徐剛

摘 要：該文主要分析了干式排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行的主要影響，并著重論述了干式排渣系統(tǒng)三大組成部分：機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法，對(duì)工程項(xiàng)目中干渣機(jī)的選型會(huì)有一些參考價(jià)值。干式排渣與水力排渣系統(tǒng)相比有著系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、節(jié)水環(huán)保、干渣活性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過計(jì)算冷卻爐渣用的爐底進(jìn)風(fēng)量對(duì)鍋爐效率、爐膛出口煙溫等的影響，從理論上透徹地掌握了干式排渣冷卻系統(tǒng)對(duì)鍋爐安全運(yùn)行所造成的影響，從而為該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行提供有力的技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：干渣系統(tǒng) 機(jī)械 電氣 控制

中圖分類號(hào)：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0117-02

1985年意大利MAGALDI公司發(fā)明并研制開發(fā)了MAC干式排渣系統(tǒng)，截至2014年，國外已有20多個(gè)國家多個(gè)燃煤電廠150多臺(tái)20～700 mW機(jī)組的鍋爐選用了MAC干式除渣系統(tǒng)，鍋爐正常排渣量一般不超過6.5 t/h、最大排渣量不超過25 t/h，每爐配1臺(tái)長度20～40 m的MAC風(fēng)冷干式排渣機(jī)；僅希臘Magaiopolis電廠3號(hào)機(jī)組（300 mW）正常排渣量高達(dá)25 t/h、最大排渣量高達(dá)50 t/h。

因干式排渣系統(tǒng)具有節(jié)水、節(jié)電、維修費(fèi)用低、能有效降低爐底灰渣含碳量等顯著優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)階段建設(shè)新型環(huán)保電廠的要求，以鋼帶輸渣機(jī)為主體設(shè)備的干式排渣系統(tǒng)逐漸被廣大用戶所接受而得以迅速推廣。現(xiàn)全國采用干式排渣系統(tǒng)的火力發(fā)電廠數(shù)量已經(jīng)超過了百個(gè)，配套機(jī)組容量也從原來的200 mW發(fā)展到300 mW，600 mW超臨界、超超臨界，1000 mW超超臨界燃煤機(jī)組。隨著干式排渣系統(tǒng)的大量應(yīng)用，其系統(tǒng)穩(wěn)定性也越來越得到各大設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)人員和電廠運(yùn)行、檢修人員的重視。正是由于眾多優(yōu)點(diǎn)，干式排渣系統(tǒng)也受到各大電力投資公司的青睞，在項(xiàng)目招標(biāo)的時(shí)候均要求采用此系統(tǒng)，特別是那些缺少淡水的區(qū)域，更加趨向于此種系統(tǒng)。

1 干式排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行的主要影響

干式排渣系統(tǒng)是對(duì)原有水力除渣系統(tǒng)的代替，不是新增的輔機(jī)設(shè)備，但對(duì)鍋爐的運(yùn)行影響具有自己的特點(diǎn)。

1.1 系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)對(duì)鍋爐運(yùn)行效率的影響

系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)分為冷卻進(jìn)風(fēng)和漏風(fēng)。冷卻進(jìn)風(fēng)是包括從手動(dòng)進(jìn)風(fēng)門和電動(dòng)（或氣動(dòng)）進(jìn)風(fēng)門進(jìn)入封閉的鋼帶輸渣機(jī)的冷卻灰渣的正常進(jìn)風(fēng)。（如圖1）

漏風(fēng)是包括設(shè)備連接部位（如：斗提機(jī)與碎渣機(jī)、鋼帶輸渣機(jī)和爐底排渣裝置，渣井和鍋爐水冷壁下聯(lián)箱）和設(shè)備本身（如鋼帶輸渣機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)段連接處）的所有非正常進(jìn)風(fēng)。

