600MW火电机组捞渣机渣水系统节能改造

魏广鸿，刘吉，董伟波，韩建衡

（内蒙古京隆发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 012100）

0 引言

就我国的火力发电厂而言，肩负起为人民发电的重担，既是义务，也是责任。同时，还要承担整个社会发展的生存条件。因此，在节能降耗、改善自然环境方面，电厂有着不可推卸的责任。灰渣水循环的更新改造恰好是按照绿色环保和经济效益的标准进行的。对原有能耗高设备进行相应的改造，同时此系统可减少用电量，提高水资源利用率，降低设备维护成本，转变为更加一体化的社会经济发展方式[1]。

1 渣水系统运行及能耗总体情况

1.1 系统概况

某电站600MW机组采用的是上海锅炉厂燃煤锅炉发电机组，关键包括渣设备和渣水循环设备。设计温度不高于65℃，冷冻水流量51t/h，设备的水下内导轮采用滚动轴承内置式。捞渣机将排渣井排出的煤灰和煤渣刮掉，然后进入渣仓，由自卸车运输进行开发利用。为了更好地控制温度，捞渣机采用溢流方式运行。低压水从设备槽体内溢流到侧槽体后，收集到溢流水池，根据溢流水泵送到高效浓缩机，再返回到捞渣机内。污泥浓缩器和缓冲池，将底渣水和污水处理至渣沉淀池进行处理。一台发电机组使用一套渣水系统，冷却循环水作为渣水系统软件运行的供水[2]。

1.2 原渣水系统介绍

原渣水系统软件采用我国2005年研制的半封闭试验循环水系统，关键是浸入式刮板捞渣机、渣仓、渣水系统。高温灰渣从锅炉落渣口通过连接渣井下落，底渣进入浸入式刮板捞渣机的槽体。高温底渣在捞渣机内造粒冷却后，由设备的清渣系统进行捡拾。为保证所有机械设备的正常运行和高温底渣的顺利造粒，规定刮板捞渣机槽内渣水温度不能太高，捞渣机内部必须连续充满较低的温度。同时，改为捞渣机侧部槽体不断溢出温度较高的溢流水。为了更好地解决较高温度的溢流水，现在捞渣机外设置了渣水系统，负责溢流水的冷却、反应和输送，防止水的消耗和环境污染。

1.3 系统损耗分析

捞渣机渣水循环系统在整个运行过程中，造成蒸汽参数和水量损失较大。蒸汽损失的关键参数包括渣水系统、污水处理水补水、系统挥发损失。动能损失的关键包括系统机械设备消耗的电能、系统的蒸发吸热和冷却循环水循环系统产生的热量。根据2018年4月发电机组运行数据分析，渣水系统处理渣水设备污水约252t/d。循环系统冷却水经捞渣机加热挥发138t/d，因此总损失蒸汽参数约390t/d，按工业生产水价4元/t计算，年消耗量约31.2万元，每年运行200天。可见，捞渣机原渣水循环系统的运行方式不仅消耗大量的水源增加污水处理压力，而且在机械设备的整个运行过程中造成了很大的能耗。

2 改造可行性分析

2.1 理论分析

捞渣机冷却循环水循环系统运行的关键是更好地保证渣水温度不高于65℃，防止捞渣机内导轮轴承在水中损坏，造成内导轮卡死，传动链不能正常移动。如果捞渣机内部冷却循环水停止运行，它将受到炉内辐射热的严重影响。可根据捞渣机内部封闭冷却循环水系统完成温度控制。其次，捞渣机内直接暴露在热辐射源下，在停止捞渣机渣水系统时，即使在没有溢水的情况下换热，也能满足要求[3]。

2.2 试验认证

根据捞渣机上水封和冲洗的低压补水，对捞渣机的温度、壁温以及液位计的过渡状态进行综合检查和分析。在发电机组6 h过载试验中，捞渣机机壳内部平均温度由58.4℃基本平稳上升至59.05℃。中后期温度基本稳定。捞渣机高水位线上下下降1厘米/小时。排渣机槽深2.7m，容量150m3。水流量为40t/d。

结合基础理论分析和实验验证，可以看出，捞渣机内部产生的热量和自身的散热情况基本良好。充分考虑极端工况，可根据加装内部制冷系统进行温度控制。渣井腔内温度不超过300℃，现有机械设备完全可以满足操作规程。因此，按照技改项目完成捞渣机无溢流作业是完全可行的。

3 渣水系统零溢流改造方案

3.1 改造目的

保证刮板捞渣机系统软件可靠运行，不消耗水源，不污染环境，减少水下刮板捞渣机排渣水系统的运行，减少排渣水量，并简化系统。锅炉排渣系统降低工程成本，节约运行成本，同时减少占地和维护人工，改善自然环境。

3.2 改造思路

经过对具体工程项目实际运行情况的考察，现阶段我国大部分捞渣机本体已经完全关闭了溢流循环系统。完全封闭本体测试零溢流循环，可真正完成渣水零溢流，无需再安装液下渣浆泵、管道、沉淀机械设备、水处理装置，减少设备，节约产品成本，降低用水量。捞渣机零溢流循环完整测试的关键包括捞渣机温度监测设备、捞渣机水位监测设备、捞渣机自动补水系统、捞渣机冷却循环水换热器。换热器设置在捞渣机内部制冷段，换热器一体化安装，单独传热。项目改造后，捞渣机溢流水在捞渣机内部进行传热，真正完成了捞渣系统的零溢流，大大改善了捞渣机周边的自然环境，减少了环境污染。

