干式排渣設備的優化設計與應用

【摘 要】干式排渣系統簡單可靠、維護方便，在我國廣泛應用，為電力企業在節能、環保等方面取得了良好的經濟和社會效益。干式排渣系統在工程應用中，因工況變化、煤質參差不齊會發生細灰堆積、出力下降等問題。根據多年工程設計和應用，對設備進行優化設計，通過對比多種輸送方案，挑選出的最經濟、適用輸送方式。經實際工程應用，優化的系統完全滿足國內超大渣量機組和大角度的鋼帶輸渣機的實際需要。

【關鍵詞】干式排渣設備；輸渣機；灰渣獨立輸送；優化設計

0 引 言

干式排渣系統因節能、環保、廢渣循環利用率高、操作維護方便等優勢被國內外電廠廣泛應用。因各電廠工況變化和燃煤偏離設計煤種較大、煤質差在鍋爐運行中出現結焦嚴重，灰渣量大等原因，在系統運行中發生細灰堆積，輸送不暢，設備出力下降等問題。經實踐檢驗，在輸送渣量相同條件下，輸渣機爬升角度較小（<32°）時，灰渣輸送出力效果比較理想，而在爬升角度較大（>32°）時，細灰容易在輸渣機底部堆積，輸送不暢。本文根據工程實際需要，優化設計了大角度布置的輸渣機系統。

1 干式排渣設備的工作原理與結構

輸渣機是干式排渣系統的關鍵設備，是冷卻和輸送高溫爐渣的系統核心設備。高溫爐渣從爐膛經渣井、爐底破碎關斷裝置下落落到輸渣機鋼帶上，輸渣機在緩慢輸送爐渣的同時利用爐膛負壓吸入的冷空氣對爐渣進行冷卻。

輸渣機是由電動機提供動力，利用驅動滾筒與鋼網帶間的摩擦力傳動使輸送鋼帶低速運轉將高溫爐渣從尾部輸送到頭部的機械輸送設備?？刂撇糠植捎米冾l調速系統，依靠改變電動機的轉速來調整鋼帶的運轉速度，調整輸送能力，適應鍋爐排渣量的變化。在輸渣機尾部設置有張緊機構，通過液壓系統給輸送鋼帶提供一個恒定的張力，使網帶與驅動滾筒有足夠的接觸力，防止鋼帶與滾筒打滑，并能自動適應因溫度變化引起的輸送帶長度的改變。

系統運行時，高溫灰渣下落到低速運轉的輸渣機上，灰渣被輸送的同時，與鍋爐負壓吸入的冷空氣進行逆向流動，進行熱交換。輸渣機頭部設置有自動控制的風門，當檢測到渣溫較高時，通過開大風門，增加進風量來改善冷卻效果。干式排渣設備如圖1所示：

圖1 干式排渣設備圖

輸渣機按照組成可以將其分為尾部張緊段、標準段、過渡段、頭部動力段。在尾部張緊段和頭部動力段設置有張緊滾筒和驅動滾筒，是整個動力系統核心部件，在每段箱體上設置有托輥、托輪、限位輪等。

輸渣機設置有上下兩層輸送系統，上層鋼帶層是輸送較大顆粒灰渣的鋼帶輸送系統，下層清掃鏈層是輸送細小灰粒的清掃鏈刮板輸送系統，用于清掃和輸送落到箱體底部的細灰，均采用變頻電動機驅動低速運轉。

