火电厂非能动除灰系统

刘 旭，翟煤源，张 森，王殿军，王明臣

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

1 除灰系统现状

1.1 除灰系统现状

火力发电厂燃煤锅炉燃烧产生的烟气中，含有大量的燃烧废弃物——粉煤灰，这些粉煤灰，不能随意排放，必须从烟气中分离出来，收集储存后专门存放或另做他用，否则排放到大气中，会对空气和周围环境造成污染。

2×300 MW机组，排放灰量的速度约60 t／h，年排灰量将近30万t，火电厂中，用来将这些粉煤灰收集、储存、转运处理的设施，是各种除尘器、灰库、连接它们两者之间的输送管道和输送用的压缩空气，整个处理系统称作除灰系统［1］。

我国大中型火力发电厂中，现有除灰系统的主要方式，大多数是采用20世纪80年代，从国外引进消化的“正压浓相气力除灰系统”。

1.2 正压浓相气力除灰系统

“正压浓相气力除灰系统”是高密度的仓泵输送系统［2］，该系统利用压缩空气作为输送介质，将粉煤灰从排放点集中后，输送到储存系统。

“正压浓相气力除灰系统”工艺流程为：锅炉燃烧产生的烟尘，通过布置在锅炉尾部的静电除尘器或布袋除尘器时，烟尘中的烟气和粉尘被分离开。符合排放要求的洁净烟气，由引风机通过烟囱排入大气；被分离出来的粉尘，被暂时存放在除尘器本体下部各个电场自带的小钢灰斗里 （2×300 MW机组，一般是40个），再由设在除尘器下的仓泵装置（40个），通过压缩空气，将其经由输送管道，输送到与除尘器相距不远的厂内混凝土灰库中储存，然后再在厂内灰库下装车，运至综合利用场所，或运至储灰场。

按照DL／T 5142—2012《火力发电厂除灰设计技术规程》［1］规定，厂内混凝土灰库的容积应能储存2台锅炉B-MCR工况下，燃用设计煤质24～48 h的灰量。

仓泵输送系统的输送动力，来自于专用的压缩空气系统，包括空气压缩机、空气净化装置、储气罐等。

2 火电厂非能动除灰系统

2.1 火电厂非能动除灰系统

“正压浓相气力除灰系统”自引进以来，在我国已经沿用了三十多年，现在已经逐渐固化为一种较为单一的火电厂粉煤灰输送模式，技术上已无太多的提升空间。随着使用时间的增长，该系统也暴露出了一些问题，如设备多、故障点多、厂用电消耗大等。

该系统存在的根本问题是：已经被除尘器分离出来的粉煤灰（以下亦称干灰），不是直接被运往厂外，而是在运出厂之前，必须先用“正压浓相气力除灰系统”，搬运到不远处的厂内混凝土灰库中，再运往厂外。这样不但多出了一套投资较大的系统，还多了一套流程，增加了漏灰点，增加了占地和厂用电消耗。

“火电厂非能动除灰系统”是针对上述问题，将厂内灰库合并设计在了除尘器下，除尘器中分离出来的粉煤灰，直接落入了设在其下部的灰库中，再在除尘器下直接装车外运。

具体做法是：将现有的除尘器包括进出口烟道在内，整体抬高约5 m，将除尘器下部每个钢灰斗的容积扩大，由现在的可以储存B-MCR工况下燃用设计煤质8～10 h的灰量，增加到可以储存24～48 h的灰量，直接替代厂内灰库［3］。

除尘器和灰库均采用钢结构，两者合并设计成为一个整体，由除尘器厂家整体设计，整体供货。新设备暂称为“新型除尘器”［4］。烟尘可以在“新型除尘器”中，一次性地完成粉煤灰的分离、储存和装车外运工作。

由于不需要先搬运一次干灰到厂内混凝土灰库中，而专门设置一套输送设备和输送系统，也不再需要为每年将近30万t的灰，设置专门的输送动力，从而去掉了火电厂除灰系统中空压机这一最大的动力消耗源，达到了火电厂粉煤灰向厂外输送前，无动力消耗的目的，因此称其为“火电厂非能动除灰系统”。

2.2 新型除尘器

火电厂非能动除灰系统中，主要变化的设备是新型除尘器［5］，其结构型式立面图如图1所示。

以静电除尘器为例，“新型除尘器”的结构形式如下：每台锅炉设有2台二（三）室五电场静电除尘器，在除尘器的下方，与除尘器相连，直接设有钢灰库。

除尘器整体采用框架结构，分为除尘器本体、上部粉尘收集层、中部卸灰设备层和底部汽车通道层等几部分。

图1 “新型除尘器”结构型式立面图

除尘器本体部分，包括电气系统在内，其结构形式、功能与原有除尘器一样，没有改变。

上部粉尘收集层中，设有与除尘器直接相连的由若干组灰斗组成的灰库。灰斗有方形和倒锥形两种形式，一般运行中，电除尘器前两个电场收集的干灰量较大，后几个电场收集的干灰量较少。在“新型除尘器”中，当采用静电除尘器时，前两个电场下部的灰斗设计成方形结构，用以增大灰库的储存容积。后几个电场因灰量较少，灰库储存容积不需要很大，下部的灰斗设计成倒锥形结构，以简化结构和减少除尘器的整体重量。

方形储灰斗的设计，基本上源于原混凝土灰库的设计思路，灰斗部分设有连续料位计、极限料位计、高料位计和人孔门，下部设有气化斜槽、气化风母管和支管。倒锥形储灰斗的设计，与原有电除尘器灰斗一样，设有高料位计和气化板。各储灰斗均采用钢材料，下部设有卸料口，外部设有保温层。

