干式排渣系統(tǒng)對鍋爐燃燒的影響及選型

徐剛

摘 要：該文主要分析了干式排渣系統(tǒng)對鍋爐運行的主要影響，并著重論述了干式排渣系統(tǒng)三大組成部分：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求和實現(xiàn)的技術(shù)方法，對工程項目中干渣機的選型會有一些參考價值。干式排渣與水力排渣系統(tǒng)相比有著系統(tǒng)維護簡單、節(jié)水環(huán)保、干渣活性好等優(yōu)點。此外，通過計算冷卻爐渣用的爐底進風量對鍋爐效率、爐膛出口煙溫等的影響，從理論上透徹地掌握了干式排渣冷卻系統(tǒng)對鍋爐安全運行所造成的影響，從而為該系統(tǒng)的經(jīng)濟有效運行提供有力的技術(shù)支持和理論指導。

關(guān)鍵詞：干渣系統(tǒng) 機械 電氣 控制

中圖分類號：TK227 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0117-02

1985年意大利MAGALDI公司發(fā)明并研制開發(fā)了MAC干式排渣系統(tǒng)，截至2014年，國外已有20多個國家多個燃煤電廠150多臺20～700 mW機組的鍋爐選用了MAC干式除渣系統(tǒng)，鍋爐正常排渣量一般不超過6.5 t/h、最大排渣量不超過25 t/h，每爐配1臺長度20～40 m的MAC風冷干式排渣機；僅希臘Magaiopolis電廠3號機組（300 mW）正常排渣量高達25 t/h、最大排渣量高達50 t/h。

因干式排渣系統(tǒng)具有節(jié)水、節(jié)電、維修費用低、能有效降低爐底灰渣含碳量等顯著優(yōu)點，符合現(xiàn)階段建設新型環(huán)保電廠的要求，以鋼帶輸渣機為主體設備的干式排渣系統(tǒng)逐漸被廣大用戶所接受而得以迅速推廣?，F(xiàn)全國采用干式排渣系統(tǒng)的火力發(fā)電廠數(shù)量已經(jīng)超過了百個，配套機組容量也從原來的200 mW發(fā)展到300 mW，600 mW超臨界、超超臨界，1000 mW超超臨界燃煤機組。隨著干式排渣系統(tǒng)的大量應用，其系統(tǒng)穩(wěn)定性也越來越得到各大設計院工程設計人員和電廠運行、檢修人員的重視。正是由于眾多優(yōu)點，干式排渣系統(tǒng)也受到各大電力投資公司的青睞，在項目招標的時候均要求采用此系統(tǒng)，特別是那些缺少淡水的區(qū)域，更加趨向于此種系統(tǒng)。

1 干式排渣系統(tǒng)對鍋爐運行的主要影響

干式排渣系統(tǒng)是對原有水力除渣系統(tǒng)的代替，不是新增的輔機設備，但對鍋爐的運行影響具有自己的特點。

1.1 系統(tǒng)進風對鍋爐運行效率的影響

系統(tǒng)進風分為冷卻進風和漏風。冷卻進風是包括從手動進風門和電動（或氣動）進風門進入封閉的鋼帶輸渣機的冷卻灰渣的正常進風。（如圖1）

漏風是包括設備連接部位（如：斗提機與碎渣機、鋼帶輸渣機和爐底排渣裝置，渣井和鍋爐水冷壁下聯(lián)箱）和設備本身（如鋼帶輸渣機各標準段連接處）的所有非正常進風。

根據(jù)多方單位測試研究表明，當鋼帶輸渣機內(nèi)灰渣的冷卻風量小于鍋爐總進風量的1%時，不會影響到鍋爐效率和爐膛火焰中心高度。系統(tǒng)進風為冷卻進風和漏風之合。為獲得最好的冷卻效果，應盡量加大冷卻風量，減少系統(tǒng)漏風，如非螺栓連接金屬接合面采用滿焊，螺栓連接接合面之間加石棉布和鉛油，觀察窗和檢修門加耐高溫橡膠等封閉措施。

1.2 系統(tǒng)停運對鍋爐負荷的影響

干式排渣系統(tǒng)在BMCR工況下設計停機時間是12 h（此為根據(jù)印尼龍灣315 mW機組上、由于燃燒煤質(zhì)較好、鍋爐底渣設計連續(xù)排渣量為1 t/h。而計算出的時間），在國內(nèi)大部分電廠，由于大部分燃燒低品質(zhì)煤種，則停機時間可能會縮短，這取決于渣量和渣井的容量。如果想要進一步延長干渣系統(tǒng)停機時間，可以通過降低負荷實現(xiàn)，經(jīng)過對300 mW機組試驗，在一臺磨煤機工作情況下，系統(tǒng)可停機9 h以上。因此在通常情況下，干式排渣系統(tǒng)對鍋爐的影響非常小。

