600 MW超临界燃煤机组捞渣机渣水零排放研究与实施

徐书德，卢泓樾

(浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江兰溪321100)

600 MW超临界燃煤机组捞渣机渣水零排放研究与实施

徐书德，卢泓樾

(浙江浙能兰溪发电有限责任公司，浙江兰溪321100)

某600MW超临界燃煤机组采用湿式除渣方式运行，捞渣机正常运行中需外排渣水38.50m3/h，背离了国家倡导的节能、节水、环保理念。在充分调查研究及试验的基础上，通过加装捞渣机渣水冷却器、取消了渣水循环系统等一系列工作，对捞渣机进行渣水零排放改造。捞渣机渣水零排放造后，捞渣机及渣水系统运行平稳，渣水系统缺陷率明显下降，大大降低了运行维护人员的工作量且节能、节水效果显著，为燃煤机组废水零排放迈出了坚实的一步，为同类型机组实施该改造奠定了良好的基础。

600MW超临界燃煤机组;捞渣机;渣水零排放;改造

为贯彻国家节能环保政策、落实浙江省委省政府“五水共治”的决策，降低水资源消耗、减少废水排放，本文对某600MW超临界燃煤机组捞渣机渣水系统零排放进行研究并通过实施，减少了捞渣机渣水消耗量，为实现燃煤火力发电厂废水零排放走出了坚实的一步。

1 某600 MW超临界燃煤机组捞渣机渣水系统简介

1.1 捞渣机及渣水系统简介

该机组锅炉为北京巴威公司提供的超临界压力、一次再热直流锅炉，采用单炉膛，π形岛式露天布置。锅炉采用湿除渣系统，捞渣机由德国TECHNIP(德西尼布)公司提供，锅炉排出的热渣落入炉底的刮板捞渣机水封槽中，激冷淬化，然后由刮板捞渣机连续地捞出至布置于锅炉房外的钢渣仓中，然后装车外运。

捞渣机系统产生大量冷却溢流水、渣仓沥水、渣仓冲洗水、溢流水泵润滑水、链条冲洗水及石子煤冲洗水等，均收集至渣水溢流水坑，然后由溢流水泵输送至高效浓缩机进行沉淀、浓缩，出水自流至缓冲水仓进一步沉淀，缓冲水仓出水由低压水泵打回捞渣机循环使用。高效浓缩机和缓冲水仓底部排泥送至渣煤水处理系统进行集中处理。除渣系统补充水有循环水、工业水及化学回用水池来水。

1.2 捞渣机及渣水系统改造前运行情况

改造前渣水系统损失水量主要是蒸发损失及渣带走水量，约38.50m3/h。当夏季高温时，为了控制捞渣机内水温不超过60℃，通过向捞渣机内补入循环水来降低温度，此时将大大增加渣水系统的外排水量。渣水系统的溢流水排水去往渣煤水处理系统预沉池。渣水是一种很难处理的废水，存在pH、电导率、硬度、浊度、胶体含量高、易结垢等特点，与其他废水混合后，会影响其他废水的处理效果［1］。

2 渣水零排放改造方案

2.1 渣水零排放的制约因素分析

捞渣机有以下三个作用:保证炉膛底部与外界空气的严密密封、灰渣的熄火、把灰渣从炉膛底部输送出去［2］。因此要实施渣水零排放，首先要满足上述三个条件，保证捞渣机的稳定运行。

该型号捞渣机链条的水下导轮是水浸式的，即导轮为轴承内置式，在导轮内部装2盘向心推力球轴承。上槽体渣水沿转动的导轮和不转的轴间缝隙会浸入到轴承座，若渣水温度高于60℃时会影响到轴承的油封，严重时会导致水下导轮轴承损坏。

综合上述分析，渣水零排放的制约因素有以下两点:

(1)捞渣机的上槽体、下槽体水封液位不能过低，否则引起炉底水封破坏。

(2)捞渣机内水温不能超过60℃，否则引起捞渣机水下导轮轴承油封破坏。

2.2 系统改造

渣水系统零排放的改造首先应减少进入渣水系统的水量，然后增加渣水冷却器，带走多余的热量，减少蒸发损失的水量，从而减少系统补水量，实现水量平衡和盐量平衡，最终实现渣水系统零排放［3］。

