大中型燃煤电厂组合式封闭灰场应用研究

孙建朝

(中国华电科工集团有限公司，北京 100160)

0 引言

随着电力工业的发展，燃煤电厂粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排放量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。我国是一个人均资源储量有限的国家，对粉煤灰进行综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染与资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所需要解决的任务之一，因此，合理有效地利用粉煤灰资源具有非常重要的意义。

近年来，针对日益严峻的大气及环境污染状况，国家出台了一系列相关政策法规，火电行业作为污染物排放控制的重点领域，近年来执行的排放标准十分严格。现阶段，我国电力企业，特别是燃煤电厂正面临更严酷的环保形势，因此要从根本上消除粉尘污染，就要走综合治理的路线，从生产设备入手，选用先进合理的机械设备[1]。

当大中型火力发电厂粉煤灰综合利用条件较好时，电厂投产后，粉煤灰利用可得到落实；但当周边粉煤灰用户的储存能力较低，或遇到持续的雨雪天气和外部市场暂无需求的节假日时，会出现短时间的储灰紧张问题，导致干灰不能外运。厂内灰库容量不能满足储存需求时，寻找在不影响干灰品质的前提下封闭储存干灰的措施，成为解决干灰100%综合利用，避免粉煤灰污染的有效途径。

本文以湖北华电江陵发电有限公司一期工程为依托，通过对比新型组合式封闭灰场与传统型储灰场的运行情况及经济性，探索组合式封闭灰场在工程中的实际应用能力，以进一步在同类型火电项目中推广应用。

1 项目概况

湖北华电江陵发电有限公司规划装机容量为2×660 MW+2×1 000 MW，本期工程建设2×660 MW超超临界燃煤发电机组年灰渣量为59.40万t。厂内共设置3座灰库，1座原灰库、1座粗灰库及1座细灰库，每座灰库直径为15 m，有效容积为2 850 m3，3座灰库可满足2台锅炉燃用设计煤种时48 h的排灰量。

根据项目所在地江陵县的工业情况，周边粉煤灰用户的储存能力较低，在遇到超过2 d的雨雪天气或外部市场暂无需求的节假日时，厂内灰库会出现短时间的储灰紧张问题。从确保发电绝对安全以及应对和调节市场供求、最大限度发挥经济效益的角度考虑，可考虑在厂外灰场区域增加大型储灰库。

电厂本期计划采用组合式封闭灰场，灰场位于电厂北面、观南渠附近，距电厂约0.5 km。灰场区域地势平坦，为吹沙回填劣质耕地，地形标高为29.9～31.2 m。组合式封闭灰场容量为18.6万m3，在未考虑综合利用的情况下，可供本期2×660 MW机组堆灰渣、石膏及石子煤约3个月。若综合利用情况未达到预期，还可在灰场区域内扩建封闭灰库。

2 组合式封闭灰场技术特征

组合式封闭灰场即在灰场规划区域内同步建设大型钢板仓灰库加拱式钢网架封闭灰棚，综合利用不畅时，厂内干灰采用罐车运至大型钢板仓灰库短时储存，外部条件好转时，将干灰售出进行综合利用。

厂外组合式封闭灰场包括：1个7.0万m3粉煤灰钢板仓、1个400 m3散装库及相应的工艺设备；1座200.0 m×100.0 m×32.4 m拱式钢网架封闭灰棚，储存容积约为11.6万m3。大型钢板仓灰库效果图如图1所示。拱式钢网架封闭灰棚呈条形，结构采用柱面网壳，建筑效果如图2所示。

图1 大型钢板仓灰库效果图

图2 封闭灰棚建筑效果图

3 不同灰场技术方案比选

在项目的前期阶段，燃煤电厂灰渣堆放场地就有明确的规划意见并通过了严格的环境影响评价，投产运行后，贮灰场的管理是否到位将会对周边环境造成影响。目前，国内外贮灰场主要包括湿灰场、干灰场及周转性临时灰场。湿灰场用以贮存水力除灰沉积的灰渣及除灰水；干灰场用以贮存干灰渣及脱硫副产品[2]。