根據(jù)多方單位測(cè)試研究表明，當(dāng)鋼帶輸渣機(jī)內(nèi)灰渣的冷卻風(fēng)量小于鍋爐總進(jìn)風(fēng)量的1%時(shí)，不會(huì)影響到鍋爐效率和爐膛火焰中心高度。系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)為冷卻進(jìn)風(fēng)和漏風(fēng)之合。為獲得最好的冷卻效果，應(yīng)盡量加大冷卻風(fēng)量，減少系統(tǒng)漏風(fēng)，如非螺栓連接金屬接合面采用滿焊，螺栓連接接合面之間加石棉布和鉛油，觀察窗和檢修門加耐高溫橡膠等封閉措施。

1.2 系統(tǒng)停運(yùn)對(duì)鍋爐負(fù)荷的影響

干式排渣系統(tǒng)在BMCR工況下設(shè)計(jì)停機(jī)時(shí)間是12 h（此為根據(jù)印尼龍灣315 mW機(jī)組上、由于燃燒煤質(zhì)較好、鍋爐底渣設(shè)計(jì)連續(xù)排渣量為1 t/h。而計(jì)算出的時(shí)間），在國內(nèi)大部分電廠，由于大部分燃燒低品質(zhì)煤種，則停機(jī)時(shí)間可能會(huì)縮短，這取決于渣量和渣井的容量。如果想要進(jìn)一步延長干渣系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，可以通過降低負(fù)荷實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過對(duì)300 mW機(jī)組試驗(yàn)，在一臺(tái)磨煤機(jī)工作情況下，系統(tǒng)可停機(jī)9 h以上。因此在通常情況下，干式排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐的影響非常小。

2 干式排渣系統(tǒng)工藝設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性

對(duì)鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生潛在威脅的，還有干式排渣系統(tǒng)設(shè)備自身的穩(wěn)定性和安全性。其主要系統(tǒng)設(shè)備包括：渣井、爐底排渣裝置、鋼帶輸送機(jī)、碎渣機(jī)。

2.1 渣井設(shè)備（含水封或機(jī)械密封）

渣井設(shè)備的安全性主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密封兩方面。渣井設(shè)備不但要滿足BMCR工況下12 h的儲(chǔ)渣要求，還要保證落大焦情況下的耐沖擊要求。圖2為采用大型有限元軟件ANSYS進(jìn)行格柵受60 m高2000 kg大焦塊沖擊時(shí)的狀態(tài)分析圖。

從圖2可以看到，格柵只是局部發(fā)生形變，并不會(huì)損害，有效地保護(hù)了下方的鋼帶輸送機(jī)設(shè)備。渣井的獨(dú)立支撐，加強(qiáng)筋都可有效提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

正對(duì)鍋爐側(cè)壁，渣井下部澆注的耐火澆注料也會(huì)經(jīng)常遭到焦塊的沖擊，因次耐火澆注料在保溫隔熱的同時(shí)還要具有一定的強(qiáng)度。

渣井與鍋爐水冷壁下聯(lián)箱的連接密封現(xiàn)在有兩種方式。一種是水封，一種是機(jī)械密封。兩種方式都可滿足爐膛X、Y、Z方向上的位移要求。機(jī)械密封一次性投資比水封大3倍左右，但省了運(yùn)行時(shí)補(bǔ)水的費(fèi)用，而且沒有鍋爐啟動(dòng)時(shí)水封槽內(nèi)溢水的問題，只要施工時(shí)焊接仔細(xì)，安裝正確就不會(huì)存在漏風(fēng)問題。

2.2爐底排渣裝置

爐底排渣裝置的安全性主要表現(xiàn)在擠壓頭的靈活開關(guān)上。在鋼帶輸送機(jī)及后續(xù)輸送系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，該裝置的擠壓頭關(guān)閉，爐渣暫時(shí)存儲(chǔ)于渣井。安裝于防護(hù)隔柵上（格柵間隔200 mm）的擠壓頭打開或關(guān)閉狀態(tài)均為水平移動(dòng)，垂直作用力由靜止的隔柵承受，關(guān)斷門不受力，即使油缸失靈也不會(huì)自動(dòng)打開。隔柵、擠壓頭采用耐高溫、耐磨材料，熱變形小。擠壓頭采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，壓力可達(dá)5 t，保證關(guān)閉時(shí)不會(huì)被大渣，大焦卡住，并起到預(yù)破碎大焦的作用。

