某发电厂1、2号锅炉湿式除渣改造至干式除渣的可行性分析

龚仁明

摘 要：江苏华电句容发电厂一期锅炉采用濕式除渣系统，在实际使用过程中存在环境污染严重、水量消耗大、能耗高、综合性能低等问题。为了确保改造后的除渣系统能根本解决因渣水的跑冒滴漏带来的环境污染问题，选择干式除渣系统是从源头上根本解决一期除渣系统渣仓湿渣装车带来的渣水环境污染问题的最佳方式。

关键词：湿式除渣；环境污染；干式除渣

江苏华电句容发电厂一期工程已建成2×1 000 MW超超临界燃煤汽轮发电机组。锅炉为超超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构；锅炉采用露天、П型布置。最大连续蒸发量3 099.820 t/h。

一期工程2×1 000 MW机组炉底渣处理，以一台炉为一个单元，采用“过渡渣井及水封板+刮板捞渣机+渣仓”连续排渣方式。锅炉底渣通过刮板捞渣机粒化、冷却、脱水，进入渣仓经过短暂存储后，由汽车外运供综合利用或运到灰场碾压堆放。捞渣机的溢流水通过由高效浓缩机、冷却塔等组成的回收水系统，输送到捞渣机重复使用，形成除渣系统用水闭式循环。

1 系统运行现状及存在问题

一期采用传统水浸式刮板捞渣机系统，每台炉下配置一台刮板捞渣机，每台炉炉侧布置一台渣仓，运渣汽车直接在渣仓下装车外运。从刮板捞渣机水浸槽中捞出的渣，在进入渣仓之前的输送过程中脱水。刮板捞渣机采用析水刮板，以期达到刮板捞渣机排出的渣含水率<25%的外运要求，外运供综合利用或在灰场堆放。刮板捞渣机及渣斗的溢流水经高效浓缩机澄清后重复使用，不对外排放[1]。工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

华电句容发电厂一期工程2×1 000 MW机组分别于2013年8月和2013年11月投产。投产后的一期刮板捞渣机湿式除渣系统在实际运行中存在以下问题[2-3]。

1.1 安全性较差

刮板捞渣机在使用CB280液压马达时，因渣量过大，捞渣机跳停，造成机组非停。2015年将原液压马达CB280升级到CB400，两台炉共发生费用268万元。驱动齿盘连接螺栓断裂导致齿盘脱落，造成机组非停。捞渣机斜升段铸石板脱落，影响机组安全运行，只能在线铺设钢板予以弥补。链条、链轮、刮板磨损周期与机组检修周期不吻合，经常需要在线进行修复，增加了不安全因素。

1.2 严重的环境污染

由于渣量较设计煤种增加很多、捞渣机行程较短及渣仓的沥水性能未能达到设计要求等因素，实际装车时渣的含水率在40%左右，远远达不到设计要求的渣含水率<25%的外运要求。因为渣的含水率过高，湿渣在运输过程中渣水的跑冒滴漏严重影响了渣仓周边和沿途环境，使得运渣车沿途渣水洒落过大而无法直接外运。实际运行中，外运单位经常因渣水的沿途污染被公路管理处罚款，每次罚款金额在2 000～3 000元。

1.3 水量消耗

虽然渣水冷却水系统为零排放，但渣在水冷过程中、在含水渣的外运过程中、在冷却水循环处理过程中，不可避免地消耗水资源。仅渣中水的外带水量，以每吨渣外带0.4 t水计，每台炉每天损耗160 t水，按综合费用1元每吨计，每台炉每年4.4万元。同时还存在着对炉膛的水汽腐蚀。

1.4 运行检修工作量大、费用高

一期刮板捞渣机湿式除渣系统，为了保证排渣温度不至于过高，采用水冷却方式，并为此配置了复杂的冷却水净化冷却处理系统。浓缩机排污泵间歇运行，启停频繁，维修较频繁，冷却塔填料结垢变形严重，需经常更换。系统的复杂带来了维护成本的提高，链条磨损、铸石脱落、液压油过滤器更换等维护检修费用每台炉每年约130万。

1.5 能耗高

除了捞渣机在输送水的过程中需要消耗不必要的能量外，一期炉底出渣系统的水处理系统中的熄火水泵、溢流水泵、高效浓缩机、冷却塔、排污泵亦需要消耗额外的能量。

1.6 综合性能低

灰渣综合利用低。灰渣经过水融合后，活性降低，综合利用性能差。

2 除渣系统选择

目前大型火电厂炉底除渣系统分为两大类型：一类为湿式除渣系统，一类为干式除渣系统。湿式除渣系统按冷却水与渣的接触方式，可细分为直接水冷式和捞渣机体内冷却水管非接触自循环水冷式两种。干式排渣系统采用风冷却热渣，不需要用水冷却，系统无水耗，无废水排放，无废水处理系统。

