姜衍更，施昌富，李蜀生，馬軍常，傅吉收，張光榮

(1.青島達(dá)能環(huán)保設(shè)備股份有限公司，山東 青島 266300；2.國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 240000)

干排渣對(duì)鍋爐熱效率影響與優(yōu)化

姜衍更1，施昌富2，李蜀生1，馬軍常2，傅吉收1，張光榮1

(1.青島達(dá)能環(huán)保設(shè)備股份有限公司，山東 青島 266300；2.國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 240000)

按某630MW機(jī)組為例，從熱損角度定量對(duì)比了零溢流濕排渣和鱗斗干排渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐熱效率的影響；干排渣實(shí)際排煙溫度升高2.5℃，鍋爐熱效率仍提高0.205%；底渣量在5～22t/h之間，對(duì)應(yīng)排煙溫升不大于6～10℃時(shí),可提高鍋爐熱效率。建議采用量化控風(fēng)，不開(kāi)啟輔風(fēng)門或進(jìn)行風(fēng)門結(jié)構(gòu)優(yōu)化形成穿透換熱。

干排渣；鍋爐熱效率；鱗斗干渣機(jī)；量化控風(fēng)；穿透換熱

0 引言

燃煤鍋爐底渣系統(tǒng)目前主要有兩種：一是采用水冷卻的濕排渣系統(tǒng)，二是采用空氣冷卻的干排渣系統(tǒng)。根據(jù)全零溢流濕渣系統(tǒng)[1]知比較先進(jìn)濕排渣，1t底渣約消耗0.6t水，普通零溢流系統(tǒng)約0.8～0.9t水，而水力除渣更是達(dá)到8t水。干渣系統(tǒng)以其節(jié)能、節(jié)水的優(yōu)點(diǎn)[2-3]得到迅速應(yīng)用；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2016年，意大利MAC[4]系統(tǒng)裝機(jī)161臺(tái)套；我國(guó)干渣系統(tǒng)[5]裝機(jī)容量超過(guò)790臺(tái)套，其中1000MW78臺(tái)，600MW級(jí)220臺(tái)，300MW級(jí)317臺(tái)。

大量干排渣系統(tǒng)應(yīng)用中，也出現(xiàn)了許多問(wèn)題。行業(yè)內(nèi)許多專家學(xué)者對(duì)干渣系統(tǒng)的節(jié)能存在疑慮；有些專家基于干渣系統(tǒng)爐底是否進(jìn)風(fēng)的對(duì)比測(cè)定，得出干渣系統(tǒng)會(huì)降低鍋爐熱效率[6-7]。

本文從熱損角度對(duì)比濕和干渣系統(tǒng)，定量分析和實(shí)踐驗(yàn)證兩種底渣系統(tǒng)對(duì)鍋爐熱效率的影響。

1 電廠工況

A電廠采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的630MW超臨界直流爐，型號(hào)為HG-1900/25.4-YM，型式為單爐膛、前后墻對(duì)沖燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣型鍋爐。電廠原采用零溢流撈渣機(jī)系統(tǒng)，2015年末改造為鱗斗干排渣系統(tǒng)。煤質(zhì)分析見(jiàn)表1。

表1 煤質(zhì)資料及灰成分表

項(xiàng) 目設(shè)計(jì)煤種校核煤種1校核煤種2Sar/%0.490.600.90Mt/%6.97.8012.00Aar/%24.7730.8835.74Qnet.ar/MJ·kg-121.919.6218.195爐底渣/t·h-113.117.822.2(B-MCR)/t·h-1253283306

2 濕排渣系統(tǒng)水耗

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式Q=AE得A電廠爐內(nèi)蒸發(fā)水為2274.9kg/h。計(jì)算濕排渣系統(tǒng)殼體對(duì)流傳熱系數(shù)如表2，得爐底輻射熱消耗水量為2468.9kg/h。所以經(jīng)驗(yàn)公式只考慮了爐底熱輻射熱蒸發(fā)水量，并未考慮底渣熱量引起的水蒸發(fā)量。

表2 濕排渣殼體傳熱系數(shù)計(jì)算

項(xiàng) 目符號(hào)意義數(shù)值雷諾數(shù)Re=uL/ν196794.93努塞爾數(shù)Nu=0.664Re1/2Pr1/3261.91受迫對(duì)流傳熱系數(shù)/W·(m2K)-1h1=Nu×λ/L6.18殼體表面溫度/℃Ts25加速度/m2·s-1α2.14×10-5容積熱膨脹系數(shù)/1·k-1β3.41×10-3特征長(zhǎng)度/mL1.10瑞利數(shù)Ra=g×(β△T)L3/ν/α 1.26×109自然努塞爾數(shù)Nu=0.15Ra1/3162.13自然對(duì)流傳熱系數(shù)/W·(m2K)-1h2=Nu×λ/L3.82殼體總傳熱系數(shù)/W·(m2K)-1h熱7/2=h17/2+h27/26.49