2.3 鋼帶輸渣機(jī)

鋼帶輸渣機(jī)是干式排渣系統(tǒng)的核心設(shè)備，其安全性主要表現(xiàn)輸送鋼帶和驅(qū)動(dòng)裝置。只要鋼帶輸渣機(jī)不停，一般就不會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。鋼帶的材質(zhì)一般都采用進(jìn)口超低碳耐熱不銹鋼，鋼帶的寬度需根據(jù)鍋爐的排渣量來選擇，一般在800～1600 mm之間。鋼帶的結(jié)構(gòu)不同干式排渣系統(tǒng)廠家會(huì)有不同的結(jié)構(gòu)。經(jīng)多年的研究，如下的鋼帶結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的熱強(qiáng)性和抗蠕變性能，優(yōu)良的持久塑性和組織穩(wěn)定性，常溫和高溫下，安全系數(shù)范圍（3～6）。（如圖3）

驅(qū)動(dòng)裝置分為鋼帶驅(qū)動(dòng)和清掃鏈驅(qū)動(dòng)兩部分。目前采用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大都采用進(jìn)口品牌的產(chǎn)品，國產(chǎn)品牌在穩(wěn)定性和體積上均達(dá)不到相關(guān)的要求。如比較常見的鋼帶驅(qū)動(dòng)采用的是意大利的布雷維尼的減速機(jī)，清掃鏈驅(qū)動(dòng)采用的是德國的SEW，原配的ABB變頻電機(jī)，兩種產(chǎn)品都有10來年的干式排渣系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)績(jī)。與變頻電機(jī)配套的變頻器可選擇余地較大，如：西門子、施耐德、AB系列均可。

2.4 碎渣機(jī)

碎渣機(jī)的安全性主要表現(xiàn)在吃大渣和大焦的效果和使用壽命。碎渣機(jī)工作溫度按不低于350 ℃設(shè)計(jì)。因國內(nèi)鍋爐燃燒煤種復(fù)雜多樣，故有渣量大，易結(jié)焦的特點(diǎn)。這就要求碎渣機(jī)不但要有較大的出力，還要有較強(qiáng)的吃大焦、硬焦能力。根據(jù)近幾年對(duì)進(jìn)口碎渣機(jī)使用情況反饋來看，進(jìn)口碎渣機(jī)普遍不適應(yīng)中國的爐渣情況，具體表現(xiàn)在碎渣機(jī)輥齒板易碎，碎渣機(jī)顎齒板易碎，軸承易磨損，主軸壽命短。相比較進(jìn)口碎渣機(jī)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，專門針對(duì)國內(nèi)市場(chǎng)干排渣市場(chǎng)研發(fā)生產(chǎn)的耐高溫碎渣機(jī)實(shí)際使用效果良好，對(duì)大渣，大焦的優(yōu)異處理能力得到了眾多電廠的肯定。其主要性能指標(biāo)有：碎渣機(jī)輥齒及顎齒板工作壽命大于24000 h，主軸工作壽命大于80000 h，軸承工作壽命大于30000 h，殼體、支架等結(jié)構(gòu)件壽命不小于30年。（如圖4）

3 干式排渣系統(tǒng)電氣設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性

3.1 設(shè)備供電等級(jí)

目前國家尚無干式排渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，參考水力除渣設(shè)備供電級(jí)別和以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)設(shè)備使用重要性和負(fù)荷大小采用如下供電方式：鋼帶輸渣機(jī)、碎渣機(jī)、斗提機(jī)、渣倉卸渣設(shè)備等可從輔機(jī)MCC采用單路供電；液壓泵站控制箱因?yàn)榭刂茽t底排渣裝置，對(duì)鍋爐運(yùn)行影響較大，建議采用雙路供電，在泵站控制箱內(nèi)設(shè)電源自動(dòng)切換裝置。

