干排渣對鍋爐熱效率影響與優(yōu)化

姜衍更，施昌富，李蜀生，馬軍常，傅吉收，張光榮

(1.青島達能環(huán)保設備股份有限公司，山東 青島 266300；2.國投宣城發(fā)電有限責任公司，安徽 宣城 240000)

干排渣對鍋爐熱效率影響與優(yōu)化

姜衍更1，施昌富2，李蜀生1，馬軍常2，傅吉收1，張光榮1

(1.青島達能環(huán)保設備股份有限公司，山東 青島 266300；2.國投宣城發(fā)電有限責任公司，安徽 宣城 240000)

按某630MW機組為例，從熱損角度定量對比了零溢流濕排渣和鱗斗干排渣系統(tǒng)對鍋爐熱效率的影響；干排渣實際排煙溫度升高2.5℃，鍋爐熱效率仍提高0.205%；底渣量在5～22t/h之間，對應排煙溫升不大于6～10℃時,可提高鍋爐熱效率。建議采用量化控風，不開啟輔風門或進行風門結構優(yōu)化形成穿透換熱。

干排渣；鍋爐熱效率；鱗斗干渣機；量化控風；穿透換熱

0 引言

燃煤鍋爐底渣系統(tǒng)目前主要有兩種：一是采用水冷卻的濕排渣系統(tǒng)，二是采用空氣冷卻的干排渣系統(tǒng)。根據(jù)全零溢流濕渣系統(tǒng)[1]知比較先進濕排渣，1t底渣約消耗0.6t水，普通零溢流系統(tǒng)約0.8～0.9t水，而水力除渣更是達到8t水。干渣系統(tǒng)以其節(jié)能、節(jié)水的優(yōu)點[2-3]得到迅速應用；據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2016年，意大利MAC[4]系統(tǒng)裝機161臺套；我國干渣系統(tǒng)[5]裝機容量超過790臺套，其中1000MW78臺，600MW級220臺，300MW級317臺。

大量干排渣系統(tǒng)應用中，也出現(xiàn)了許多問題。行業(yè)內許多專家學者對干渣系統(tǒng)的節(jié)能存在疑慮；有些專家基于干渣系統(tǒng)爐底是否進風的對比測定，得出干渣系統(tǒng)會降低鍋爐熱效率[6-7]。

本文從熱損角度對比濕和干渣系統(tǒng)，定量分析和實踐驗證兩種底渣系統(tǒng)對鍋爐熱效率的影響。

1 電廠工況

A電廠采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的630MW超臨界直流爐，型號為HG-1900/25.4-YM，型式為單爐膛、前后墻對沖燃燒、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣型鍋爐。電廠原采用零溢流撈渣機系統(tǒng)，2015年末改造為鱗斗干排渣系統(tǒng)。煤質分析見表1。

表1 煤質資料及灰成分表

項 目設計煤種校核煤種1校核煤種2Sar/%0.490.600.90Mt/%6.97.8012.00Aar/%24.7730.8835.74Qnet.ar/MJ·kg-121.919.6218.195爐底渣/t·h-113.117.822.2(B-MCR)/t·h-1253283306

2 濕排渣系統(tǒng)水耗

根據(jù)經(jīng)驗公式Q=AE得A電廠爐內蒸發(fā)水為2274.9kg/h。計算濕排渣系統(tǒng)殼體對流傳熱系數(shù)如表2，得爐底輻射熱消耗水量為2468.9kg/h。所以經(jīng)驗公式只考慮了爐底熱輻射熱蒸發(fā)水量，并未考慮底渣熱量引起的水蒸發(fā)量。

表2 濕排渣殼體傳熱系數(shù)計算

項 目符號意義數(shù)值雷諾數(shù)Re=uL/ν196794.93努塞爾數(shù)Nu=0.664Re1/2Pr1/3261.91受迫對流傳熱系數(shù)/W·(m2K)-1h1=Nu×λ/L6.18殼體表面溫度/℃Ts25加速度/m2·s-1α2.14×10-5容積熱膨脹系數(shù)/1·k-1β3.41×10-3特征長度/mL1.10瑞利數(shù)Ra=g×(β△T)L3/ν/α 1.26×109自然努塞爾數(shù)Nu=0.15Ra1/3162.13自然對流傳熱系數(shù)/W·(m2K)-1h2=Nu×λ/L3.82殼體總傳熱系數(shù)/W·(m2K)-1h熱7/2=h17/2+h27/26.49

Q渣=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5。式中Q渣是底渣熱量，Q1爐內蒸發(fā)水熱量、Q2爐外蒸發(fā)水熱、Q3冷卻后灰渣余熱和帶走水熱、Q4殼體散熱、Q4補加水吸收熱。保守取進入爐膛水蒸汽溫度500℃，撈渣機平均平衡溫度為60℃，計算得出Q1。如表3：