20世纪80年代前，我国火力发电厂多采用水灰场，此后逐渐开始采用干灰场，目前新建的火力发电厂基本采用干式贮灰场。干灰场较湿灰场在安全、环保、节水等方面具有明显优势，但其运行要求较高，如果运行管理不善可能会适得其反[3]。随着环保意识的不断提高，火力发电厂灰场的设计理念也发生了很大变化，部分电厂在灰场区域建设了半封闭式灰棚，对粉煤灰污染起到了一定的抑制作用，但并未真正实现灰场的全封闭运行及管理。

按照国家发展和改革委员会等10部门2013年1月公布的《粉煤灰综合利用管理办法》第十一条：“新建电厂应综合考虑周边粉煤灰利用能力，以及节约土地、防止环境污染，避免建设永久性粉煤灰堆场(库)”，在可行性研究阶段，建设单位对灰场的形式进行了充分的调研及比选。

3.1 露天干灰场方案

湖北华电江陵发电有限公司一期工程灰场规划区域内有1条3.5万V和1条1.0万V的高压线斜穿而过，如采用干式贮灰场，需搬迁农户约15户；按电厂本期容量2×660 MW考虑，灰场占地面积约21.67 hm2，灰场运灰道路约0.5 km长。需在自然地面以上平均填土0.9 m，形成保护土层，再在上面堆灰堆至45 m(1985年国家高程系统)，分块形成灰场容量为85.6万m3，在未考虑综合利用的情况下，可供本期2×660 MW机组堆灰渣、石膏及石子煤约1 a。露天干式贮灰场建设方案如下。

(1)在灰场区域外缘设置高3.5 m的土质围堤，围堤外坡面及顶面播撒草籽护坡。

(2)灰场地下水水位距地表0.3～0.8 m，为保证土工膜与地下水位间有1.5 m的距离，灰场底部需垫高0.4～1.2 m。

(3)灰场内垫高后，满铺土工膜防渗，膜上用土块适当压重。

(4)灰围堤顶标高以上由灰渣碾压形成永久边坡。灰场永久坡面及顶面覆土并播撒草籽封场，封场与各堆灰区块永久坡面及顶面的形成同时进行。

干式贮灰场投资情况见表1。

表1 干式贮灰场投资 万元

3.2 组合式封闭灰场方案

根据湖北华电江陵发电有限公司一期工程周边地区电厂的灰场运行经验，灰渣在节假日、雨雪天气会因为运输、综合利用企业停产等因素堆放在灰场内，一般最长的堆放时间为春节期间，最大可能中断时长约20 d。

为解决最大中断期内的干灰存储及转运问题，本期工程可考虑选择包含1座大型粉煤灰钢板仓以及1座拱式钢网架封闭灰棚的组合式灰场方案。正常工况下除尘器下的飞灰通过气力除灰系统输送至厂内灰库，在灰库下装车外运至综合利用用户。在节假日或恶劣气象条件下飞灰无法外运的时候，采用罐车将暂时无法外运的干灰运送至灰场粉煤灰钢板仓短期储存。

3.2.1 大型钢板仓灰库组

灰场区域设置1组大型粉煤灰钢板仓及散装灰库，钢板仓直径为48 m，高度约为44 m，容积为7.0万m3，储量约为5.0万t，可储存不小于该公司一期工程燃用设计煤种23 d的灰量。大容积钢板仓组包括罐车打灰入料系统、钢板仓本体、出料系统、收尘系统、配电系统、照明系统及监控系统等[3]。

当遇节假日及恶劣气象条件下干灰无法外运的情况时，干灰由罐车从发电厂内灰库运至粉煤灰钢板仓旁，由辅助压缩空气设备将干灰泵入粉煤灰钢板仓内，钢板仓顶部设有布袋除尘器、真空压力释放阀、高料位计及连续料位计等，布袋除尘器用于过滤钢板仓内的含尘空气，料位计用于监测钢板仓内的粉煤灰料位。为防止钢板仓内灰板结，钢板仓底部设有气化系统，气化风由气化风机经电加热器加热后提供[4]。干灰经钢板仓底部设置的出料设备、斗式提升机转运至散装灰库。斗式提升机下部设有除尘器，用以过滤出料设备中的含尘空气。

