熱電廠鍋爐干式除渣改造效益分析

宋波，賈丕建，孫啟超，邢學(xué)榮，賈旺霖

(1.南山集團(tuán)有限公司，山東 龍口 2657011；2.煙臺(tái)市能源綜合執(zhí)法支隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264003；3.煙臺(tái)市清潔能源檢測中心，山東 煙臺(tái) 264001)

干排渣技術(shù)由意大利MAGALDI公司于1985年首先發(fā)明并研發(fā)了MAC干式排渣系統(tǒng)，該技術(shù)首先在意大利本土應(yīng)用。近年來，隨著國家將電廠節(jié)水要求納入核準(zhǔn)評審條件，對排渣系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)有明確的要求，結(jié)合我國電廠燃煤的復(fù)雜性、多樣性，為解決水力出渣系統(tǒng)水、能源浪費(fèi)嚴(yán)重及系統(tǒng)復(fù)雜等弊端，隨著國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)及我國設(shè)備制造水平的提高，自動(dòng)化水平較高、適應(yīng)能力廣并具有節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的干式排渣系統(tǒng)開始廣泛應(yīng)用。

1 改造前的出渣系統(tǒng)

南山集團(tuán)東海熱電廠擁有3臺(tái)亞臨界330 MW抽凝機(jī)組，3臺(tái)DGJ1160/17.2-Ⅱ1鍋爐(#5、#6、#7)，原設(shè)計(jì)均為水力排渣系統(tǒng)，并以一臺(tái)爐為一個(gè)單元，采用“過渡渣井及水封板+刮板撈渣機(jī)+渣倉”連續(xù)排渣方式。鍋爐高溫爐渣落入撈渣機(jī)冷卻后由刮板帶出進(jìn)入碎渣機(jī)破碎，再由渣漿泵送至遠(yuǎn)處渣倉經(jīng)二次脫水后外運(yùn)。撈渣機(jī)的溢流水通過由高效濃縮機(jī)和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)。

隨著環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，鍋爐濕渣無法綜合利用，處理難度越來越大，每年都要額外支出濕渣處理費(fèi)。出渣系統(tǒng)工藝流程較為復(fù)雜，設(shè)備多、管道長、磨損快，檢修維護(hù)工作量大。濕式撈渣機(jī)的工作原理決定了其在運(yùn)行中有鍋爐爐底漏風(fēng)量大，鍋爐高溫爐渣的熱量無法回收，粉塵外溢等無法克服的缺點(diǎn)，而且能耗也較高。另外，水力排渣日常運(yùn)行用水量和電耗都較高。

2 干排渣改造的實(shí)施方案

2.1 干排渣改造系統(tǒng)工藝流程圖

鍋爐爐膛的高溫爐渣經(jīng)過爐底的機(jī)械密封段落入渣斗及關(guān)斷門，過大的爐渣焦塊由液壓破碎關(guān)斷門進(jìn)行一級(jí)破碎，在爐膛負(fù)壓作用下，受控的(≤1%鍋爐總用風(fēng)量)少量環(huán)境冷空氣逆向進(jìn)入干渣機(jī)內(nèi)部, 與鱗斗輸送帶上的灰渣換熱，渣溫降低，風(fēng)溫升高，換熱后的熱風(fēng)逆向沿著渣井進(jìn)入鍋爐，進(jìn)入爐膛過程中冷風(fēng)再次與高溫灰渣進(jìn)行充分的熱交換，空氣將鍋爐輻射熱和灰渣顯熱吸收，空氣溫度升高到300～400 ℃左右(相當(dāng)于鍋爐二次送風(fēng)溫度)，進(jìn)入爐膛，渣的冷卻溫度則降至100 ℃左右。換熱和輸送是其兩大基本功能。冷卻風(fēng)量<燃燒空氣量的1%，不會(huì)影響鍋爐爐膛燃燒組織與NOx排放，通過一級(jí)破碎后的爐渣由干渣機(jī)在無水耗的情況下對鍋爐底渣進(jìn)行冷卻和輸送。輸送至碎渣機(jī)進(jìn)行二級(jí)破碎，將渣塊進(jìn)一步破碎至約25×25 mm小塊落入渣倉，便于渣倉儲(chǔ)存，渣倉頂部設(shè)有布袋除塵器負(fù)責(zé)對落渣過程的含塵空氣進(jìn)行有效過濾，以保證達(dá)標(biāo)排放，貯存在渣倉的灰渣直接通過干卸料、濕式卸料兩種方式裝入自卸車，干卸料設(shè)備排出的灰渣不含水，可用于二次利用，濕式卸料排出的灰渣不揚(yáng)塵但適量含水，不會(huì)造成二次污染可直接堆放至灰場。干排渣改造系統(tǒng)工藝流程如圖1所示[1]。

