干排渣对锅炉热效率影响与优化

姜衍更，施昌富，李蜀生，马军常，傅吉收，张光荣

(1.青岛达能环保设备股份有限公司，山东 青岛 266300；2.国投宣城发电有限责任公司，安徽 宣城 240000)

干排渣对锅炉热效率影响与优化

姜衍更1，施昌富2，李蜀生1，马军常2，傅吉收1，张光荣1

(1.青岛达能环保设备股份有限公司，山东 青岛 266300；2.国投宣城发电有限责任公司，安徽 宣城 240000)

按某630MW机组为例，从热损角度定量对比了零溢流湿排渣和鳞斗干排渣系统对锅炉热效率的影响；干排渣实际排烟温度升高2.5℃，锅炉热效率仍提高0.205%；底渣量在5～22t/h之间，对应排烟温升不大于6～10℃时,可提高锅炉热效率。建议采用量化控风，不开启辅风门或进行风门结构优化形成穿透换热。

干排渣；锅炉热效率；鳞斗干渣机；量化控风；穿透换热

0 引言

燃煤锅炉底渣系统目前主要有两种：一是采用水冷却的湿排渣系统，二是采用空气冷却的干排渣系统。根据全零溢流湿渣系统[1]知比较先进湿排渣，1t底渣约消耗0.6t水，普通零溢流系统约0.8～0.9t水，而水力除渣更是达到8t水。干渣系统以其节能、节水的优点[2-3]得到迅速应用；据不完全统计，截至2016年，意大利MAC[4]系统装机161台套；我国干渣系统[5]装机容量超过790台套，其中1000MW78台，600MW级220台，300MW级317台。

大量干排渣系统应用中，也出现了许多问题。行业内许多专家学者对干渣系统的节能存在疑虑；有些专家基于干渣系统炉底是否进风的对比测定，得出干渣系统会降低锅炉热效率[6-7]。

本文从热损角度对比湿和干渣系统，定量分析和实践验证两种底渣系统对锅炉热效率的影响。

1 电厂工况

A电厂采用哈尔滨锅炉厂生产的630MW超临界直流炉，型号为HG-1900/25.4-YM，型式为单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣型锅炉。电厂原采用零溢流捞渣机系统，2015年末改造为鳞斗干排渣系统。煤质分析见表1。

表1 煤质资料及灰成分表

项 目设计煤种校核煤种1校核煤种2Sar/%0.490.600.90Mt/%6.97.8012.00Aar/%24.7730.8835.74Qnet.ar/MJ·kg-121.919.6218.195炉底渣/t·h-113.117.822.2(B-MCR)/t·h-1253283306

2 湿排渣系统水耗

根据经验公式Q=AE得A电厂炉内蒸发水为2274.9kg/h。计算湿排渣系统壳体对流传热系数如表2，得炉底辐射热消耗水量为2468.9kg/h。所以经验公式只考虑了炉底热辐射热蒸发水量，并未考虑底渣热量引起的水蒸发量。

表2 湿排渣壳体传热系数计算

项 目符号意义数值雷诺数Re=uL/ν196794.93努塞尔数Nu=0.664Re1/2Pr1/3261.91受迫对流传热系数/W·(m2K)-1h1=Nu×λ/L6.18壳体表面温度/℃Ts25加速度/m2·s-1α2.14×10-5容积热膨胀系数/1·k-1β3.41×10-3特征长度/mL1.10瑞利数Ra=g×(β△T)L3/ν/α 1.26×109自然努塞尔数Nu=0.15Ra1/3162.13自然对流传热系数/W·(m2K)-1h2=Nu×λ/L3.82壳体总传热系数/W·(m2K)-1h热7/2=h17/2+h27/26.49

Q渣=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5。式中Q渣是底渣热量，Q1炉内蒸发水热量、Q2炉外蒸发水热、Q3冷却后灰渣余热和带走水热、Q4壳体散热、Q4补加水吸收热。保守取进入炉膛水蒸汽温度500℃，捞渣机平均平衡温度为60℃，计算得出Q1。如表3：

表3 捞渣机炉外蒸发水量计算

项 目符号意义数值定性温度/℃tm37.9二元扩散系数/m2·s-1DAB2.9×10-5水箱雷诺数Re=uL/ν423837.21舍伍德数Sh=0.664Re1/2SC1/3363.03强迫传质系数/m·s-1h3=Sh×DAB/L0.0039特征长度/mL=A/P1.18格拉晓夫数Gr=g(β△T)L3/ν27733366744瑞利数Ra=Gr×SC4580241798舍伍德数Sh=0.15Ra1/3249.11传质系数/m·s-1h4=Sh×DAB/L0.0061总传质速率/kg·h-1h质7/2=h37/2+h47/20.0065自然蒸发速率/kg·h-1n=h质A(ρs-ρ∞)295.82

3 锅炉热效率对比

根据西安热工院对A电厂干排渣系统测试结果，从炉底热损方面对比湿和干排渣对锅炉热效率影响，计算如表4。

表4 湿和干排渣对锅炉效率影响对比

项 目湿渣数值干渣数值烟气总量/t·h-11695.71712.9燃煤总发热量/MJ·h-142157504215750底渣总量/t·h-11010排渣温度/℃60100底渣余热/MJ·h-177207400炉外蒸发水量/kg·h-1295.82无炉底辐射蒸发水量/kg·h-12468.88无冷却介蒸汽/空气量/kg·h-12121.9417186.1排烟温度/℃112.9115.4烟道冷却介质热焓/kJ·kg-12696121湿/干排渣损失热/MJ·h-1-1243.6-810壳体散热/MJ·h-1-556.18-602.56炉外水蒸汽损失热/MJ·h-1-751.98无炉内水蒸汽/烟气损失热/MJ·h-1-12069.3-4573.4热量总损失/MJ·h-1-14621.1-5986锅炉效率对比/%基准0.205