根据华电句容发电厂一期除渣系统存在的问题和本改造项目渣方案的主要选择原则，为了确保改造后的除渣系统能根本解决因渣水的跑冒滴漏带来的环境污染问题，减少运行成本，选择干式除渣系统，是从源头上根本解决一期除渣系统湿渣装车带来的渣水环境污染问题的最佳方案[4]。

3 干式除渣机选择

国内应用的干式排渣机有钢带（网带）排渣机、履带（链板）排渣机、鳞斗排渣机3种类型[5]。

3.1 钢带（网带）排渣机除渣系统

钢带（网带）式排渣机式在国内现运行的各类干渣机中最早且最多使用的干渣机形式。钢带（网带）式排渣机主要由驱动系统、输送/清扫系统、液压张紧系统、输送托辊、进风系统、壳体等组成。输送系统采用不锈钢网带传动。

优缺点分析：输送网带以靠驱动辊摩擦力驱动，传动平稳，磨损小，但过载易打滑。底部设置清扫系统以清扫底部灰渣，增加了一套系统，多了一个事故点，增加了功耗，不合适大倾角输送。清扫系统负载大磨损大。《大中型火力发电厂设计规范》（简称《规范》）规定“风冷式钢带输渣机倾斜段倾角不宜大于33°”，实际使用中可以达到35°以上。

3.2 履带（链板）排渣机除渣系统

履带（链板）式排渣机适用于常规燃煤锅炉底渣的连续输送，其工作原理是采用圆环链传动，叠加履带（链板）板为载体，密闭式底部吸入自然空气进行冷却的排渣机，冷却后的热风也全部进入炉膛。

履带（链板）式排渣機的核心输送带由两条高强度圆环链和一组履带（链板）板组成，圆环链年拉伸率（包括拉长和磨损）约1%～2.3%，双链条偏差也在25～100 mm，由于履带（链板）为连续布置，当双链偏差接近半个链环时需要及时对链条进行对调或者更换，否则会引起卤代板变形，甚至引起设备卡塞。

优缺点分析：履带（链板）式排渣机采用自清扫带，适合较大倾角输送，降低了成本和设备高度，但限于其结构特点，底部有残留，且在干渣机尾部易堆积灰渣，会造成一定污染。由于采用圆环链传动，传动力大大提供，无打滑问题。圆环链线接触形式易磨损，双链同步性差，输送系统寿命较低。大倾角输送履带（链板）板易变性产生故障，最大输送角度40°。

3.3 鳞斗排渣机除渣系统

鳞斗排渣机是针对带（网带）式排渣机运行中的种种不足，由我国自主研发的新一代干式排渣机，最大装机容量1 200 MW。鳞斗排渣机是依靠风冷，鳞斗为承载灰渣和换热载体，套筒模锻链为改向、承载和传动中心，输送程依靠简支轴支撑，回程依靠悬臂轴支撑，具有同步清扫器的自清扫全密闭式锅炉底渣干式排渣机，其结构如图2所示。

图2 鳞斗排渣机

优缺点分析：套筒模锻为精密链传动，不打滑，出力大，磨损小，同步性高，耐磨寿命高，不足是制造工艺复杂且要求较高；鳞斗制造工艺也比较复杂，但作为输送换热载体，冷却效果好，更适合大倾角输送。鳞斗干渣机输送承载也采用简支轴支撑，比悬臂轴抵抗冲击能力强；自清扫输送结构，简化了系统，减少了故障点，降低了费用，且设有同步清扫器，尾部无积灰。

根据以上分析，鳞斗干渣机的综合性能最好、布置倾角最大（有利于直接进仓的最简布置方式）、具备大出力排渣机的性能。推荐采用各项性能俱优的鳞斗干渣机，利用鳞斗干渣机适合大倾角输送的特点，采用鳞斗干渣机直接进渣仓的布置方案。

4 结语

通过对湿式除渣系统及钢带（网带）排渣机、履带（链板）排渣机、鳞斗排渣机3种干式除渣系统进行比较，从除渣系统技术可靠性的角度和节省投资、便于检修、运行管理的角度出发，本工程采用“鳞斗排渣机直接进仓”方案。本次炉底渣系统改造后，将为华电句容电厂一期炉底渣运行管理带来以下效果[6]。

4.1 根本解决渣水对环境的污染

由于系统无水耗，干式排渣系统无渣水滴流、无废水排放，无需废水处理系统，有利于环境保护和文明生产。

4.2 无水耗

干式排渣系统用风冷却热渣，不需要用水冷却，节约了大量水资源，降低电厂运行成本。

4.3 灰渣综合利用高

干渣中的氧化钙未被破坏，可直接用于建筑材料，干渣的综合利用效益提高。

4.4 系统简单、能耗低、系统维护检修量下降

干式排渣机排出的渣可直接储存和运输，不需要湿式排渣系统的后处理设备，且干渣直接一步上仓，工艺流程简单，运行费用少；采用鳞斗式排渣机系统，物料与设备之间相对运动很少且运行速度低，磨损小，使用寿命长；干式排渣系统结构简单，布置方便，节省大量空间。