火力发电厂除渣系统技术及应用

火力发电厂除渣系统技术及应用

高名园

中国能源建设集团黑龙江省电力设计院黑龙江哈尔滨150078

摘要：以某火电厂锅炉改造为例，首先分析了影响锅炉结渣的因素，探讨了当前较多应用的干除渣技术的基本原理、系统及构成。通过在火电厂中应用干除渣技术，原水力除渣系统得到有益简化，还具有了节电、节水等特点，经济效益好。

关键词：火电厂；除渣系统；干除渣技术；锅炉

某火电厂总装机容量4×200MW，配置有4台高压、自然循环、平衡通风、全悬吊、燃煤固态排渣汽包锅炉（HG670/140-13型）。水浸式捞渣机将炉底渣捞出，然后将其破碎处理，最后经水力喷嘴冲到渣泵房渣池，由渣浆泵将其输送至厂外。针对该厂除灰系统所存在的诸如故障多、系统设备多、除灰与除渣环节多等问题，为了有效解决上述问题，该企业结合自身实况，最终选择了以钢带式输渣机为主的干排渣系统。

一、影响锅炉结渣的因素

1.灰渣特性。灰熔融温度特性被广泛用作判断煤灰结渣性能的指标之一。灰熔融温度特性同灰的成分有关，一般而言灰中的酸性氧化物会提高灰的熔化温度，碱性氧化物则相反。同一煤种灰的熔化温度在氧化氛围中比在还原氛围中高。煤灰的高温粘度-温度特性参数也是初步评价煤粉炉结渣倾向的指标。该参数反应了熔融状态煤灰在降温过程中粘度与温度的关系。

2.锅炉设计因素。锅炉设计对结渣和积灰存在一定影响。由于锅炉设计的不同，同一煤种在不同锅炉中燃烧结渣表现也不同。锅炉设计的改善对预防结渣起着重要作用。

3.锅炉运行因素。煤粉细度、锅炉负荷及烟气温度均会影响结渣。煤粉过细将使煤粉气流着火快，燃烧区域局部温度升高，会加剧燃烧器喷口及其周围水冷壁结渣；煤粉过粗易造成炉膛上部和过热器结渣。锅炉负荷增加过多会使结渣增加，烟气温度的增加也将加剧结渣。适当加大过剩空气量能加大炉膛内氧化区范围，从而减少结渣。灰分中FeO和Fe都比Fe2O3熔点低。铁在较强的还原性气氛中，主要以纯铁存在；在一般性还原气氛中，则主要以FeO状态存在；而在氧化性气氛中，则呈Fe2O3状态。因此，灰熔点和灰渣结晶温度在还原性气氛中比在氧化性气氛中低。国外某燃用褐煤的500MW机组，将设计过剩空气量取值为30%~40%（体积百分数），以限制炉膛出口温度。

二、干除渣技术的基本工作原理

当锅炉处于运行状态时，因冷灰斗落下的热灰渣，通过炉底排渣装置落至钢带式输渣机呈持续运作状态的输送钢带上，会随着输送钢带呈低速移动。受锅炉内部的负压影响，经钢带式输渣机壳体周围的通风孔，会进入一定的冷空气，这些冷空气会逐渐冷却在输送钢带上的热灰渣，使之再次燃烧，完成高温炉渣与冷空气之间的热交换，当冷空气受热，温度升至300～400℃时进至炉膛，而灰渣经冷却降至低于200℃时，便会被输送至碎渣机。对于炉底渣，其经过碎渣机完成破碎处理后进至中间渣仓，如果此仓发出高料位信号，炉底渣便会从中间渣仓，通过电动锁气给料机，被送至负压输送管道，经三级气固而分离完成过滤后，气体首先会冷却，然后经负压罗茨风机，实现外排，而炉渣会被收集至灰罐；如果罐内有高料位信号发出，炉渣便会通过卸灰球阀而被卸至储渣仓，最后在仓底被汽车送出。