2 干式排渣系統(tǒng)工藝設備的運行穩(wěn)定性

對鍋爐安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生潛在威脅的，還有干式排渣系統(tǒng)設備自身的穩(wěn)定性和安全性。其主要系統(tǒng)設備包括：渣井、爐底排渣裝置、鋼帶輸送機、碎渣機。

2.1 渣井設備（含水封或機械密封）

渣井設備的安全性主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)強度和密封兩方面。渣井設備不但要滿足BMCR工況下12 h的儲渣要求，還要保證落大焦情況下的耐沖擊要求。圖2為采用大型有限元軟件ANSYS進行格柵受60 m高2000 kg大焦塊沖擊時的狀態(tài)分析圖。

從圖2可以看到，格柵只是局部發(fā)生形變，并不會損害，有效地保護了下方的鋼帶輸送機設備。渣井的獨立支撐，加強筋都可有效提高結(jié)構(gòu)強度。

正對鍋爐側(cè)壁，渣井下部澆注的耐火澆注料也會經(jīng)常遭到焦塊的沖擊，因次耐火澆注料在保溫隔熱的同時還要具有一定的強度。

渣井與鍋爐水冷壁下聯(lián)箱的連接密封現(xiàn)在有兩種方式。一種是水封，一種是機械密封。兩種方式都可滿足爐膛X、Y、Z方向上的位移要求。機械密封一次性投資比水封大3倍左右，但省了運行時補水的費用，而且沒有鍋爐啟動時水封槽內(nèi)溢水的問題，只要施工時焊接仔細，安裝正確就不會存在漏風問題。

2.2爐底排渣裝置

爐底排渣裝置的安全性主要表現(xiàn)在擠壓頭的靈活開關(guān)上。在鋼帶輸送機及后續(xù)輸送系統(tǒng)發(fā)生故障時，該裝置的擠壓頭關(guān)閉，爐渣暫時存儲于渣井。安裝于防護隔柵上（格柵間隔200 mm）的擠壓頭打開或關(guān)閉狀態(tài)均為水平移動，垂直作用力由靜止的隔柵承受，關(guān)斷門不受力，即使油缸失靈也不會自動打開。隔柵、擠壓頭采用耐高溫、耐磨材料，熱變形小。擠壓頭采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，壓力可達5 t，保證關(guān)閉時不會被大渣，大焦卡住，并起到預破碎大焦的作用。

2.3 鋼帶輸渣機

鋼帶輸渣機是干式排渣系統(tǒng)的核心設備，其安全性主要表現(xiàn)輸送鋼帶和驅(qū)動裝置。只要鋼帶輸渣機不停，一般就不會影響鍋爐的正常運行。鋼帶的材質(zhì)一般都采用進口超低碳耐熱不銹鋼，鋼帶的寬度需根據(jù)鍋爐的排渣量來選擇，一般在800～1600 mm之間。鋼帶的結(jié)構(gòu)不同干式排渣系統(tǒng)廠家會有不同的結(jié)構(gòu)。經(jīng)多年的研究，如下的鋼帶結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的熱強性和抗蠕變性能，優(yōu)良的持久塑性和組織穩(wěn)定性，常溫和高溫下，安全系數(shù)范圍（3～6）。（如圖3）

驅(qū)動裝置分為鋼帶驅(qū)動和清掃鏈驅(qū)動兩部分。目前采用的驅(qū)動機構(gòu)大都采用進口品牌的產(chǎn)品，國產(chǎn)品牌在穩(wěn)定性和體積上均達不到相關(guān)的要求。如比較常見的鋼帶驅(qū)動采用的是意大利的布雷維尼的減速機，清掃鏈驅(qū)動采用的是德國的SEW，原配的ABB變頻電機，兩種產(chǎn)品都有10來年的干式排渣系統(tǒng)運行業(yè)績。與變頻電機配套的變頻器可選擇余地較大，如：西門子、施耐德、AB系列均可。