Q渣=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5。式中Q渣是底渣熱量，Q1爐內(nèi)蒸發(fā)水熱量、Q2爐外蒸發(fā)水熱、Q3冷卻后灰渣余熱和帶走水熱、Q4殼體散熱、Q4補(bǔ)加水吸收熱。保守取進(jìn)入爐膛水蒸汽溫度500℃，撈渣機(jī)平均平衡溫度為60℃，計(jì)算得出Q1。如表3：

表3 撈渣機(jī)爐外蒸發(fā)水量計(jì)算

項(xiàng) 目符號(hào)意義數(shù)值定性溫度/℃tm37.9二元擴(kuò)散系數(shù)/m2·s-1DAB2.9×10-5水箱雷諾數(shù)Re=uL/ν423837.21舍伍德數(shù)Sh=0.664Re1/2SC1/3363.03強(qiáng)迫傳質(zhì)系數(shù)/m·s-1h3=Sh×DAB/L0.0039特征長(zhǎng)度/mL=A/P1.18格拉曉夫數(shù)Gr=g(β△T)L3/ν27733366744瑞利數(shù)Ra=Gr×SC4580241798舍伍德數(shù)Sh=0.15Ra1/3249.11傳質(zhì)系數(shù)/m·s-1h4=Sh×DAB/L0.0061總傳質(zhì)速率/kg·h-1h質(zhì)7/2=h37/2+h47/20.0065自然蒸發(fā)速率/kg·h-1n=h質(zhì)A(ρs-ρ∞)295.82

3 鍋爐熱效率對(duì)比

根據(jù)西安熱工院對(duì)A電廠干排渣系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，從爐底熱損方面對(duì)比濕和干排渣對(duì)鍋爐熱效率影響，計(jì)算如表4。

表4 濕和干排渣對(duì)鍋爐效率影響對(duì)比

項(xiàng) 目濕渣數(shù)值干渣數(shù)值煙氣總量/t·h-11695.71712.9燃煤總發(fā)熱量/MJ·h-142157504215750底渣總量/t·h-11010排渣溫度/℃60100底渣余熱/MJ·h-177207400爐外蒸發(fā)水量/kg·h-1295.82無(wú)爐底輻射蒸發(fā)水量/kg·h-12468.88無(wú)冷卻介蒸汽/空氣量/kg·h-12121.9417186.1排煙溫度/℃112.9115.4煙道冷卻介質(zhì)熱焓/kJ·kg-12696121濕/干排渣損失熱/MJ·h-1-1243.6-810殼體散熱/MJ·h-1-556.18-602.56爐外水蒸汽損失熱/MJ·h-1-751.98無(wú)爐內(nèi)水蒸汽/煙氣損失熱/MJ·h-1-12069.3-4573.4熱量總損失/MJ·h-1-14621.1-5986鍋爐效率對(duì)比/%基準(zhǔn)0.205

干排渣系統(tǒng)排煙溫度升高2.5℃，鍋爐熱效率仍比濕排渣高0.205%。主要原因是濕排渣用水冷卻，煙氣中水蒸汽遠(yuǎn)未飽和，氣化潛熱耗費(fèi)大量熱量，底渣和爐底輻射熱基本損失，滿負(fù)荷熱效率降低0.366%。而干渣能回收大部分爐底熱量，綜合排煙損失仍能提高鍋爐熱效率。設(shè)排渣量同鍋爐負(fù)荷成比例，按設(shè)計(jì)煤種在240/480/630MW負(fù)荷和兩種校核煤種滿負(fù)荷出力，計(jì)算排煙溫升0～10℃，與同等條件的濕排渣鍋爐熱效率對(duì)比得出隨排煙溫度的升高，鍋爐熱效率呈線性降低，但不同工況降低斜率不同；額定出力17.8t/h時(shí)，當(dāng)排煙溫度升高至7℃ 時(shí)，干與濕排渣效率相當(dāng)；出力在5～22t/h變化，對(duì)應(yīng)排煙溫升6～10℃之內(nèi)，干排渣提高鍋爐熱效率；當(dāng)排煙溫度進(jìn)一步升高時(shí)，降低鍋爐熱效率。相同負(fù)荷，渣量越大，干排渣對(duì)鍋爐熱效率正影響越大；當(dāng)渣量隨負(fù)荷線性變化時(shí)，渣量越小相對(duì)效率越高。若大幅提高鍋爐熱效率需要降低排煙溫度，即應(yīng)對(duì)風(fēng)量和風(fēng)溫進(jìn)行控制。

4 量化控風(fēng)研究及輔風(fēng)門影響分析

根據(jù)行業(yè)規(guī)范要求干排渣系統(tǒng)進(jìn)入爐膛的風(fēng)量不宜超過(guò)鍋爐燃燒空氣量的1%。風(fēng)量與風(fēng)門截面積和風(fēng)速有關(guān)。傳統(tǒng)干排渣冷卻風(fēng)依靠風(fēng)門開(kāi)度控制風(fēng)量，只是控制風(fēng)道面積；而爐底負(fù)壓會(huì)隨時(shí)變化，即風(fēng)速會(huì)隨時(shí)變化。所以這種控風(fēng)技術(shù)存在很大問(wèn)題。