表3 撈渣機爐外蒸發(fā)水量計算

項 目符號意義數(shù)值定性溫度/℃tm37.9二元擴散系數(shù)/m2·s-1DAB2.9×10-5水箱雷諾數(shù)Re=uL/ν423837.21舍伍德數(shù)Sh=0.664Re1/2SC1/3363.03強迫傳質系數(shù)/m·s-1h3=Sh×DAB/L0.0039特征長度/mL=A/P1.18格拉曉夫數(shù)Gr=g(β△T)L3/ν27733366744瑞利數(shù)Ra=Gr×SC4580241798舍伍德數(shù)Sh=0.15Ra1/3249.11傳質系數(shù)/m·s-1h4=Sh×DAB/L0.0061總傳質速率/kg·h-1h質7/2=h37/2+h47/20.0065自然蒸發(fā)速率/kg·h-1n=h質A(ρs-ρ∞)295.82

3 鍋爐熱效率對比

根據(jù)西安熱工院對A電廠干排渣系統(tǒng)測試結果，從爐底熱損方面對比濕和干排渣對鍋爐熱效率影響，計算如表4。

表4 濕和干排渣對鍋爐效率影響對比

項 目濕渣數(shù)值干渣數(shù)值煙氣總量/t·h-11695.71712.9燃煤總發(fā)熱量/MJ·h-142157504215750底渣總量/t·h-11010排渣溫度/℃60100底渣余熱/MJ·h-177207400爐外蒸發(fā)水量/kg·h-1295.82無爐底輻射蒸發(fā)水量/kg·h-12468.88無冷卻介蒸汽/空氣量/kg·h-12121.9417186.1排煙溫度/℃112.9115.4煙道冷卻介質熱焓/kJ·kg-12696121濕/干排渣損失熱/MJ·h-1-1243.6-810殼體散熱/MJ·h-1-556.18-602.56爐外水蒸汽損失熱/MJ·h-1-751.98無爐內水蒸汽/煙氣損失熱/MJ·h-1-12069.3-4573.4熱量總損失/MJ·h-1-14621.1-5986鍋爐效率對比/%基準0.205

干排渣系統(tǒng)排煙溫度升高2.5℃，鍋爐熱效率仍比濕排渣高0.205%。主要原因是濕排渣用水冷卻，煙氣中水蒸汽遠未飽和，氣化潛熱耗費大量熱量，底渣和爐底輻射熱基本損失，滿負荷熱效率降低0.366%。而干渣能回收大部分爐底熱量，綜合排煙損失仍能提高鍋爐熱效率。設排渣量同鍋爐負荷成比例，按設計煤種在240/480/630MW負荷和兩種校核煤種滿負荷出力，計算排煙溫升0～10℃，與同等條件的濕排渣鍋爐熱效率對比得出隨排煙溫度的升高，鍋爐熱效率呈線性降低，但不同工況降低斜率不同；額定出力17.8t/h時，當排煙溫度升高至7℃ 時，干與濕排渣效率相當；出力在5～22t/h變化，對應排煙溫升6～10℃之內，干排渣提高鍋爐熱效率；當排煙溫度進一步升高時，降低鍋爐熱效率。相同負荷，渣量越大，干排渣對鍋爐熱效率正影響越大；當渣量隨負荷線性變化時，渣量越小相對效率越高。若大幅提高鍋爐熱效率需要降低排煙溫度，即應對風量和風溫進行控制。

4 量化控風研究及輔風門影響分析

根據(jù)行業(yè)規(guī)范要求干排渣系統(tǒng)進入爐膛的風量不宜超過鍋爐燃燒空氣量的1%。風量與風門截面積和風速有關。傳統(tǒng)干排渣冷卻風依靠風門開度控制風量，只是控制風道面積；而爐底負壓會隨時變化，即風速會隨時變化。所以這種控風技術存在很大問題。

B廠630MW機組2014年由撈渣機改造為鱗斗干渣機系統(tǒng)，主風門大小為0.6×0.3m。2014年測試風門開度為99%,風量為19113m3/h；同一機組2015年風門開度100%，風量為7 214.6m3/h。風門開度基本相同時，風量相差2.6倍。即主風門為1.2×0.3m的傳統(tǒng)干排渣，僅主風門風量就會達到2%總風量；所以依靠風門開度控風精度很低，無法保證進入爐底的風量受控。