圖1 干排渣改造系統(tǒng)工藝流程

2.2 干排渣改造實(shí)施方案

確定對#7鍋爐進(jìn)行干排渣改造：(1)風(fēng)冷式干排渣系統(tǒng)設(shè)1臺(tái)套干式風(fēng)冷式排渣機(jī)、碎渣機(jī)，每臺(tái)爐設(shè)1座渣倉，容積不小于248 m3。(2)渣倉的底部設(shè)有2個(gè)排出口，其中1路接至濕式攪拌機(jī)，加水?dāng)嚢韬蟮脑蕿?5%～25%。另1路接至干灰散裝機(jī)，直接裝密封罐車運(yùn)至綜合利用用戶。排渣機(jī)正常出力為10 t/h，最大出力為30 t/h，保證不低于鍋爐BMCR條件下的最大排渣量，并留有100%的裕量。(3)風(fēng)冷式排渣機(jī)與鍋爐出渣口渣斗相連，爐底采用機(jī)械密封，渣斗獨(dú)立支撐，渣斗容積可滿足鍋爐BMCR工況下8小時(shí)排量。(4)渣斗底部設(shè)有液壓關(guān)斷門(及擠壓裝置)，允許風(fēng)冷式排渣機(jī)故障停運(yùn)8小時(shí)而不影響鍋爐的安全運(yùn)行。風(fēng)冷式排渣機(jī)必須擁有自清掃功能，不設(shè)獨(dú)立的清掃裝置[1]。

3 干排渣改造的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1)排渣機(jī)與鍋爐本體和渣倉實(shí)現(xiàn)了完全的密封，改善了鍋爐爐底的漏風(fēng)，降低了火焰中心高度，增加了鍋爐運(yùn)行調(diào)整手段，有助于降低引風(fēng)機(jī)電耗。

2)采用干排渣機(jī)機(jī)頭冷卻風(fēng)與熱爐渣之間進(jìn)行能量交換，將850 ℃左右的熱渣冷卻到到100 ℃左右，回收了熱渣的熱量，有效降低了鍋爐熱損失[2]。

3)采取靈活的進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，實(shí)現(xiàn)了不同工況下的最佳進(jìn)風(fēng)量選擇。

4)干排渣機(jī)、碎渣機(jī)配置變頻調(diào)速裝置，實(shí)現(xiàn)隨鍋爐出渣量變化而變化的有效調(diào)整。

5)獨(dú)特的鱗斗組件能滿足鍋爐高負(fù)荷及大焦渣量等極端工況下穩(wěn)定運(yùn)行。

6)鍋爐在大落渣工況下，網(wǎng)格狀鋼帶能對大焦塊起到破碎和隔離作用；對開式液壓擠碎門可將大渣塊擠碎，提高了冷卻效果，同時(shí)防止大渣塊沖擊損壞鱗斗組件。

7)設(shè)有專用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有助于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)焦情況，啟動(dòng)液壓擠碎門。