4 设备系统技术改造

4.1 设备改造

在捞渣机的壳体内加装一套制冷系统，以降低捞渣机在运行中的温度。包括总传热面积240m2的冷却器，总流量150 t/h的冷却增压水泵1台，泵扬程10 m，电机输出功率15 kW。水源来自开式冷却循环水，换热后的水由回水管回流至水源冷却。捞渣机机内循环制冷机组。冷却器渗入捞渣机壳内的密封水中。不锈钢板式耐热耐腐蚀冷却器属于捞渣机封闭循环系统的制冷机组。它可以交换捞渣机设备密封水中的热量。减少捞渣机密封水温度过高问题[4]。

冷却循环水进入立式管道泵（嵌入式进水阀管道）进出口，冷却循环水中的颗粒物按60目过滤系统（一用一备）过滤掉。水引入捞渣机的溢流侧冷却器（换热器1），进、回水管在壳体两侧，波纹软管与冷却器相连。冷却器的特点在于将冷却器置于溢流槽内。中间固定，拆装方便。共18组，均匀分布在捞渣机溢流侧。

另一种冷却循环水的方法是采用无溢流侧冷却器（换热器2和换热器3），其进、回水管在捞渣机内侧，管子采用熔化极惰性气体保护焊接。冷却器的特点是总传热面效率高，共9组。固定在捞渣机的无溢流侧。

两路支路冷却水管也在两个排渣口之间，两侧分布冷却器（换热器4、换热器5）。第三换热器的特点是靠捞渣机的刮板推动密封水沿捞渣机方向运动，在遇到冷却器后加速密封渣水的冷却。共4组。固定在两个渣口间距处。

捞渣机导轮之间水平段两侧安装冷却器。冷却器外侧是半封闭的保护装置，因此炉内焦渣不易撞击冷却器。冷却器外侧设有冷却器安全防护板。冷却器安全防护板的厚度不小于10mm，以确保大型焦块落水或水爆时不影响换热器正常工作，确保高效换热器的流通性和传热的实际效果。

与现有技术相比，本产品的有益实际效果，有以下几点：

第一，采用内置循环系统的冷却器设备换热，解决原有渣水系统板式换热器易结垢、换热效率低、维护成本高、需要大量冷却水等问题。

第二，本系统无需更新原捞渣机的其他系统，只需对捞渣机壳体内的设备进行改造即可。从而完成了捞渣机零溢流冷却水系统的推广。并得到满意的实际使用结果。

第三，设置的过滤净化处理设备对开式制冷冷却循环水进行过滤；捞渣机机壳内的防护挡渣板遮挡从渣井落下的渣，对制冷机组具有保护功能。

第四，本系统避免了水资源的过度消耗，降低了企业生产成本，减少了对地理环境、自然环境的污染；有效降低设备维修管理人员的劳动强度，提高工作效率。

第五，具有结构简单紧凑，生产、维护成本低的优点。

为保证捞渣机水位线的精确测量，原厂捞渣机水槽上部雷达液位计基本是现场加装的。同时，在捞渣机头、尾、中部安装了三个超声波液位指示器，用于远程监测，逻辑控制水位。在捞渣机头、尾、中部安装了三个温度感应器，用于远程监测，逻辑控制水温。

4.2 控制逻辑优化

捞渣机首次运行时，应不开启增压水泵。当温度大于设定值时，增压水泵运行。捞渣机内部温度报警值由65℃变为70℃。取消高温报警解除时打开供水阀的逻辑。当渣水液位计超过设定值时，补水系统关闭。当液位计超过设定值低位时，补水系统开启。为避免超声波液位变送器的准确测量不准确，会破坏捞渣机的水封系统。捞渣机下设置常流水为每6小时注水一次，每次约2.4t。

4.3 改造依据

第一，是水量平衡，捞渣系统的耗水量包括吸热挥发的水和炉渣携带的水。一般情况下，符合装运标准的炉渣含水量为30%，即炉渣可除去炉渣总重量的30%。在实验之后，选择捞渣机的零溢流的系统时，通过整个制冷过程中的1T的热渣蒸发消耗约0.1t。也就是说，1t/h炉渣的耗水量为0.4t/h。为保持排渣系统软件的水流量平衡，可参照一吨渣的耗水量0.4t/h进行充填水流量，保证捞渣机正常不溢流状况。第二，是热量均衡。捞渣系统软件完成零溢流后，进入捞渣机槽体的发热量为水分蒸发带来的发热量，净补给水流量上升，发热量和热量消化吸收换热器产生的三部分热量维持热循环。按照规定，捞渣机内部的温度必须保持在65℃以下。

5 捞渣机渣水冷却循环水系统改造方案

在捞渣机非溢流侧腔、捞渣机溢流斜板和两排渣口之间的距离处加装内置捞渣水冷却器组。内置渣水冷却器方案详述如下：第一，制冷系统机械设备运行工艺的基本原理，冷却器组浸入捞渣机壳体内的密封水中，不锈钢板为耐高温耐腐蚀冷却器在封闭式试验循环系统中，内部封闭水中产生的热量可以互换，可以缓解温度过高的问题。第二，设置结构。捞渣机内导轮之间水平段两侧是安装冷却器的地方。冷却器两侧加装保护装置，掉落捞渣机内的焦块和热渣不易撞击换热器。冷却器两侧设有冷却器安全防护板。冷却器安全防护板的厚度不小于10mm，以保证大量落焦产生水爆时不影响换热器，并使安全防护等级提高，保证灰渣水的有效处理[5]。

6 结语

渣水系统技改项目实施后，捞渣机基本实现无溢流运行，渣水系统无溢流水排水，辅助渣水冷却设备使用率大幅减少。系统技改项目后，无论是蒸汽参数损失还是动能损失，都大幅减少，取得了明显的经济效益。捞渣机渣水系统更新改造为CCS封闭试验零溢流系统后，完成渣水零溢流，减少净水设备，实现环保节能、减排、降耗、节约与降低维护维修费用的目的。