干排渣系统排烟温度升高2.5℃，锅炉热效率仍比湿排渣高0.205%。主要原因是湿排渣用水冷却，烟气中水蒸汽远未饱和，气化潜热耗费大量热量，底渣和炉底辐射热基本损失，满负荷热效率降低0.366%。而干渣能回收大部分炉底热量，综合排烟损失仍能提高锅炉热效率。设排渣量同锅炉负荷成比例，按设计煤种在240/480/630MW负荷和两种校核煤种满负荷出力，计算排烟温升0～10℃，与同等条件的湿排渣锅炉热效率对比得出随排烟温度的升高，锅炉热效率呈线性降低，但不同工况降低斜率不同；额定出力17.8t/h时，当排烟温度升高至7℃ 时，干与湿排渣效率相当；出力在5～22t/h变化，对应排烟温升6～10℃之内，干排渣提高锅炉热效率；当排烟温度进一步升高时，降低锅炉热效率。相同负荷，渣量越大，干排渣对锅炉热效率正影响越大；当渣量随负荷线性变化时，渣量越小相对效率越高。若大幅提高锅炉热效率需要降低排烟温度，即应对风量和风温进行控制。

4 量化控风研究及辅风门影响分析

根据行业规范要求干排渣系统进入炉膛的风量不宜超过锅炉燃烧空气量的1%。风量与风门截面积和风速有关。传统干排渣冷却风依靠风门开度控制风量，只是控制风道面积；而炉底负压会随时变化，即风速会随时变化。所以这种控风技术存在很大问题。

B厂630MW机组2014年由捞渣机改造为鳞斗干渣机系统，主风门大小为0.6×0.3m。2014年测试风门开度为99%,风量为19113m3/h；同一机组2015年风门开度100%，风量为7 214.6m3/h。风门开度基本相同时，风量相差2.6倍。即主风门为1.2×0.3m的传统干排渣，仅主风门风量就会达到2%总风量；所以依靠风门开度控风精度很低，无法保证进入炉底的风量受控。

量化控风最简单有效的方法是在主风道中设置流量计，依靠流量计控制风门开度。

传统干渣机除了头顶部的主风门外，在壳体两侧设置一定数量的辅风门，风门宽度约0.07～0.1m；其目的是提高冷却效率，因为表面强迫对流换热系数约10w/(m2K)，穿透换热系数为150～300w/(m2K)。但壳体的辅风门能否形成穿透换热需要进行实践检验。

A厂实际负荷490MW，主风门保持开度100%，水平段两侧各打开辅风门10个，共计20个；渣斗测温点位于各口底部，非进入炉膛风温，干渣机出口温度为排渣温度。试验记录如表5。

表5 辅风门对锅炉效率影响

时间1号渣斗/℃2号渣斗/℃3号渣斗/℃排渣温/℃主风量/m3·h-110∶32189.264293.52234.0295.7576437.910∶58189.204290.35231.02121.735203.911∶31189.284288.26230.6497.9695207.5

由上述试验得辅风门开启能减少主风门风量，增加总进风量；且降低进入炉膛风温，对锅炉热效率的提高产生负影响。

传统结构辅风门设置在壳体两侧，尺寸较小，冷却风进入干渣机内部后迅速扩散，而输送带阻力较大，基本不形成穿透换热；而是沿着壳体向上，从输送带与导流板之间的缝隙进入渣斗。因为很难形成穿透换热，而换热面积又小于头部的冷却风，所以目前结构辅风门是负面的，建议正常运行不要开启或进行优化升级；例如将风门扩展内部风管，让风管深入壳体内部，使冷却风进入输送带底部，从而形成穿透换热。

5 结论

A电厂由零溢流湿排渣改造为鳞斗干排渣后，排烟温度升高2.5℃，锅炉热效率比原湿排渣提高0.205%；随着排烟温度的升高，锅炉热效率呈线性降低；当底渣量5～22t/h变化，对应排烟温升不大于6～10℃时，干排渣提高锅炉热效率；当排烟温度进一步升高时，干排渣降低锅炉热效率；相同负荷，渣量越大，干排渣对锅炉热效率正影响越大；当渣量随负荷线性变化时，渣量越小相对效率越高；传统依靠风门开度无法控制风量；建议采用流量计等实现量化控风，提高锅炉热效率；传统辅风门会增加进风量，对锅炉热效率提高产生负影响；建议正常运行不要开启或进行优化升级，使冷却风进入输送带底部，形成穿透换热。

[1]王 彬,姜衍更,张光荣.全零溢流水湿排渣系统设计与分析[J].热力发电,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]曹旭东.电站锅炉干式排渣系统的选型设计及其对锅炉热效率的影响[D]. 北京:华北电力大学,2002.

[4]马加尔迪能源股份公司.用于提取重灰分,将其转换轻灰分并减少未烧尽物质的整合系统[P].N200580027160.4 ,2005-07-08.

[5]蒋学典,张小平,黄彩云.我国锅炉除渣设备发展概况[J].中国电力环保. 2012,(6):41-48.

[6]李启全,兰晓立,牛林兴.湿法烟气脱硫废水系统设计优化[J].电力科技与环保,2015,31(1):38-40.

[7]韩立鹏.火电厂干法脱硫灰再利用的研究[J].电力科技与环保,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，山东青岛胶州人，高级工程师，锅炉除灰和烟气环保专业。E-mail:13589382551 zgr@daneng.cc