4 改造后干排渣的運(yùn)行效果

1)干排渣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出力滿足要求，擇機(jī)進(jìn)行最大出力試驗(yàn)。

2)改造后鍋爐主汽溫度、再熱汽溫度、鍋爐出口NOx和出口氧量等參數(shù)均能達(dá)到正常運(yùn)行調(diào)整的需要，引、送風(fēng)機(jī)電耗，鍋爐排煙溫度明顯降低。

3)冬季運(yùn)行期間出渣溫度35 ℃左右，低于100 ℃的設(shè)計(jì)值，預(yù)計(jì)夏季高溫季節(jié)能夠滿足設(shè)計(jì)出渣溫度的要求[2]。

4)由于整個(gè)干排渣系統(tǒng)全密封運(yùn)行，減少了撈渣機(jī)區(qū)域的粉塵外溢；原濕式排渣系統(tǒng)設(shè)備全部拆除，現(xiàn)場環(huán)境大為改觀。

5 干排渣改造后的效益分析

東海電廠7#爐干排渣系統(tǒng)經(jīng)過改造后，現(xiàn)已正常運(yùn)行90 d。根據(jù)該系統(tǒng)投運(yùn)以來的運(yùn)行狀況，現(xiàn)進(jìn)行全方面的經(jīng)濟(jì)效益分析。

5.1 電耗分析

1)原水力排渣系統(tǒng)主要耗電設(shè)備由沖洗水泵、渣漿泵、撈渣機(jī)和碎渣機(jī)等組成，其年運(yùn)行時(shí)間按照8 000 h或3 300 h進(jìn)行計(jì)算，核算其年總運(yùn)行費(fèi)用(包括年用電費(fèi)、年維護(hù)費(fèi)用)為22.68+13.2+10.5=46.38萬元。原水力排渣系統(tǒng)耗電情況如表1所示。

表1 原水力排渣系統(tǒng)耗電表

2)現(xiàn)干排渣系統(tǒng)設(shè)備主要耗電設(shè)備由干渣機(jī)、碎渣機(jī)、擠壓門、濕灰攪拌機(jī)和干灰散裝機(jī)等組成，其年運(yùn)行時(shí)間按照8 000 h或3 300 h進(jìn)行計(jì)算，核算其年總運(yùn)行費(fèi)用(包括年用電費(fèi)、年維護(hù)費(fèi)用)為年總運(yùn)行費(fèi)用為10.21+0.36+2=12.57萬元。現(xiàn)干排渣系統(tǒng)設(shè)備電耗情況如表2所示。

表2 現(xiàn)干排渣系統(tǒng)設(shè)備耗電情況

3)改造前后對引、送風(fēng)機(jī)電流下降所產(chǎn)生的效益分析如表3所示。

由表3可見，引、送風(fēng)機(jī)電流平均下降52.66 A，每小時(shí)節(jié)約電量約為511 kW·h，按電價(jià)為0.315元/kW·h，則年節(jié)約費(fèi)用=511 kW·h/h×8 000 h×0.315元/kW·h≈129萬元。

表3 改造前后對引、送風(fēng)機(jī)電流下降所產(chǎn)生的效益分析

4)改造前后引、送風(fēng)機(jī)耗電率下降如表4所示。

表4 改造前后引、送風(fēng)機(jī)耗電率下降

由表4可見，改造后送風(fēng)機(jī)耗電率增加0.04%，引風(fēng)機(jī)耗電率減少0.31%，合計(jì)減少0.27%，330 MW機(jī)組每小時(shí)發(fā)電量為31萬kW·h，每小時(shí)節(jié)約電量=31萬kW·h ×0.27%=837 kW·h，按電價(jià)為0.315元/(kW·h)，其年節(jié)約費(fèi)用=837 kW·h/h×0.315元/(kW·h)×8 000 h≈211萬元。(按年運(yùn)行8 000 h計(jì))。