2.2.1 渣水系统蒸发与补水的平衡计算

捞渣机内落入大量热态灰渣时，瞬间将有大量水分被蒸发，但蒸发的水分不会破坏锅炉水封。极限状态下10s之内，600MW机组锅炉炽热灰渣(最大量37t)掉入捞渣机后，引起锅炉蒸发量3t［4］，约为3m3，在4s之内，蒸发量会越来越少，该捞渣机壳体水平面积为30×2=60m2，使液位下降0.1m，而热态情况下，水封板插入液面为0.8m，不会破坏锅炉水封。捞渣机落入大量热态灰渣时，循环水能在3min之内将所蒸发的水分补充完毕。当最恶劣工况下锅炉发生大块热态灰渣落入捞渣机时，水封液位仅降低0.1m，炉底水封不会被破坏，同时循环水可以迅速对蒸发水量进行补充，因此捞渣机渣水零排放运行方式是可靠的。

2.2.2 除渣系统热量平衡计算

取热渣的初始温度为t＇=850℃;考虑安全系数，夏季渣水温度按60℃计，补充水温度按28℃计，渣口k的比热分别为:0.97、4.20kJ/(kg·℃); 100℃水的汽化热为2258kJ/kg。

热渣散发的热量计算如下:

渣水汽化需要吸收的热量:1m3水由水温60℃升至100℃时所吸收的热量168000kJ，水由100℃液体变为100℃水蒸汽所吸收的热量2258000kJ，所以1m3温度为60℃的水转变成100℃水蒸汽，所吸收的热量为2426000kJ。1t热渣引起的汽化消耗水量约为0.25m3，汽化带走的热量为606500kJ。

渣仓耗水带走的热量:1t渣带走0.30t水，渣仓水带走的热量Qz=75600kJ，1t热渣剩余热量为766300kJ－606500kJ－75600kJ=84200kJ。

捞渣机富余热量:该机组产渣量按25t/h计，共产生富余热量2105000kJ，这部分热量需要由补充水或冷却水带走，才能保持渣水温度稳定在60℃。

补充水带走的热量计算如下:

若通过溢流带走富余热量，则需要的溢流水量为15.70 m3/h。经测算，渣水系统外排溢流水量为38.50m3/h，满足带走富余热量的需要。如果渣系统没有溢流水实现零排放，渣系统蒸发及拖渣消耗水带走的热量不能满足热量平衡要求，必须增加渣水冷却器带走富余热量，才能保持渣水循环利用过程中渣水温度60℃以下和渣水不溢流零排放［5］。

2.2.3 渣水循环利用改造方案

方案一:加装外置式渣水冷却器

该方案为将渣水送出捞渣机外进行冷却，冷却后的渣水循环重复使用。渣水冷却器为管程式，也可以有两种方式，一种是冷却水在换热管外，渣水在换热管内;另一种是冷却水在换热管内，渣水在换热管外［6］。相比较而言，第二种布置方式较好，主要原因是渣水在换热管内容易堵塞，在管外相对不易堵塞。渣水冷却的工艺流程如下:

渣水:捞渣机→高效浓缩机→缓冲水仓出水→低压水泵→渣水冷却器→捞渣机

冷却水:循环水提升泵→渣水冷却器→冷却塔

渣水从捞渣机溢流到溢流水坑，由溢流水泵打到渣水高效浓缩机，在浓缩机进行沉淀后，上层清液溢流到缓冲水仓进一步沉淀，缓冲水仓低压水泵出口水进入渣水冷却器进行冷却降温，渣水冷却器的出口水循环回用到捞渣机。

目前该冷却器国内电厂应用较早，也比较多，主要问题是由于锅炉房面积较小，溢流水坑体积一般较小，渣水中的渣不能及时沉降而进入渣水冷却器，并在冷却器沉积和结垢，导致冷却器换热效率降低，仍有少量渣水需外排［7］。