三、系统主要组成

炉底排渣装置位于钢带式输渣机与锅炉储渣斗之间。此机储渣斗间，依据金属膨胀节实现连接，并对渣斗的膨胀予以吸收。此机能够较好地防止大体积结焦渣块对输送钢带可能造成的冲击，另外，还能实现压头、预破碎处理。对于格栅而言，则能最大化降低炉膛辐射热对输送钢带所带来的影响，还能减少其热负荷。除此之外，还能将锅炉储渣斗出口关闭，便于后续更加方便地检修设备。此机结构与关断式闸板门较为类似，由驱动液压缸、隔栅、箱体、钢结构支架及挤压头等组成。共2套锅炉储渣斗，每套均有挤压头2对，油缸驱动共16个，缸挤压力60kN，出料粒度不大于280mm。在箱体外，设置有摄像监视器，能够对炉底排渣情况进行实时性监控。如果出现结焦状况，则需及时进行处理。如果有较难挤碎的焦块，可以运用专用工具，将相应隔栅抽出，使其落至输送带上，或细致观察窗手孔，进行人工破碎。

2.钢带式输渣机

在干排渣系统中，钢带式输渣机为其核心设备，通常将其安装于炉底排渣装置出口处。此机由箱体结构、拖链刮板组件、输送钢带组件等组成。对于钢带输送部分而言，则由驱动机构、张紧机构、托轮、侧向限位轮及耐高温输送网带等构成；刮板清扫部分由张紧机构、托轮、链条及驱动机构等构成；箱体外侧设置有能够进行调节的进风口，而在箱体顶部，则有主进风孔2个，能够依据出渣量自动调节。针对拖链刮板张紧、输送带，则选用的是液压张紧方式，液压破碎机与压力源共用一套。另外，其内部还设置有蓄能罐。

3.碎渣机

此机实为一种单辊碎渣机，主要用作破碎炉底渣，提升冷却效果，出料粒度最大为15mm。

4.电动锁气给料机

此机功能为把中间渣仓当中的炉底渣，比较均匀地送至负压输送管道，并对送料时的系统负压进行维护。

5.干除渣控制系统

对于干除渣系统而言，其配置有先进的PLC自动控制系统，经CRT操作员站能够检测与控制储渣仓、碎渣机、炉底排渣装置、钢带输送机及负压输送系统等，确保系统的安全运行。系统将现场总线技术（PROFIBUS），用做现场设备与工程师控制站之间的信息交换系统，将网络通讯技术与工控的集散控制系统相融合，仅需2根电缆便能传输所有信息。

四、干除渣改造内容

安装破碎机、给料机、碎渣机、中间渣仓、储渣仓，进行锅炉水封槽改造。加高水封槽内部的挡水板，从之前的水封槽内槽溢流，更改成外槽溢流，将溢流水外排至炉零米汽机侧的沟道中。对于水封槽供水而言，则从原先的除灰水更改成工业水，设置2个浮球阀，经水封槽水位，对工业水供水量进行有效控制。拆除锅炉冷灰斗喷嘴及附属供水管，避免由此而造成的漏水情况。此外，还应安装控制设备，进行系统调试、试运。

五、经济效益分析

改造完成后，对干除渣系统的性能进行了系统化测试。测试内容为钢带式输渣机空载试运情况、钢带式输渣机出力情况、钢带式输渣机冷却效果及炉底渣冷却风量。另外，还有锅炉热力试验和压气力输送系统测试，最终得出以下结果。

1.节约冲渣用水

工程中部分锅炉不再用冲渣用水，改造了厂内的除渣、除灰用水系统，目的在于节约厂内除渣与除灰用水。比如把灰浆泵（100ZJ-A45型）安装在1号渣泵房，来替代原先的250ZJ-1-A80型（扬程为111.7m，流量为1188m3/h，630kW）；

改造了厂内浓缩池，回收高井渣水，运用柱塞泵房回水泵（200ZJ-1-A70型，扬程为78m，流量为820m3/h），为1号、2号锅炉水力除渣提供用水。

2.改造后，此系统的最大电耗为176.2kW，节约用电达523.5kW，以每年6000h来计算，节电量达3253000kW•h。

结束语

综上所述，火电厂应用干除渣系统，符合其今后发展趋势，能够帮助火电厂提升运行质量与效率，节约用水、用电，提升总体效益。此系统相比于传统的与水力除渣系统，可是用电量大幅降低，而且炉底渣系干渣，易破碎，活性低。

参考文献：

［1］于长友.燃煤电厂钢带式排渣机干式除渣技术［J］.中国电力，2017，40（01）.

［2］忻伟君，许良毅，卢国芯，等.程控网络在闵行电厂除渣程控系统改造中的应用［J］.发电设备，2015，19（02）.

［3］陈躬炎.基于ControlNet的集散控制技术在除渣系统中的应用［D］.南京：南京理工大学，2006.