B廠630MW機(jī)組2014年由撈渣機(jī)改造為鱗斗干渣機(jī)系統(tǒng)，主風(fēng)門大小為0.6×0.3m。2014年測(cè)試風(fēng)門開(kāi)度為99%,風(fēng)量為19113m3/h；同一機(jī)組2015年風(fēng)門開(kāi)度100%，風(fēng)量為7 214.6m3/h。風(fēng)門開(kāi)度基本相同時(shí)，風(fēng)量相差2.6倍。即主風(fēng)門為1.2×0.3m的傳統(tǒng)干排渣，僅主風(fēng)門風(fēng)量就會(huì)達(dá)到2%總風(fēng)量；所以依靠風(fēng)門開(kāi)度控風(fēng)精度很低，無(wú)法保證進(jìn)入爐底的風(fēng)量受控。

量化控風(fēng)最簡(jiǎn)單有效的方法是在主風(fēng)道中設(shè)置流量計(jì)，依靠流量計(jì)控制風(fēng)門開(kāi)度。

傳統(tǒng)干渣機(jī)除了頭頂部的主風(fēng)門外，在殼體兩側(cè)設(shè)置一定數(shù)量的輔風(fēng)門，風(fēng)門寬度約0.07～0.1m；其目的是提高冷卻效率，因?yàn)楸砻鎻?qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)約10w/(m2K)，穿透換熱系數(shù)為150～300w/(m2K)。但殼體的輔風(fēng)門能否形成穿透換熱需要進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)。

A廠實(shí)際負(fù)荷490MW，主風(fēng)門保持開(kāi)度100%，水平段兩側(cè)各打開(kāi)輔風(fēng)門10個(gè)，共計(jì)20個(gè)；渣斗測(cè)溫點(diǎn)位于各口底部，非進(jìn)入爐膛風(fēng)溫，干渣機(jī)出口溫度為排渣溫度。試驗(yàn)記錄如表5。

表5 輔風(fēng)門對(duì)鍋爐效率影響

時(shí)間1號(hào)渣斗/℃2號(hào)渣斗/℃3號(hào)渣斗/℃排渣溫/℃主風(fēng)量/m3·h-110∶32189.264293.52234.0295.7576437.910∶58189.204290.35231.02121.735203.911∶31189.284288.26230.6497.9695207.5

由上述試驗(yàn)得輔風(fēng)門開(kāi)啟能減少主風(fēng)門風(fēng)量，增加總進(jìn)風(fēng)量；且降低進(jìn)入爐膛風(fēng)溫，對(duì)鍋爐熱效率的提高產(chǎn)生負(fù)影響。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)輔風(fēng)門設(shè)置在殼體兩側(cè)，尺寸較小，冷卻風(fēng)進(jìn)入干渣機(jī)內(nèi)部后迅速擴(kuò)散，而輸送帶阻力較大，基本不形成穿透換熱；而是沿著殼體向上，從輸送帶與導(dǎo)流板之間的縫隙進(jìn)入渣斗。因?yàn)楹茈y形成穿透換熱，而換熱面積又小于頭部的冷卻風(fēng)，所以目前結(jié)構(gòu)輔風(fēng)門是負(fù)面的，建議正常運(yùn)行不要開(kāi)啟或進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)；例如將風(fēng)門擴(kuò)展內(nèi)部風(fēng)管，讓風(fēng)管深入殼體內(nèi)部，使冷卻風(fēng)進(jìn)入輸送帶底部，從而形成穿透換熱。

5 結(jié)論

A電廠由零溢流濕排渣改造為鱗斗干排渣后，排煙溫度升高2.5℃，鍋爐熱效率比原濕排渣提高0.205%；隨著排煙溫度的升高，鍋爐熱效率呈線性降低；當(dāng)?shù)自?～22t/h變化，對(duì)應(yīng)排煙溫升不大于6～10℃時(shí)，干排渣提高鍋爐熱效率；當(dāng)排煙溫度進(jìn)一步升高時(shí)，干排渣降低鍋爐熱效率；相同負(fù)荷，渣量越大，干排渣對(duì)鍋爐熱效率正影響越大；當(dāng)渣量隨負(fù)荷線性變化時(shí)，渣量越小相對(duì)效率越高；傳統(tǒng)依靠風(fēng)門開(kāi)度無(wú)法控制風(fēng)量；建議采用流量計(jì)等實(shí)現(xiàn)量化控風(fēng)，提高鍋爐熱效率；傳統(tǒng)輔風(fēng)門會(huì)增加進(jìn)風(fēng)量，對(duì)鍋爐熱效率提高產(chǎn)生負(fù)影響；建議正常運(yùn)行不要開(kāi)啟或進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，使冷卻風(fēng)進(jìn)入輸送帶底部，形成穿透換熱。

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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，山東青島膠州人，高級(jí)工程師，鍋爐除灰和煙氣環(huán)保專業(yè)。E-mail:13589382551 zgr@daneng.cc