量化控風最簡單有效的方法是在主風道中設置流量計，依靠流量計控制風門開度。

傳統(tǒng)干渣機除了頭頂部的主風門外，在殼體兩側設置一定數(shù)量的輔風門，風門寬度約0.07～0.1m；其目的是提高冷卻效率，因為表面強迫對流換熱系數(shù)約10w/(m2K)，穿透換熱系數(shù)為150～300w/(m2K)。但殼體的輔風門能否形成穿透換熱需要進行實踐檢驗。

A廠實際負荷490MW，主風門保持開度100%，水平段兩側各打開輔風門10個，共計20個；渣斗測溫點位于各口底部，非進入爐膛風溫，干渣機出口溫度為排渣溫度。試驗記錄如表5。

表5 輔風門對鍋爐效率影響

時間1號渣斗/℃2號渣斗/℃3號渣斗/℃排渣溫/℃主風量/m3·h-110∶32189.264293.52234.0295.7576437.910∶58189.204290.35231.02121.735203.911∶31189.284288.26230.6497.9695207.5

由上述試驗得輔風門開啟能減少主風門風量，增加總進風量；且降低進入爐膛風溫，對鍋爐熱效率的提高產(chǎn)生負影響。

傳統(tǒng)結構輔風門設置在殼體兩側，尺寸較小，冷卻風進入干渣機內部后迅速擴散，而輸送帶阻力較大，基本不形成穿透換熱；而是沿著殼體向上，從輸送帶與導流板之間的縫隙進入渣斗。因為很難形成穿透換熱，而換熱面積又小于頭部的冷卻風，所以目前結構輔風門是負面的，建議正常運行不要開啟或進行優(yōu)化升級；例如將風門擴展內部風管，讓風管深入殼體內部，使冷卻風進入輸送帶底部，從而形成穿透換熱。

5 結論

A電廠由零溢流濕排渣改造為鱗斗干排渣后，排煙溫度升高2.5℃，鍋爐熱效率比原濕排渣提高0.205%；隨著排煙溫度的升高，鍋爐熱效率呈線性降低；當?shù)自?～22t/h變化，對應排煙溫升不大于6～10℃時，干排渣提高鍋爐熱效率；當排煙溫度進一步升高時，干排渣降低鍋爐熱效率；相同負荷，渣量越大，干排渣對鍋爐熱效率正影響越大；當渣量隨負荷線性變化時，渣量越小相對效率越高；傳統(tǒng)依靠風門開度無法控制風量；建議采用流量計等實現(xiàn)量化控風，提高鍋爐熱效率；傳統(tǒng)輔風門會增加進風量，對鍋爐熱效率提高產(chǎn)生負影響；建議正常運行不要開啟或進行優(yōu)化升級，使冷卻風進入輸送帶底部，形成穿透換熱。

[1]王 彬,姜衍更,張光榮.全零溢流水濕排渣系統(tǒng)設計與分析[J].熱力發(fā)電,2013(9):136-138.

[2]Vincenzo Cianci, Daniele Coppola, Werner Sunk. Dry ash collection at coal fired power and potential for wtwteacilities[R].15th North American Waste to Energy Conference, 2007.

[3]曹旭東.電站鍋爐干式排渣系統(tǒng)的選型設計及其對鍋爐熱效率的影響[D]. 北京:華北電力大學,2002.

[4]馬加爾迪能源股份公司.用于提取重灰分,將其轉換輕灰分并減少未燒盡物質的整合系統(tǒng)[P].N200580027160.4 ,2005-07-08.

[5]蔣學典,張小平,黃彩云.我國鍋爐除渣設備發(fā)展概況[J].中國電力環(huán)保. 2012,(6):41-48.

[6]李啟全,蘭曉立,牛林興.濕法煙氣脫硫廢水系統(tǒng)設計優(yōu)化[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(1):38-40.

[7]韓立鵬.火電廠干法脫硫灰再利用的研究[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(5):38-39.

Research on boiler thermal efficiency of dry bottom ash system

For one 630MW unit, by quantitative comparision the heat loss of the zero overflow wet & Dunocon dry system, the effects of two different systems on boiler thermal efficiency were obtained. The results showed that: for Dunocon dry bottom ash system, the boiler thermal efficiency was still increased by 0.205% when flue gas temperature was increased by 2.5℃; when the system output was between 5～22t/h, the flue gas temperature was accordingly increased by 6～10℃ below, then the boiler thermal efficiency could be improved. So quantitative control airflow was recommended, the auxiliary air valves should be closed or its structure was optimized for through heat transfer.

dry bottom ash handling system; boiler thermal efficiency; dunocon; digital control air; through heat transfer

TK11+2

B

1674-8069(2017)03-045-03

2016-09-09；

2017-02-16

姜衍更(1964-)，男，山東青島膠州人，高級工程師，鍋爐除灰和煙氣環(huán)保專業(yè)。E-mail:13589382551 zgr@daneng.cc