2 輸渣機的選型原則

輸渣機的選型和性能指標一般遵循如下原則：

1）輸渣機的輸送能力要分別滿足鍋爐正常渣量、最大渣量、卸載渣量的要求。輸送能力一般分：正常出力值、最大出力值、卸載出力值。

正常出力值取設計煤種或校核煤種在鍋爐最大出力工況下最大渣量；最大出力值，取正常出力值的2倍；卸載出力值，取儲渣斗卸載工況或吹灰工況排渣量。

2）輸渣機的鋼帶寬度、長度尺寸，以及行走速度等性能參數要滿足最大排渣量工況的爐渣冷卻要求。高度和角度等根據鍋爐和渣倉位置綜合布置確定輸渣機最終尺寸。

3）冷卻風量要能實現自動調節，以不改變鍋爐火焰中心高度、不降低鍋爐效率為標準來控制入爐的風量。

4）輸渣機的核心技術是輸送鋼帶，要求有100%的可靠性。其材料的熱強性和抗蠕變性能要優良；材料副間材質匹配適當、耐磨損性能好；有優良的持久塑性和組織穩定性；在高溫、高塵負載環境下保證安全、可靠、持久運行。

3 輸渣機運行現狀

輸渣機是利用爐膛負壓從鋼帶機頭部吸入外界大氣，與熱爐渣進行逆向流動換熱，將灰渣充分冷卻和輸送的設備。由于電廠燃煤偏離設計煤種，燃燒工況不穩，鍋爐結焦頻發，短時灰渣量暴增，使干渣輸送系統出力不足。在系統漏風增大時，冷卻空氣與灰渣逆向流動會帶動細灰顆粒大量紊流，被吹至輸渣機的爬升段位置，長期積累，影響系統安全運行。如果輸渣機角度超過32°，細灰的回流程度加劇，輸送的細灰量小于鍋爐產生細灰量，造成細灰在輸渣機過渡段底部大量堆積，導致鏈條磨損、脫鏈、斷鏈、甚至上下鏈條攪在一起的現象頻繁發生。細灰堆積還壓迫著清掃鏈刮板，使刮板負荷增大導致彎曲變形，嚴重時甚至損壞清掃鏈驅動系統。因此，有效解決細灰輸送問題，是干排渣系統面臨的突出問題。

4 輸渣機優化設計與研究

4.1 優化設計方案比選

經多方調研和現場走訪，發現常規的干排渣設備受設備角度和鍋爐負壓作用，均存在底部細灰堆積問題，如果設備密封不好，堆積更嚴重。有個別電廠采取將將輸渣機箱體底部的觀察窗全部打開，靠鍋爐負壓將細灰吸進爐膛，但在爬升段依然會因鍋爐負壓將風反吹至箱體底部，且進入爐膛漏風系數大增，極大影響鍋爐效率，增加燃煤量和排渣量，干排渣機的負荷反而增加。

經反復探討、多次攻關，選擇將輸渣機從爬升段將鋼帶箱體和清掃鏈箱體分開設計，分別加底板和蓋板密封。這樣，鋼帶上爐渣和底板細灰可以分別從單獨的箱體輸送。結合現有的輸送系統，研究了三種方案并一一加以討論和分析：

1）方案一：氣力輸送細灰至渣倉

清掃鏈箱體從爬升段起始點后小長度分出后，爬升到一定高度安裝驅動系統在清掃鏈箱體底部設計一個灰罐（約1m3）?；夜薜撞拷託饬斔凸艿?，存貯的細灰通過氣力輸送管道輸送到渣倉倉頂。原理圖如圖2所示。

