中國能源建設集團科技發(fā)展有限公司 李文科

2021年國家執(zhí)行最新《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標準》（GB18599-2020），對火電廠的灰渣排放處置也提出了更高的環(huán)保要求。在火電廠的眾多設備中，燃煤鍋爐的排渣系統(tǒng)作為其中的一項重要輔助設備，在電廠生產(chǎn)中發(fā)揮著關鍵的作用[1]。從20世紀八十年代開始，灰渣分除的濕式除渣系統(tǒng)在燃煤電廠得到廣泛的應用[2-3]。我國從20世紀九十年代引入干式除渣技術[4]，干式排渣技術與水力排渣系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)維護簡單、節(jié)水環(huán)保、干渣活性好等優(yōu)點，為燃煤電站排渣系統(tǒng)在節(jié)水、節(jié)能及綜合利用方面開辟了新的途徑[5]。

1 設備概況

某電站現(xiàn)有2臺350MW 和4臺140MW 燃煤機組。其中，3、5、6號機組鍋爐均為上海鍋爐廠設計制造的超高壓、中間一次再熱、單汽包自然循環(huán)、平衡通風、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣煤粉爐，采用全鋼雙排柱構架懸掛結構方式，爐本體采用露天布置。配套雙室四電場高效電除塵器。鍋爐除渣系統(tǒng)采用水力除渣，鍋爐排渣后爐渣經(jīng)碎渣機破碎后排至渣溝，然后經(jīng)渣漿池和渣漿泵輸送至灰場或脫水倉。

1.1 排渣系統(tǒng)改造必要性

目前，除渣及脫水倉設備已運行多年，運行設備陳舊，故障頻發(fā)，需耗費大量人力物力，去灰場排渣水污染重且消耗水量大，如對含渣廢水進行處理，投資費用大，運行維護成本高。市環(huán)保局要求電廠沖渣水不能外排。脫水倉和濃縮機的分級水處理系統(tǒng)進行修復治理，恢復原有功能，經(jīng)測算須投資500余萬元，投資大，且不能徹底解決除渣設備老舊和環(huán)保面臨的問題。電廠輸灰管線埋于地下，經(jīng)過多年輸送灰漿，現(xiàn)管道經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕泄漏，嚴重影響了機組的生產(chǎn)運行，且泄漏時對管道沿線的居民及公園區(qū)域造成污染，嚴重影響周圍居民生活。綜上可以看出，電廠需要取消3、5、6號機組鍋爐水力沖渣系統(tǒng)，采用干式除渣系統(tǒng)輸送到渣倉。

1.2 排渣設備現(xiàn)狀

3、5、6號機組鍋爐渣斗排出的渣漿經(jīng)灰渣溝匯入渣漿池內，通過渣漿泵將渣漿送入脫水倉或貯灰場?，F(xiàn)除渣系統(tǒng)設兩臺脫水倉，一臺接受渣漿，一臺進行脫水、卸渣。渣在脫水倉中經(jīng)4～8h 的脫水后由汽車拉走，脫水倉的溢流水、析水進入高效濃縮機進行沉淀，沉淀后的渣漿由立式泥漿泵打入脫水倉再脫水，較干凈的溢流水進入濃縮機后，進入緩沖池，干凈的溢水進入補水池，由管道泵將水打至脫水倉后做反沖洗用。脫水倉的有效容積約180m3。

目前的濕式排渣系統(tǒng)為國內20世紀八十年代技術，存在耗水量大、系統(tǒng)龐大復雜，故障率高和沖渣系統(tǒng)管道易堵塞等問題。電廠350MW 機組粉煤灰全部綜合利用，采用罐車裝運，可銷售到周邊水泥廠和攪拌站。銷售價格受季節(jié)影響略有波動，全年平均價格約為67元/t。140MW 機組采用水力除渣，由于脫水倉脫水效果不好，無法直接利用，受環(huán)保檢查影響，無法晾曬，目前采用與干渣搭配銷售的方法，免費裝車外運，干渣搭配銷售價格約為5元/t，銷售利潤較低。