方案二:加装内置式渣水冷却器

内置式渣水冷却器是将冷却器安装在捞渣机壳体内。内置式渣水冷却器主要包括:

(1)捞渣机上水封槽设2套电导式液位测量计、1套连续液位计、2套执行机构。电导式液位测量计、连续液位计和执行机构联动，确保上水封槽水位的高度。电导式液位测量计、连续液位计实现对上水封槽水位实现二级保护功能，可靠性高。

(2)高效换热器浸没在捞渣机壳体内部的密封水中，换热器采用特殊材料，带走捞渣机槽体密封水中的富余热量，保证捞渣机密封水不超过60℃。

(3)捞渣机下水封槽水位设置电导式液位测量计2套、1套连续液位计、2套执行机构、温度仪1件，电导式液位测量计、连续液位计、温控仪和执行机构联动，确保捞渣机下槽体的密封水位及温度。

(4)锅炉房内溢流水坑设2件电导式液位测量计。锅炉排放较大焦块对水面高度产生冲击，极少量的灰渣水经溢流堰、澄清斜板处理后进入溢流水坑。一段时间后水位达到设定点时，高水位电导式测量计动作，溢流水泵将极少溢流的灰渣水打入捞渣机参与冷却。当低水位电导式测量计检测到水位低时，溢流水泵停止运行。

两种改造方案的技术经济比较见表1和表2。

表1 两种改造方案的技术比较

表2 两种改造方案的经济比较(1台机组，万元)

综合技术比较、经济比较可知，采用方案二更加合理。

采用方案二捞渣机增加内置式冷却器后，既可以满足渣水零排放，又同时保证锅炉的安全运行。改造后捞渣机系统渣水循环如下:捞渣机的链条冲洗水、磨煤机石子煤冲洗水、溢流水泵润滑水、渣仓冲洗水等补充捞渣机蒸发的水量。正常运行时捞渣机渣水不外排，当捞渣机水封槽液位低时，开启循环水至捞渣机补水，以免锅炉水封破坏。当事故工况下渣水系统水量过多时，可开启溢流水泵及其相应阀门将多余的渣水排入原渣水系统进行处理。

2.3 设备改造及逻辑变更

2.3.1 捞渣机上水封槽内部安装挡灰板

为了防止锅炉内部扬尘、灰渣进入上水封槽影响锅炉密封，在捞渣机上水封槽内部安装挡灰板，挡灰板宽60cm，沿水封槽安装一圈约50m。挡灰板与水封插板成45°角，挡灰板与水封插板不直接焊接，通过连接块焊接，连接块间隔0.5m。水冷壁进口集箱冷态和热态有膨胀位移，检查相应膨胀指示计记录，热态比冷态最大下降23cm，前后和左右各有最大15cm的位移，设置挡灰板的位置在此基础上加上10cm考虑。安装后挡灰板的底部离水封槽溢流堰的竖直方向距离大于33cm，水平方向距离大于25cm。

2.3.2 逻辑变更

捞渣机渣水零排放改造后，为保证捞渣机设备安全需增加捞渣机内水温高于55℃开启循环水至捞渣机补水阀、低于50℃关闭补水阀的条件，以防止渣水冷却器工作失常时，捞渣机内水温过高导致水下导轮轴承油封破坏。

为了保证炉底水封不被破坏，需要对控制逻辑进行变更，增加捞渣机上水封槽、下水封槽液位低开启对应水封槽补水阀的逻辑，防止水封槽液位低时，锅炉炉底水封被破坏［8］。

3 运行效果

3.1 运行效果评价

捞渣机渣水零排放改造后，炉底渣完全在捞渣机内部沉淀，因无外界大的扰动，沉淀效果更好，大部分灰渣被捞渣机捞出［9］。渣水系统循环取消后，溢流水坑因只接收少量清澈来水，运行无堵塞的现象。因高效浓缩机、缓冲水仓整体系统取消，进而避免了浓缩机、缓冲水仓系统经常出现的积渣堵塞等缺陷，捞渣机也未出现因补水问题产生故障或停运的情况。

