爐底渣處理系統技改分析

李蜀生，王希平，王向偉，張光榮，朱有明，王 杏

(1.青島達能環保設備股份有限公司，青島 266300；2.國家電投集團貴州金元綏陽產業有限公司，遵義 563000)

0 引 言

爐底渣是我國主要大宗工業固體廢物之一， 2018年，重點發表調查工業企業的爐渣產生量為3.1億噸，約等于我國200個大、中城市生活垃圾總量的1.48倍。鍋爐排出的爐底渣溫度在800～900 ℃，具有豐富的余熱資源；粉煤灰滲濾液含有多種重金屬，對地下水和土壤具有很大污染性；所以爐底渣的環保節能處理系統具有重要經濟和社會效益[1]。

鍋爐爐底渣處理系統是指對爐底排出的爐渣進行收集、冷卻、輸送、存儲等的綜合處理系統，主要應用在燃煤、生物質和垃圾等固體燃料鍋爐。目前市場上廣泛應用的煤粉爐爐底渣處理系統技術詳見表1[2]。

表1 爐底渣處理系統技術分類

1 技改方案

1.1 系統性能分析

各種爐底渣處理系統的主要性能指標對比見表2。

表1 爐渣處理系統性能對比[1]

1.2 技改方案

據不完全統計，目前行業內爐渣處理系統技改方案實施的工程總結見表3。

表3 爐渣處理系統技改方案

2 水力改撈渣機

2.1 技改目標

減少系統用水、減少污水排放，簡化系統、減少維護費用，實現節能環保目的。

2.2 典型工程

寧夏某發電有限責任公司采用北京巴布科克、威爾科克斯有限責任公司生產的亞臨界、中間再熱、單汽包自然循環煤粉爐，最大連續蒸發量1 025 t/h。

鍋爐爐底原采用排渣門加碎渣機的水力排渣方式，爐底渣經碎渣機粉碎后經過渣溝激流噴嘴輸送至渣池，經抓渣機抓至脫水倉脫水后用拉渣車運走。

2012年間技術升級改造為撈渣機一級進倉系統，撈渣機長50 m，仰角28°，渣倉有效容積108 m3，渣倉下留有運渣汽車通道，汽車在渣倉下裝渣外運。

2.3 案例分析

(1)經濟效益。水力排渣改為撈渣機后，節省大量水、系統電耗降低、系統簡化檢修維護費用降低，年均節約100～200萬元，投資回報周期約3～4年。

(2)社會效益。減少了80%的水耗，污水循環利用，無污水排放，效益大。

(3)系統不足。技改在2012年完成，技術不夠先進：①未采用零溢流技術,系統復雜[3]，渣倉的脫水、撈渣機的冷卻水及渣井的密封水經管道及溢水堰溢出后，沿原有渣溝進入二期灰漿池，經1臺灰漿泵輸送至#3濃縮池，濃縮后的水進入二期回水池，經二期1臺沖灰泵升壓后沿電除至爐側的沖灰水管道，然后接入渣井密封水母管作為撈渣機的冷卻水及渣井密封水；②圓環鏈傳動存在無法解決的跳鏈、夾鏈、甚至斷鏈等不穩定問題。

2.4 市場應用

經統計，類似工程還有盤山電廠[4]、嘉峪關自備電廠等；是水力排渣的一種技改方案。

3 水力改干渣機

3.1 技改目標

減少系統水耗、避免污水排放，回收爐底余熱，爐渣綜合利用，簡化系統、減少維護費用，實現節能環保目的。

3.2 典型工程

菲律賓DMCI集團卡拉卡電廠1#300 MW機組采用日本三菱重工制造的鍋爐，最大連續蒸發量1 047 t/h，過熱蒸汽溫度541 ℃，配套水力排渣系統。電廠臨近海港，直接采用海水進行爐渣處理，水對爐渣處理系統和鍋爐爐底腐蝕嚴重，如圖1所示。