1.3 濕式排渣系統(tǒng)存在的問題

一是水耗高。年耗水約5萬t/臺機組，水耗費用6萬元/臺機組，若進行水處理建造設備費用2.4萬元/臺機組，廢水處理費用2.25萬元/臺機組，四臺機組水費每年33萬元。二是能量浪費。濕渣系統(tǒng)很難回收底渣中的熱量。而干渣系統(tǒng)可回收爐底渣殘余熱量，提高鍋爐熱效率。三是故障率高。設備老化檢修維護費用高；檢修維護工作量大；配件庫存量大；檢修和維護不便。四是灰渣綜合利用低。灰渣經(jīng)過水融合后，活性降低，綜合利用差。干渣系統(tǒng)中灰渣燃燒充分、碳含量低，保留了爐渣的活性，利于灰渣綜合利用，提高公司效益。五是環(huán)境污染。由于濕式除渣無利用價值，需做填埋處理造成環(huán)境污染。

2 干式排渣改造方案

2.1 干式排渣系統(tǒng)

干式排渣方案和濕式排渣系統(tǒng)在技術上較可靠的，使用壽命較長。干式排渣系統(tǒng)簡單，不需要用水，故不存在結垢問題。排渣外運是用密閉運渣汽車外運供綜合利用或運到灰場碾壓貯存。為了不破壞渣的原有活性，干排渣外運還可用干渣廂式貨車輸送，提高渣綜合利用率。

采用風冷式鋼帶干排渣機的除渣系統(tǒng)簡單，占地面積小，運行費用低，干渣綜合利用價值高，隨著鋼帶輸渣機國產(chǎn)化設備技術的不斷完善，價格下降等因素，促使其在國內大型火力發(fā)電機組的應用有強勁遞增的勢頭。根據(jù)相關資料，截至2018年年底國內已有500余個燃煤電廠簽訂了近千臺鋼帶輸渣機訂貨合同，其中已投產(chǎn)約600臺套，包括600～1000MW 機組已投產(chǎn)約200臺套。干式除渣系統(tǒng)正在逐步取代原來的濕式撈渣機系統(tǒng)。

干式除渣系統(tǒng)是在不用水的條件下采用空氣自吸入處理爐底渣的系統(tǒng)。爐底改干式排渣機后，爐底渣（約800～950℃）在干式輸渣機內與冷空氣進行熱交換，進入爐內的空氣可加熱到約400℃。能提高鍋爐效率約0.32%（初步理論估算值）。爐底渣在冷卻的過程中進一步燃燒，爐底渣的含碳量改造前后大約能降低到0.2%～0.3%；燃煤電廠濕渣系統(tǒng)改為干渣系統(tǒng)適合我國節(jié)能減排，保護環(huán)境的指導方針政策。

2.2 干式排渣系統(tǒng)原理

干式排渣系統(tǒng)的流程如圖1所示。

圖1 干式排渣系統(tǒng)流程圖

機械密封：用于渣井與鍋爐連接處的密封，能承受高溫且能滿足鍋爐各個方向的熱膨脹量。渣井：用于鍋爐與渣井之間的過渡連接，呈錐形漏斗狀，渣井內襯需澆筑耐火澆注料，主要起到爐渣緩沖和暫時儲渣的作用。液壓破碎關斷門：油缸驅動，設置密集格柵，有效防止大渣直接落到干渣機輸送帶對干渣機造成破壞；在有大渣時，起到破碎作用；關閉門體時，起到隔絕渣井與干渣機的作用，便于后續(xù)環(huán)節(jié)設備的檢修。風冷干渣機：干除渣系統(tǒng)的主要設備，其作用為渣的冷卻和輸送。碎渣機：二級破碎，將渣塊進一步破碎至約25mm×25mm 小塊，便于渣倉儲存。渣倉：儲渣。布袋除塵器：對斜渣過程的含塵空氣進行有效過濾，保證達標排放。干卸料：貯存在渣倉的灰渣直接通過此設備裝入自卸車，該設備排出的灰渣不含水，可用于二次利用。濕式卸料：貯存在渣倉的灰渣直接通過此設備裝入自卸車，該設備排出的灰渣不揚塵但適量含水，不造成二次污染可直接堆放至灰場。干式排渣系統(tǒng)的原理如圖2所示。

圖2 干式排渣系統(tǒng)原理圖

3 干式排渣改造后性能效果分析

3.1 干式排渣系統(tǒng)低負荷與高負荷運行對比

對2號爐進行了低負荷和高負荷試驗。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，干排渣系統(tǒng)高負荷時有利于提高鍋爐效率，低負荷時降低鍋爐效率。所以，根據(jù)不同的負荷和不同的環(huán)境溫度，通過對干排渣各進風口的風量調節(jié)和液壓關斷門的開關，提高鍋爐效率約0.3百分點。