5)干渣機(jī)改造后風(fēng)煙系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益分析。造成引、送風(fēng)機(jī)電流下降的原因較多，如此次大修的空預(yù)器清洗、空預(yù)器密封片更換，加上處理漏風(fēng)等，參比5#機(jī)組空預(yù)器更換密封片以及蓄熱元件清洗后引風(fēng)機(jī)電流下降10 A計(jì)算，干渣機(jī)改造對風(fēng)煙系統(tǒng)電耗下降的貢獻(xiàn)約為55%，即干渣機(jī)改造后風(fēng)煙系統(tǒng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為71～116萬元之間。(按照送、引風(fēng)機(jī)電流降低計(jì)算：129萬元×55%≈71萬元；按照送、引風(fēng)機(jī)耗電率降低計(jì)算：211 萬元×55%≈116萬元)

5.2 節(jié)煤效益分析

改造前后煙空預(yù)器入口出口煙溫如表5所示。

表5 改造前后空預(yù)器入口出口煙溫

(1)改造前后爐膛出口煙溫下降20 ℃，空預(yù)器入口煙溫下降2.75 ℃，出口煙溫下降8.75 ℃，按照排煙溫度每降低10 ℃，供電煤耗下降1.66 g/(kW·h)計(jì)算，大修后排煙溫度對供電煤耗下降的貢獻(xiàn)為1.453 g/(kW·h)，年節(jié)約標(biāo)煤量31萬kW·h×8 000 h×1.453 g/(kW·h)=3 603 t，標(biāo)煤單價(jià)按照760元/t計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益為3 603 t×760元/t=273.86萬元。

(2)造成空預(yù)器入口煙溫降低的原因除了改善爐底漏風(fēng)外，火焰中心下移，鍋爐受熱面清理，空預(yù)器清洗亦有貢獻(xiàn)，按照1/3貢獻(xiàn)估算經(jīng)濟(jì)效益約為273.86萬元×1/3≈91萬元。

5.3 干渣綜合利用效益分析

原水力除渣系統(tǒng)所產(chǎn)濕渣直接經(jīng)過渣倉外運(yùn)，濕渣含水量大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度被破壞，利用價(jià)值較小，需付費(fèi)處理；改為干渣后，不再另付處置費(fèi)，預(yù)計(jì)將來還會(huì)有一定外賣收益(7#爐干渣量：約120 t/d，據(jù)新型建材公司預(yù)估干渣價(jià)格10元/t，350 d×120 t/d×10元/t=42萬元，因尚未產(chǎn)生實(shí)際收益，故暫不計(jì)算)。

5.4 安全文明生產(chǎn)效益

極大地提高了工作中的安全系數(shù)，降低了工作強(qiáng)度，改善了文明生產(chǎn)型式。

5.5 社會(huì)效益分析

水力排渣系統(tǒng)的渣水對環(huán)境具有一定的污染，而干式排渣系統(tǒng)的渣干排后可避免渣水帶來的污染，具有良好的社會(huì)效益。

6 結(jié)語

7#爐干渣機(jī)改造后節(jié)電效益為105～150萬元之間，節(jié)煤效益約為91萬元，合計(jì)約196～241萬元，投資回收期約為3年(按照設(shè)備投資660萬元計(jì)算；不含約40萬元土建費(fèi)用；未計(jì)算干渣外賣收益)。

鍋爐主汽溫度、再熱汽溫、鍋爐出口NOx和鍋爐出口氧量等參數(shù)均能滿足正常運(yùn)行調(diào)整的需要；鍋爐0 m層撈渣機(jī)區(qū)域的安全文明生產(chǎn)工作有明顯改善；干渣機(jī)維護(hù)量較改前大大降低，排渣運(yùn)行人員工作量大幅減輕；改善了濕渣處置的被動(dòng)局面，節(jié)約了除渣及密封水槽用水，取得了良好的社會(huì)效益。