修及日常維修費(fèi)。針對(duì)除灰渣系統(tǒng)的綜合維修費(fèi)率目前尚無可靠的參考數(shù)據(jù)，根據(jù)本項(xiàng)目除渣系統(tǒng)的特點(diǎn)和同類系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行維護(hù)情況，2種方案的大中修和日常維護(hù)費(fèi)用大體相同。

綜上所述，刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)燃煤和運(yùn)行費(fèi)用為38.1萬元/ a；風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)燃煤和運(yùn)行費(fèi)用為925.1萬元/ a。

2.2.3經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

財(cái)務(wù)基準(zhǔn)收益率按8%計(jì)算，所得稅率為25%，增值稅為17%，城鄉(xiāng)維護(hù)建設(shè)稅及教育費(fèi)附加為11%，項(xiàng)目壽命按20 a考慮。固定資產(chǎn)折舊采用直線法，按綜合折舊的方法進(jìn)行計(jì)算，設(shè)備部分折舊年限取15 a。根據(jù)前述數(shù)據(jù)，可得兩方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（2臺(tái)爐）如表6所示。

表6　兩方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的角度看，風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)年費(fèi)用較刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)多636萬元刮板撈渣機(jī)除渣系統(tǒng)明顯優(yōu)于風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)除渣系統(tǒng)。

3　除渣系統(tǒng)模塊的優(yōu)化選擇

刮板撈渣機(jī)系統(tǒng)使鍋爐底渣的?；?、冷卻、脫水、儲(chǔ)運(yùn)連續(xù)完成，整個(gè)系統(tǒng)簡潔、工藝流程順暢。撈渣機(jī)的溢流水通過由高效濃縮機(jī)、冷卻塔等組成的回收水系統(tǒng)，輸送到撈渣機(jī)重復(fù)使用，形成除渣系統(tǒng)用水閉式循環(huán)。投資少，年費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)上有一定的優(yōu)勢，且大容量機(jī)組運(yùn)行業(yè)績多、安全可靠、系統(tǒng)簡單、維護(hù)量小。

風(fēng)冷式鋼帶排渣機(jī)系統(tǒng)簡單、節(jié)水。但投資高、年費(fèi)用高，對(duì)鍋爐排渣量變化的適用性較差，系統(tǒng)可靠性有待運(yùn)行考驗(yàn)。最重要的是會(huì)使鍋爐效率降低。

4　結(jié)束語

綜上所述，并從提高發(fā)電竟價(jià)上網(wǎng)能力、降低生產(chǎn)成本、保障系統(tǒng)可靠性諸因素考慮，最終選擇刮板撈渣機(jī)除渣方案作為該工程的除渣系統(tǒng)方案。目前該項(xiàng)目的除渣系統(tǒng)已投運(yùn)近2 a，刮板撈渣機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期效果，并為除渣系統(tǒng)后續(xù)設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 范仁東. 從實(shí)測數(shù)據(jù)分析風(fēng)冷干排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐效率的影響［J］. 電力技術(shù)，2010，19 （7）：63-65.

［2］ 美國A—S—H公司工程標(biāo)準(zhǔn)［S］. 1987.

高琳婕（1982），女，江蘇南京人，工程師，從事火力發(fā)電廠除灰、運(yùn)煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

Selection of the Type of the Slag Handling System for 2×600 MW Units in a Power Plant

GAO Linjie
（Jiangsu Provincial Electric Power Design Institute ，Nanjing 211102，China）

Abstract：Based on the characteristics and external conditions of a 2×600 MW unit in a coal-fired thermal power plant， an effort were devoted to simplify the system， reduce project cost and reduce operation maintenance costs， under the premise of the reliable operation of the system. Two different slagging schemes， slag conveyor and air-cooled steel slag machine， were analyzed， and compared in the field of the technical， investment， operating costs and so on. Finally， slag conveyor cleaner program was used as the lagging scheme of this project.

Key words：thermal power plant； system optimization； boiler efficiency； energy saving； water saving

中圖分類號(hào)：TK223.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1009-0665（2016）03-0087-04

作者簡介：

收稿日期：2015 -11-30；修回日期：2016-02-17