3.2 鍋爐熱效率對比

利用反平衡熱效率法對鍋爐的效率進行計算，當鍋爐中燃料燃燒時，各項熱損失越少，鍋爐效率越高。計算式如式（1）：

其中：ηgl為鍋爐熱效率，%；q2為排煙熱損失百分比；q3為可燃氣體未完全燃燒熱損失百分比；q4為固體未完全燃燒熱損失百分比；q5為鍋爐散熱損失百分數(shù)；q6為灰渣物理熱顯熱熱損失百分數(shù)。

干式排渣系統(tǒng)改造前鍋爐的散熱損失、排煙損失、機械未完全燃燒熱損失都要高于改造后的熱損失。其中，煤中灰分的90%進入煙氣成為飛灰，但是由于排出爐外的飛灰溫度約等于排煙溫度，而大、中型鍋爐的排煙溫度通常為150～160℃，且飛灰的比熱僅為0.82kJ/（kg），所以，飛灰的物理熱損失通常小于千分之一而忽略不計。改造后的鍋爐總熱損失為9.38%，改造前的平均總熱損失為9.645%，熱損失平均減少0.265%，所以鍋爐的總效率升高0.265%。根據(jù)運行記錄，改造前鍋爐效率平均約為90.5%，改造后鍋爐效率可增加為90.765%。

4 效益分析和預期效果

4.1 效益分析

按照正常排渣量設計煤種10t/h；水價格2元/t；廠用電價0.4元/kWh；干爐渣每噸售價根據(jù)當?shù)貐^(qū)20元/t，濕渣10元/t（委托處理費用）；鍋爐按年運行時間5000h 計算，干、濕卸渣設備出力100t/h。

水資源。原濕式除渣費用為：2元/t×（10×30%（濕渣帶走）＋2（蒸發(fā)））t/h×5000h/年=5萬元/年。若采用干渣系統(tǒng)干式排放，無水耗；若采用加濕卸渣，25%含水率?？刹捎妹摿驈U水進行加濕攪拌卸料，無額外費用增加，且有其余社會效益增加。

爐渣利用。濕式除渣：-10元/t×10t/h×5000h/年＝-50萬元/年。干式除渣：20元/t×10t/h×5000h/年＝100萬元/年。

年配件費用。濕式除渣：平均約30萬元/年。干式除渣：15萬元/年。

人工費用。取檢修維護人工10萬元/人（含工資、福利、保險等）。濕式除渣檢修維護人員4人/爐總計為40萬元。干式排渣系統(tǒng)檢修維護人員2人/爐，為20萬元/年。

4.2 預期效果

性能提升。排渣無水耗；回收熱量，提高鍋爐熱效率；灰渣綜合利用高；無污染和危害。

節(jié)省費用。一是年節(jié)約水費5萬，且無水污染，有巨大的社會效益。二是每年爐渣可再次利用，減少原處理濕渣費用約50萬元，且可以出售干渣獲得收益約100萬元，此項總收益約150萬元。三是配件費用由濕渣30萬元/年，減低至15萬元/年，此項效益15萬元。四是人工費用由濕渣40萬元/年，減低至20萬元/年，此項效益20萬元。

綜上，總收益約190萬元/年/爐，總投資約468萬元/臺爐（均價），即468/190≈2.46年可完全回收設備投資成本。本計算未考慮濃縮機、冷卻水泵、溢流水泵等水循環(huán)取消后節(jié)省的電費。即使考慮到DCS 改造費用，按常規(guī)經(jīng)驗，大約3年即可回收成本。

5 結論

一是干式排渣系統(tǒng)改造符合環(huán)保要求，同時在一定條件下可提高鍋爐熱效率，對電廠生產(chǎn)管理、節(jié)能環(huán)保有較大改善。二是干式排渣系統(tǒng)改造可帶來較客觀的運行費用節(jié)省以及灰渣的綜合利用收益，投資回收期限短，適合國內大部分老舊電站鍋爐的排渣系統(tǒng)改造。三是干排渣系統(tǒng)在國內的運行經(jīng)驗較濕排渣系統(tǒng)而言，時間短，業(yè)績少，有待進一步地運行考察和試驗數(shù)據(jù)分析。