在捞渣机渣水零排放系统改造前，需要投入大量的人力、物力对渣水循环系统进行维护。捞渣机渣水零排放改造后，取消了渣水循环系统，大大减轻了运行维护人员的工作量。在节能方面，每2台机组停运2台低压水泵、4台溢流水泵、2台高效浓缩机、1台缓冲水仓、2台排泥泵;增加2台捞渣机冷却器增压水泵。按年利用5500h计算，2台机组年节约电量约104.16万(kW·h)。

在节水方面，系统改造前每台机组渣水系统外排溢流水为38.50m3/h，改造后渣水零外排，按照年利用5500h计算，每台机组每年可以节约水量为211750m3，节能降耗效果显著。

3.2 存在问题及原因分析

(1)捞渣机渣水系统经过零排放改造，大大减少了渣水的外排，但是经过观察，渣水还偶有外排的现象，经过分析确定了多余渣水的来源为溢流水泵的润滑水。为了防止运行中的溢流水泵轴承被灰渣磨损，因此在溢流水泵轴承处装有润滑水，该润滑水无论溢流水泵是否运行均长期开启，导致有部分润滑水进入渣水系统。

(2)捞渣机旁的溢流水坑及捞渣机水封槽内可能会有灰渣集聚，需定期清理，以防止灰渣集聚过多影响到捞渣机系统的正常运行。

3.3 后续改进措施

(1)针对捞渣机溢流水泵润滑水长期开启的现象，计划对润滑水进行改造，并在逻辑内进行优化。将润滑水的手动阀改为电动阀，在润滑水泵控制逻辑内增加润滑水泵启动前先开启润滑水电动阀，当电动阀全开并且润滑水流量满足时再启动润滑水泵，这将彻底解决多余润滑水进入渣水系统的问题，并且能保证润滑水泵的安全运行。

(2)结合机组检修及调停的机会，及时清理捞渣机水封槽及溢流水坑内的灰渣，防止灰渣集聚。

4 结语

该机组捞渣机渣水零排放改造是在结合机组的实际情况，进行了充分的调研、试验，在确保改造方案可行的情况下完成的。最终减轻了运行、维护人员的工作量，减少了渣水系统堵塞频繁的缺陷，实现了捞渣机渣水零排放的湿除渣系统稳定安全运行。同时节约了水资源及厂用电量，达到预期目标，为燃煤火力发电厂废水零排放工作的开展迈出了坚实的一步，为同类型机组实施该项目改造奠定了良好的基础。

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［3］王彬，姜衍更，张光荣.全零溢流水湿排渣系统设计与分析［J］.热力发电，2013，(9):136－139.

［4］岑可法.大型电站锅炉安全及优化运行技术［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［5］肖敏，国志强.#4炉捞渣机渣水回收系统改造［J］.电源技术应用，2014(2):183－184.

［6］祁永峰.超超临界直流锅炉渣水系统自密封改造［J］.电力科学与工程，2014(4):66－69.

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600 MW supercritical coal－fired units in dregs machine slag water research and implementation of zero emission

A 600 MW supercritical coal－fired unit using wet slag operation，normal operation of machine in dregs to slag discharge of water per hour in 38.50 m3，deviated from the national advocacy of energy－saving，water－saving，environmental protection concept.On the basis of full investigation and study and test，by adding machine slag water cooler in dregs，cancelled the slag water circulation system and a series of work，to zero discharge slag water machine in dregs into shape.After slag water zero emissions made in dregs machine，machine in dregs and slag water system running smoothly，slag water system defect rate decreased obviously，and greatly reduces the operation maintenance personnel＇s work load and energy saving，water saving effect is remarkable，for wastewater zero emissions coal－fired unit took a solid step，implement the transformation for the same type unit laid a good foundation.

600MW coal－fired units;slag salvaging machine;zero discharge slag water;transformation

X703.1

B

1674－8069(2015)06－032－04

2015-05-16;

2015-09-27

徐书德(1971-)，男，浙江开化人，工程师，主要从事火电厂管理工作。E－mail:luhy@landideal.com