散装灰库布置于至粉煤灰钢板仓旁，同样设有布袋除尘器、压力释放阀、料位计及气化板等设备。散装灰库底部设有干灰散装机，干灰经散装灰库、手动插板阀、气动插板阀、干灰散装机后装罐车外运至综合利用处[5]。

当极端情况下粉煤灰钢板仓装满时，厂内干灰经调湿后运输至拱式钢网架封闭灰棚经过摊铺、碾压等作业过程后贮存。

大型钢板仓灰库组投资见表2，其中，辅助工艺设备及电气设备包含助吹空气压缩机、气化风机、电加热器、布袋除尘器及干灰散装机等。

表2 大型钢板仓灰库组投资

3.2.2 拱式钢网架封闭灰棚(两端带山墙的干煤棚式)

灰棚采用三心圆钢管桁架结构，桁架间布置联系桁架及平面支撑，主结构钢管桁架与屋面支撑体系协同工作，有较好的受力性能及稳定性。灰棚平面尺寸为200 m(长度)×100 m(跨度)，储存容积约为11.6万m3，桁架结构顶部最高约32.4 m，桁架厚度约为4.0 m。

拱式钢网架封闭灰棚投资见表3。

表3 拱式钢网架封闭灰棚投资

大型钢板仓灰库组与拱式钢网架封闭灰棚投资合计约5 323万元。

3.3 经济性比较

由以上数据可以看出：组合式封闭灰场方案投资低于常规露天干灰场方案，占地更少并实现了干灰的全封闭储存，不会对环境造成污染；同时，组合式封闭灰场较好地保存了干灰的品质，可以将电厂积存的粉煤灰适时售出。按照当前市场原灰40元/t的价格计算，采用组合式封闭灰场系统连续储灰20 d可增加售灰收益约175万元，能有效应对和调节市场供求，最大限度发挥粉煤灰的经济效益。

4 组合式封闭灰场的先进性

与国内外传统灰场比较，组合式封闭灰场将大型粉煤灰钢板仓与封闭式灰棚组合在一起，实现了灰场的全封闭运行及管理。组合式封闭灰场与传统灰场相比具有以下优点。

(1)提高了节假日及恶劣气象条件下干灰无法外运时的应急处理能力，可有效应对和调节市场供求。

(2)干灰在大型粉煤灰钢板仓内储存，不经调湿，可提高干灰附加值，可提升干灰利用的经济效益。

(3)能有效解决扬尘对空气的污染问题。

(4)能有效解决灰水对水体的污染问题。

(5)组合式灰场较传统灰场占地更少，节约土地资源，减少拆迁。

湖北华电江陵发电有限公司实

际运行证明，组合式封闭灰场有效避免了灰场建设和运行中出现的环境污染问题，粉煤灰贮放不必占用大面积土地及投入巨额资金筑坝,成为了企业效益增长的亮点。

5 结束语

由大型粉煤灰钢板仓及封闭式灰棚组成的组合式封闭灰场系统可有效降低投资建设成本、土地消耗、运营成本并减少环境污染，可实现粉煤灰的100%综合利用，社会和经济效益显著。对于粉煤灰等散料输送及存储有一定的市场需求，应用前景可观，可在电厂周边粉煤灰用户储存能力较低、可能遇有极端气象条件或综合利用意外中断情况发生的地区推广应用。当大中型火力发电厂粉煤灰综合利用条件较差时，该技术的优势更加明显。

[1]胥书霞，邵生俊，于清高，等.贮灰场环境污染治理技术研究[J].水利与建筑工程学报，2007,5(2):7-11.

[2]刘栓金.我国大型粉煤灰钢板仓储存工艺与输送技术的应用[J].粉煤灰，2013，25(2):4-5，7.

[3]杜蓉，张建友.对燃煤电厂灰场方案的比选与造价分析[J].中国工程咨询，2016(9):51-53.

[4]柳建湘.大型粉煤灰钢板仓系统应用研究及设计优化[J].低碳世界，2015(36)：88-89.

[5]郭相全，王庆华，王胜杰，等.粉煤灰储运系统中大型钢板仓的使用及故障处理[J].设备管理与维修，2017(2)：57-58.