DMCI集團專家經過到我國考察先進的干排渣技術，在2012年將系統升級改造為干排渣。

3.3 技改難點與方案

鍋爐排渣口中心線兩端正對鍋爐立柱，鍋爐立柱兩側均設有斜撐，常規設計干渣機無法出鍋爐房。

基于干渣機的渣井可以偏心設計，本工程干渣機偏心鍋爐排渣口3 m后避開鋼架支撐，如圖2所示。

3.4 案例分析

(1)經濟效益。水力排渣改為網帶干渣機后，節省大量水、系統電耗降低、回收爐底余熱，總計年均節約300～400萬元，投資回報周期約2～3年。

(2)社會效益。減少了97%的水耗，無污水排放，爐渣可綜合利用，效益巨大。

(3)系統不足。本技術改造在2012年完成，技術不夠先進。在2015年電廠燃用非洗煤后，排渣量增大，干渣機出現打滑和不銹鋼輸送帶高溫拉長的現象；2016年電廠將網帶干渣機升級為鱗斗干渣機，系統其它設備不變，至今安全可靠運行。

3.5 市場應用

經不完全統計，類似的技改有九江電廠、溫州電廠、北侖電廠、威海電廠等；我國80%水力排渣改為干排渣，是主要技改方向。

4 撈渣機改干渣機

4.1 技改目標

減少系統用水、避免污水排放，回收爐底余熱，爐渣綜合利用，簡化系統、減少維護費用，實現節能環保目的。

4.2 典型工程

常州某電廠630 MW機組鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進英國三井巴布科克能源公司(Mitsui Babcock Energy Limited)技術生產的超臨界、變壓運行燃煤直流鍋爐，采用П型布置，螺旋水冷壁、單爐膛、低NOx軸向旋流燃燒器(LNASB)前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構。

電廠原采用撈渣機加斗提機進渣倉，渣倉析水重復利用的濕式機械除渣系統。因為電廠自我節能環保超前意識和嚴苛要求，在2014年對爐底渣系統進行升級改造為鱗斗干渣機一級進倉，同時對濕渣斗、水封升級為干渣斗和機械密封，渣倉設置干濕雙卸料設備。

4.3 技改難點與方案

設計煤種軟化溫度ST為1 150 ℃，低位發熱量Qnet,ar為23.5 MJ/kg，灰分Aar 為20%；燃煤渣量大，易結焦。經電廠專家團隊理論分析和考察，選用鱗斗干渣機。

改造工期短，整個拆裝只有45天，地理位置臨近長江。針對現狀，工程采用運籌學管理方法，渣倉基礎提前開挖、澆注保養，鍋爐房內部基礎利舊，按期順利完工。

4.4 案例分析

(1)經濟效益。撈渣機改為鱗斗干渣機后，節省大量水、系統電耗降低、回收爐底余熱，總計年節約200～300萬元，投資回報周期約2～3年。

(2)社會效益。與水力排渣技改相比，節水量減少，但節水率仍然達75%，無污水排放，爐渣可綜合利用，效益重大。

(3)系統優勢。本技術改造采用先進的鱗斗干渣機，除傳統干渣優勢外，穿透換熱入爐風溫高，風量量化控制，提高爐效，對超低排放影響甚小。

4.5 市場應用

類似的工程有宣城電廠、常熟電廠、菲律賓DMCI卡拉卡2#、菲律賓馬利萬斯等；是撈渣機主要技改方向之一。

5 圓環鏈改模鍛鏈撈渣機

5.1 技改目標

提高運行穩定性，減少維護費用；提高安全性，零溢流，實現環保目的。

5.2 典型工程

菏澤某電廠300 MW機組采用圓環鏈撈渣機，鏈條采用進口高耐磨產品，設備連續運行3個月就要對雙邊鏈條截取2～4環鏈節；鏈條磨損后在轉動中頻繁發生夾鏈和跳鏈現象，個別鏈環還發生斷裂[5]。