3.2 電氣元器件的選擇

干式排渣系統(tǒng)所用電氣元器件不多，而維修往往需要停系統(tǒng)才可進(jìn)行，故電氣元器件盡可采用質(zhì)量、壽命可靠的產(chǎn)品。如：施耐德、ABB、穆勒、西門子等國際大廠產(chǎn)品。

3.3 就地控制箱的IP等級(jí)

干式排渣系統(tǒng)一般都配有就地控制箱，已滿足特殊工況下就地操作的需要。就地環(huán)境一般比較惡劣，尤其是南方地區(qū)鍋爐廠房一般不做封閉處理，爐底環(huán)境同室外環(huán)境，故控制箱防護(hù)等級(jí)一般不能低于IP54?？刂葡鋺?yīng)考慮防雨，如果內(nèi)設(shè)變頻器還需考慮通風(fēng)散熱。

3.4 電動(dòng)機(jī)的IP等級(jí)

除液壓泵站電機(jī)工作環(huán)境較好，可考慮IP44防護(hù)等級(jí)外，其余電機(jī)大多工作于室外，環(huán)境較差，防護(hù)等級(jí)應(yīng)按不低于IP54設(shè)計(jì)。

4 干式排渣系統(tǒng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性

4.1 系統(tǒng)硬件要求

干式排渣系統(tǒng)既可納入DCS控制系統(tǒng)集中監(jiān)視控制，也可設(shè)置單獨(dú)的PLC加操作員站監(jiān)視控制。因DCS系統(tǒng)本身具有很高的穩(wěn)定性，故在硬件方面可以保證系統(tǒng)可靠性，主要是考慮軟件編程應(yīng)滿足干式排渣系統(tǒng)連鎖保護(hù)要求，并進(jìn)行完整的連鎖保護(hù)試驗(yàn)。在新建電廠中，由于DCS廠家對(duì)干式排渣系統(tǒng)重視程度不夠，經(jīng)常發(fā)生連鎖保護(hù)尚未完善，系統(tǒng)就開始運(yùn)行的情況，給系統(tǒng)安全運(yùn)行造成很大隱患。在采用PLC加操作員站控制方式時(shí)，對(duì)PLC的選擇提出了較高的要求。如可編程序控制器（PLC）應(yīng)帶有雙機(jī)熱備中央處理單元（CPU），冗余的電源模件，冗余的通訊模件。目前國內(nèi)應(yīng)用最多的是Modicon的QuantumUnity和AB的ControlLogix系列。在PLC機(jī)柜布置上，無論是CPU主站還是遠(yuǎn)程I/O站，均布置在灰控樓控制室較為理想，現(xiàn)場(chǎng)條件很難滿足PLC模塊運(yùn)行條件，非常容易由于積灰造成模塊損壞。

4.2 系統(tǒng)軟件要求

干式排渣系統(tǒng)由多個(gè)設(shè)備組成，設(shè)備之間的連鎖保護(hù)由控制系統(tǒng)完成，故控制系統(tǒng)編程的完整性和可靠性是干式排渣系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要保證。為保證程序可靠運(yùn)行，除按干式排渣系統(tǒng)控制要求和控制邏輯圖正確編寫程序外，還應(yīng)進(jìn)行完整的連鎖保護(hù)調(diào)試，通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的漏洞，通過試運(yùn)行來檢驗(yàn)。

5 結(jié)語

干式排渣系統(tǒng)從引進(jìn)到國產(chǎn)化已經(jīng)經(jīng)過了20來年的時(shí)間，設(shè)備也從開始的模仿發(fā)展到現(xiàn)在的自主創(chuàng)新，對(duì)國內(nèi)燃煤鍋爐的適應(yīng)性越來越好，安全可靠性也越來越高。在工程項(xiàng)目的投標(biāo)和干式排渣系統(tǒng)的招標(biāo)過程中，本文可以用來做以參考。

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