優點：在過渡段爬升處裝灰罐，細灰直接進灰罐，徹底避免了底部積灰。清掃鏈長度變短，節約清掃鏈系統的成本。

缺點：需要在灰罐位置向下挖坑放置灰罐及給料設備。同時增加了氣力輸送系統設備及管路，而且氣力輸送系統設備及管路存在檢修維護工作量。

圖2 氣力輸送細灰至渣倉

2）方案二：機械輸送至裝車系統

清掃鏈箱體從爬升段開始，以小的角度（≤20°）分離出來。清掃鏈系統輸送的細灰經螺旋輸送機后用小灰斗收集起來直接輸送至裝車系統。原理圖如圖3所示。

優點：在過渡段爬升段將清掃鏈分離出來，清掃部分角度小，爬升段短，細灰不易在箱體底部積灰。

缺點：增加了一臺螺旋輸送機，設備成本增加。同時，增加了故障點及檢修維護量。

圖3 機械輸送至裝車系統

3）方案三：清掃鏈直接輸送細灰至裝車系統

清掃鏈箱體從爬升段開始，以小的角度（≤20°）分離出來。清掃鏈系統直接輸送細灰到頭部后用小灰斗收集起來直接輸送至裝車系統。原理圖如圖4所示。

優點：在過渡段爬升段將清掃鏈分離出來，清掃部分角度小，細灰不易在箱體底部積灰。沒有增加其他附加設備，輸送系統簡單，經濟合理。

另外，清掃鏈的長度相對優化設計前的長度（與鋼帶同樣長度），因清掃鏈的爬升角度降低及清掃鏈輸送出口位置的調整，優化后的輸送底板細灰的清掃鏈系統的清掃鏈長度減少，減少的數量視清掃鏈系統的角度及輸送出口位置確定。

圖4 清掃鏈直接輸送細灰至裝車系統

4）方案評審結論

綜合對比以上三種輸送細灰方案中，各有優缺點，但從輸送效果、設備成本、干渣系統運行維護工作量幾個方面綜合考慮，最優化的輸送方案為方案三清掃鏈直接輸送細灰至裝車系統的方案。

4.2 箱體優化設計

底板細灰通過清掃鏈直接輸送至裝車系統采取將輸渣機細灰和大渣分箱體的輸送方式，即從爬升段起點將鋼帶、清掃鏈箱體分開，如圖4所示。輸渣機的上層輸送大渣系統直接進渣倉，下部輸送細灰的刮板輸灰系統進入小灰斗。優化設計后，由于輸灰系統相對封閉嚴密，獨立輸送，輸灰順暢，有效避免了以往系統過渡段積灰引起的卡鏈、斷鏈，鏈條攪在一起的現象。而且灰渣分開輸送后，可以使輸灰系統傾角小，可以降至20°以下，完全保證了系統的輸送能力。但是過渡段分離時接口連接和密封問題要嚴密設計，保相關系統平穩過渡。

該設計的優點是，輸灰系統獨立，封閉嚴密，而且底板細灰的輸送角度較小，有效解決輸送底板細灰的問題。另外，將清掃鏈系統從鋼帶輸渣機爬升段引出后，延長至渣倉底部，直接進入裝車系統。清掃鏈長度比常規系統縮短。

5 工業應用情況

該項目研發的干式排渣系統的示范工程——華能黃臺電廠“上大壓小”熱電聯產2*350MW工程干式排渣系統，于2010年8月開工安裝，到2010年12月及2011年1月兩臺爐先后通過了168小時試運。順利移交用戶投入商業運行。穩定運行至今，運行維護費用較低，干渣綜合利用好，業主反映很好。

隨后，又在山東淄博項目、安徽華塑項目、華能大連等項目中運用了分體式箱體的輸渣機。通過調研目前在運行的所有項目，設備運行穩定、可靠，未發生底部積灰現象。

6 結語

本優化設計，從輸渣機爬升段開始，鋼帶輸渣與清掃鏈底板細灰的單獨箱體分別輸送，徹底解決底部細灰堆積問題，滿足連續接受和送出高溫灰渣，極大的提高了設備的可靠性和輸送力。特別是采用優化設計后的設備完全可以滿足大角度輸渣機和燃燒劣質煤的電廠安全穩定運行，有效實現了超大渣量和大角度輸渣機的輸送，保證干渣系統關鍵設備安全可靠運行。

通過樣機試制工作，掌握了設備制造技術，全面提高干式排渣系統設計與制造技術，為成果的推廣奠定了基礎。

通過工業應用，驗證了理論分析結論，對干排渣設備的優化研究設計，有效解決了現場運行存在的問題。應用優化設計的干式排渣系統，運行穩定可靠，給運行維護帶來許多方便，延長設備部件的使用壽命，減少設備運行維護費用，降低了售后維護的成本及管理成本。

該研究成果為國內首創，已達到國際領先水平，促進了行業的進步，可以在在干式排渣系統中大力推廣應用。

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[責任編輯：劉帥]