2019年初，機組完成了模鍛鏈升級改造，配套刮板連接器、輪系做了升級；如圖3所示。

石河子某電廠采用搖臂式關斷門，曾發生過大渣水爆；為解決安全問題，同時實現零溢流，2018技術升級為水平對擠式破碎關斷門[3]。

5.3 技改難點與方案

模鍛鏈與圓環鏈相同規格尺寸不同，設備長期運行后殼體等發生變形，影響設備安裝質量。采用對關聯部件進行整體更換的解決方案。

搖臂式關斷門改為對擠式關斷門，投資成本稍高，主要解決安全問題；適合結焦性嚴重機組。

5.4 案例分析

(1)經濟效益。圓環鏈改為模鍛鏈撈渣機穩定性提高、壽命延長、檢修維護量降低，平均年節約10～20萬元，宜在更換鏈條時進行，投資即產生效益。

(2)社會效益。減少對國外進口部件依賴，實現國產化；提高系統安全性，社會效益重大。

5.5 市場應用

經不完全統計，類似的工程有辛店電廠、臨淄熱電、烏海電廠、柬埔寨西哈努克電廠等；是撈渣機主要技改方向之一。

6 干渣機改鱗斗干渣機

6.1 技改目標

提高運行穩定性，減少維護費用，提高鍋爐效率，實現節能目的。

6.2 典型工程

6.2.1 出力增容

哈密某電廠350 MW機組采用哈爾濱鍋爐廠亞臨界參數汽包爐，自然循環，單爐膛，一次中間再熱，固態排渣，全鋼架結構緊身封閉布置。#1爐于2011年9月投運，#2爐于2011年11月投運。

原采用鋼帶(網帶)干渣機，一級進倉布置，如圖4所示，設計出力9～34 t/h，輸送長度為53 m，抬頭角度35°，輸送帶有效寬度1.4 m，驅動功率22 kW，清掃鏈為φ18×64雙圓環鏈，驅動功率為5.5 kW；關斷門配置2×5.5 kW電機，油缸缸徑φ80 mm；渣倉直徑8 m，有效容積180 m3。

2012年02月更換煤種，設計和校核煤種灰分分別增加了46.4%、80.7%和35.4%，軟化溫度降為1 270 ℃，硅鋁比由2.02增至2.4，說明煤質變化后不但渣量增大，且更容易結焦；導致干渣機打滑嚴重。底氮燃燒改造后排渣含碳量升高、渣量增大，爐渣在輸送帶上繼續燃燒，使得不銹鋼帶拉長嚴重、漏渣嚴重，也帶來跑偏等問題[6]。

2013年，電廠技術領導大膽嘗試采用鱗斗干渣機，如圖5所示，設備連續可靠運行，2020年輸送帶首次更換，壽命高達7年。

6.2.2 爐效提升

近年來大量干排渣系統應用中，也出現了一些問題；爭議最大的就是余熱回收提高爐效，有些工程測定結果顯示干渣系統會降低鍋爐熱效率。

經研究發現，多數工程能提高熱效率；降低鍋爐效率的主要是干渣機換熱技術和自身產品質量問題[6]；尤其是產品質量問題，導致系統無法正常運行，由于長期人工排渣和維修打開許多檢修門，大量不受控冷風進入爐膛。甚至出現鋼帶干渣機又改造回撈渣機的案例。

所以在招標時，完善的標準才能比價格，定制化產品應先保證性能才能談價格；經濟浪費不是購買優質產品付出的成本，而是未能購買優質產品而付出的代價。

6.3 技改難點與方案

鱗斗干渣機為新研發產品，電廠部分專家存在疑慮，尤其對鱗斗干渣機輸送帶采用耐熱鋼，材料耐熱性比不銹鋼稍低。

干渣機為換熱器，耐熱鋼具有更高的換熱系數，兩種干渣機輸送帶結構不同，見表4。經7年實踐驗證鱗斗干渣機的性能遠優于傳統干渣機。

表4 兩種輸送帶結構對比

6.4 案例分析

(1)經濟效益。傳統干渣機改為鱗斗干渣機，穩定性提高、壽命延長，爐效提高、檢修維護量降低，平均年節約20～150萬元，宜在更換輸送帶時進行，投資回報周期為1～2年。

(2)社會效益。干渣機由技術引進吸收到再創新，并形成技術輸出；解決了結焦工程只能采用撈渣機的難題；效益大。

6.5 市場應用

經不完全統計，類似的工程有合盛電廠、菲律賓DMCI、和豐電廠等；是干渣機主要技改方向。

7 結束語

(1)總結了行業目前采用的水力、圓環鏈撈渣機、模鍛鏈撈渣機、鋼帶干渣機、鏈板干渣機、鱗斗干渣機六種爐底渣處理系統性能和技改方案。

(2)分析了水力排渣改撈渣機和干渣機，圓環鏈撈渣機改干渣機和模鍛鏈撈渣機，干渣機改鱗斗干渣機六種技改方案的目標、典型案例、經濟和社會效益、市場應用。

(3)六種技改方案均具有經濟和社會效益，總結見表5和表6。

表5 爐渣處理系統技改經濟效益對比

表6 爐渣處理系統技改社會效益對比