2.4 碎渣機

碎渣機的安全性主要表現(xiàn)在吃大渣和大焦的效果和使用壽命。碎渣機工作溫度按不低于350 ℃設計。因國內(nèi)鍋爐燃燒煤種復雜多樣，故有渣量大，易結(jié)焦的特點。這就要求碎渣機不但要有較大的出力，還要有較強的吃大焦、硬焦能力。根據(jù)近幾年對進口碎渣機使用情況反饋來看，進口碎渣機普遍不適應中國的爐渣情況，具體表現(xiàn)在碎渣機輥齒板易碎，碎渣機顎齒板易碎，軸承易磨損，主軸壽命短。相比較進口碎渣機，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，專門針對國內(nèi)市場干排渣市場研發(fā)生產(chǎn)的耐高溫碎渣機實際使用效果良好，對大渣，大焦的優(yōu)異處理能力得到了眾多電廠的肯定。其主要性能指標有：碎渣機輥齒及顎齒板工作壽命大于24000 h，主軸工作壽命大于80000 h，軸承工作壽命大于30000 h，殼體、支架等結(jié)構(gòu)件壽命不小于30年。（如圖4）

3 干式排渣系統(tǒng)電氣設備的運行穩(wěn)定性

3.1 設備供電等級

目前國家尚無干式排渣系統(tǒng)設計規(guī)范，參考水力除渣設備供電級別和以往工程實踐經(jīng)驗，根據(jù)設備使用重要性和負荷大小采用如下供電方式：鋼帶輸渣機、碎渣機、斗提機、渣倉卸渣設備等可從輔機MCC采用單路供電；液壓泵站控制箱因為控制爐底排渣裝置，對鍋爐運行影響較大，建議采用雙路供電，在泵站控制箱內(nèi)設電源自動切換裝置。

3.2 電氣元器件的選擇

干式排渣系統(tǒng)所用電氣元器件不多，而維修往往需要停系統(tǒng)才可進行，故電氣元器件盡可采用質(zhì)量、壽命可靠的產(chǎn)品。如：施耐德、ABB、穆勒、西門子等國際大廠產(chǎn)品。

3.3 就地控制箱的IP等級

干式排渣系統(tǒng)一般都配有就地控制箱，已滿足特殊工況下就地操作的需要。就地環(huán)境一般比較惡劣，尤其是南方地區(qū)鍋爐廠房一般不做封閉處理，爐底環(huán)境同室外環(huán)境，故控制箱防護等級一般不能低于IP54?？刂葡鋺紤]防雨，如果內(nèi)設變頻器還需考慮通風散熱。

3.4 電動機的IP等級

除液壓泵站電機工作環(huán)境較好，可考慮IP44防護等級外，其余電機大多工作于室外，環(huán)境較差，防護等級應按不低于IP54設計。

4 干式排渣系統(tǒng)控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性

4.1 系統(tǒng)硬件要求

干式排渣系統(tǒng)既可納入DCS控制系統(tǒng)集中監(jiān)視控制，也可設置單獨的PLC加操作員站監(jiān)視控制。因DCS系統(tǒng)本身具有很高的穩(wěn)定性，故在硬件方面可以保證系統(tǒng)可靠性，主要是考慮軟件編程應滿足干式排渣系統(tǒng)連鎖保護要求，并進行完整的連鎖保護試驗。在新建電廠中，由于DCS廠家對干式排渣系統(tǒng)重視程度不夠，經(jīng)常發(fā)生連鎖保護尚未完善，系統(tǒng)就開始運行的情況，給系統(tǒng)安全運行造成很大隱患。在采用PLC加操作員站控制方式時，對PLC的選擇提出了較高的要求。如可編程序控制器（PLC）應帶有雙機熱備中央處理單元（CPU），冗余的電源模件，冗余的通訊模件。目前國內(nèi)應用最多的是Modicon的QuantumUnity和AB的ControlLogix系列。在PLC機柜布置上，無論是CPU主站還是遠程I/O站，均布置在灰控樓控制室較為理想，現(xiàn)場條件很難滿足PLC模塊運行條件，非常容易由于積灰造成模塊損壞。

4.2 系統(tǒng)軟件要求

干式排渣系統(tǒng)由多個設備組成，設備之間的連鎖保護由控制系統(tǒng)完成，故控制系統(tǒng)編程的完整性和可靠性是干式排渣系統(tǒng)安全運行的必要保證。為保證程序可靠運行，除按干式排渣系統(tǒng)控制要求和控制邏輯圖正確編寫程序外，還應進行完整的連鎖保護調(diào)試，通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)設計中存在的漏洞，通過試運行來檢驗。

5 結(jié)語

干式排渣系統(tǒng)從引進到國產(chǎn)化已經(jīng)經(jīng)過了20來年的時間，設備也從開始的模仿發(fā)展到現(xiàn)在的自主創(chuàng)新，對國內(nèi)燃煤鍋爐的適應性越來越好，安全可靠性也越來越高。在工程項目的投標和干式排渣系統(tǒng)的招標過程中，本文可以用來做以參考。

參考文獻

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