“新型除尘器”中部，是卸灰设备层，分别安装有由手动阀门、气动阀门、汽车散装机组成的干式卸料系统，和由手动阀门、气动阀门、电动给料机、双轴搅拌机组成的湿式卸料系统。干、湿卸料系统上部与除尘器灰斗卸料口相连，干式卸料系统将干灰直接装入干灰罐车运往用户，湿式卸料系统将干灰与水混合搅拌后，将半湿状态灰装入自卸汽车运往用户，两套系统可以分别满足不同用户的需求。

中间卸灰设备层，还安装有气化风电加热器和为双轴搅拌机供水的管道泵，气化风机也可以布置在这一层或除尘器底层。

“新型除尘器”的下部，是专门供运灰汽车通行的底部汽车通道层，见图2。

图2 底部汽车通道层

火电厂非能动除灰系统中，两台锅炉统一考虑运灰汽车通道。运灰汽车统一从一台锅炉方向进入电除尘器下，装满灰后，从另一台锅炉方向驶出电除尘器，图2中箭头表示汽车的运行路线。

在除尘器底部的两侧，有供装灰汽车进出的大门。在寒冷地区，为了防寒，大门上安装有电动卷帘门。由于电除尘器每个电场各为一个通道，除尘器下部就同时拥有5条汽车通道，每个通道中，又可以几辆汽车同时装灰。与原有除灰系统中，2台锅炉的3个灰库共设有3个通道，每个通道只能有1辆汽车装灰相比，汽车装灰和通行能力得到了很大的改善，解决了运灰汽车排队等待的问题，较大地提高了汽车的运灰效率。为了能清楚地观察到汽车的装车情况，在底部汽车通道层，还设有观察室，布置在各个卸料口中旁边。

在中部卸灰设备层和底部汽车通道层四周，均设置外墙封闭，防止装车时散漏的干灰影响周围环境，封闭材料可以是带保温的压型钢板或其他材料。在底层，还设有去往除尘器各层的扶梯。

3 系统比较

将上述两个系统，用简图的方式表述，图3是“正压浓相气力除灰系统”流程，图4是“火电厂非能动除灰系统”流程。

图3 “正压浓相气力除灰系统”流程

图4 “火电厂非能动除灰系统”流程

比较两种除灰系统流程，显而易见，火电厂非能动除灰系统具有系统简单、工艺合理的优越性。图4中省去了专门的输送空压机、输送系统和输灰管线，大幅度地简化了系统，减少了设备，减少了占地，降低了投资，降低了厂用电，提高了电厂的经济效益。

正压浓相气力除灰系统，给电厂带来的环境污染，主要有3处：一是除尘器下部的仓泵区域；二是厂区输灰管线，沿途跑冒滴漏；三是灰库区域。火电厂非能动除灰系统，将这3个污染点减少到了一点，即只在除尘器区域一个地方，存在有因漏灰而产生飞灰污染的可能性，污染点大范围地减少，提高了电厂的文明生产程度。

4 工程应用

4.1 应用情况

将所研究火电厂非能动除灰系统在山东 “莒县丰源热电有限公司2×350 MW热电联产工程”中应用，图6为新型电除尘器安装现场。

表1 现有电除尘器分项成本

表2 新型电除尘器分项成本

该工程第1台机组于2018年10月投产发电，第2台机组于2018年12月投产发电。

4.2 新型电除尘器部分

现有电除尘器分项成本见表1。新型电除尘器分项成本见表2。新型电除尘器与现有电除尘器综合成本对比见表3。

表3 新型电除尘器与现有电除尘器综合成本对比

从新型电除尘器与现有电除尘器重量及总成本对比看出：新型电除尘器重量比现有电除尘器重量增加130.1 t，增加比为23.89%；新型电除尘器总体成本比现有电除尘器总体成本增加125.505万元，增加比为27.65%，两项数据均增长较大；如放在配置1台炉除尘器来看，总体成本增加约7.5%～8.5%之间。

4.3 两种除灰系统对比

1）两种系统投资对比见表4。

通过对寿命期总费用分析，测得采用除尘器灰库一体化方案，较采用正压浓相气力除灰方案，可节省费用3 317万元（净现值1 839万元）。因此，除尘器灰库一体化方案较正压浓相气力除灰方案投资更少，运行费用更低，经济效益更好。

2）两种系统寿命期总费用对比见表5。

表4 两种系统投资对比 万元

表5 两种系统寿命期总费用对比 万元

图6 新型电除尘器安装现场

5 结语

建设投资分析。每个2×300 MW工程，采用“火电厂非能动除灰系统”，比采用“正压浓相气力除灰系统”，可降低工程造价400多万元。

运行费用分析。每个2×300 MW工程，采用“火电厂非能动除灰系统”，比采用“正压浓相气力除灰系统”，除灰系统可节约能耗约70%。按年利用小时数5 500 h计算，每年可以减少厂用电消耗约137万kWh。按火电厂20年的生产运营期考虑，在发电厂寿命期内，仅厂用电消耗一项，就可以节约电费1 000多万元。提高经济效益的部分还有，减少了安装、检修工作量，节省了设备运行维修费和减少了占地。

因此，从经济效益分析，“火电厂非能动除灰系统”，提高了电厂的经济效益。从社会效益分析，“火电厂非能动除灰系统”，提高了电厂的文明生产程度，推动了行业的技术进步。