超临界燃煤机组除渣系统优化改造效益分析

2021-03-12李圳，周朋

煤炭加工与综合利用 2021年1期

李圳，周朋

(山西兆光发电有限责任公司，山西霍州 031400)

山西兆光电厂2×600MW常规燃煤发电机组锅炉为超临界参数变压直流炉，属于单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构的Π型锅炉。兆光600 MW机组3号锅炉燃烧后灰渣中大渣含量相对偏高，同时由于燃煤市场影响，目前锅炉燃用煤种发生很大变化，实际燃用煤种较设计煤种煤质较差，锅炉排渣量增加较多，瞬时最大排渣量达50 t/h以上(原除渣系统一、二级钢带机设计最大排渣量 35 t/h)，严重偏离原设计锅炉最大排渣量。

由于一、二级钢带机出力不足，锅炉运行中经常出现关闭钢带机挤压头状况，大量灰渣堆集在锅炉冷灰斗里，对锅炉整体承重带来很大的安全隐患；原一、二级钢带机两套输渣系统结构复杂，日常维护量非常大，维护费用较高。

兆光电厂二期2×600MW机组于2019年初实施了除渣系统节能改造。3号机系统于2019年2月16日投入运行。

1 设备概况

兆光电厂二单元2×600MW机组除渣系统钢带机参数如下：一级钢带机型号GPZS14；输送能力10～30 t/h；钢带有效宽度1 400 mm；倾斜角度27°；二级钢带机型号GPZS12；二级钢带机设计输送能力10～35 t/h；钢带有效宽度：1 200 mm。目前燃用煤种情况下，正常平均渣量30～40 t/h，机组高负荷情况下，磨煤机煤量约360 t左右，渣量约50 t左右，远大于一、二级钢带机的设计出力。

二级钢带机钢带有效宽度1 200 mm，比一级钢带机有效宽度1 400 mm偏小，同时二级钢带机倾角32°，大于一级钢带机27°的倾角，造成运行中二级钢带机回渣量相对较大，出力明显小于一级钢带机。

2 改造内容

2.1 干渣机改造

拆除原一级、二级钢带机，安装鳞斗式干渣机、碎渣机设备，重新安装1台新干渣机系统，见图1和图2。目前3号锅炉燃用煤质为掺烧煤，发热量3 500 kCal/kg(14.6 MJ/kg)左右，硫分2.5%以内，易结焦，灰分40%～50%，与设计煤质偏差较大(附表1)。平均渣量40～50 t/h，最大渣量 80 t/h左右，新改造干渣机系统保证出力可调，正常出力为60 t/h，最大连续出力为100 t/h。

表1 3号锅炉燃用煤煤质与设计煤煤质比较

图1 网带式干渣机驱动方式

图2 鳞斗式干渣机驱动方式

2.2 渣仓整体移位改造

渣仓及钢支架高度约27 m，设备整体利旧。本次除渣系统改造，需要将原渣仓移位约30 m。因此，基础需要重新浇筑。在新渣仓基础浇筑及完成后用350 t汽车吊将渣仓整体移位至新基础。本次渣仓利旧改造只更换渣仓卸料控制柜及布袋除尘器，其余设备全部利旧。

2.3 渣仓基础改造

渣仓基础土方开挖，回填土夯实后制作模板并进行绑扎，最后进行混凝土浇筑，养护时间10 d。

2.4 改造亮点

(1)鳞斗式干渣机输渣能力强，鳞斗容积大，出力较网带式干渣机提升 2 倍以上。原钢带机边板高度100 mm，鳞斗边板高200 mm，底面结构由平面改为曲面，适合煤种灰渣量大的干渣机。

(2)鳞斗式干渣机输送带主体为冲压曲面结构，可存细灰，适于大倾角输送(调研国内输送角度最大可达45°，兆光3号锅炉此次改造倾角38°)，解决现有二级钢带机因角度过大返灰严重的问题，同时也解决现场位置受限必须采用大倾角问题。

(3)简化干渣机系统，取消清扫链系统，鳞斗式干渣机其输送是由双链条和承载板组成，采用自清扫机构，不设单独清扫链减少故障点，检修维护量少，结构简单；更换检修方便，对工人操作要求低。

(4)优化干渣机输送带冷却系统，原钢带机锅炉底渣冷却采用炉膛负压吸入空气进行冷却(侧面及头部多处冷却口)，鳞斗式干渣机冷却风量由头部调节风门进行控制，能根据锅炉的排渣量自动调节，且不影响锅炉的燃烧，最大冷却空气量不超过锅炉燃烧空气量的1%。干式排渣机在设计出力60 t/h时运行，其排渣温度低于100 ℃，在最大出力100 t/h 时运行，其排渣温度低于150 ℃；在各种工况下，干式排渣机壳体温度应保持在50 ℃以下。

(5)增加鳞斗式干渣机尾部冷却风门。调试运行期间，新鳞斗式干渣机连续发生三次卡涩停运故障，经现场分析研究，干渣机停运主要原因是由于尾部积渣严重造成。针对兆光电厂燃用煤质灰分中矸石粉含量偏高、密度大、细度低特点，对新干渣机尾部进行改造，增加冷却风门、摄像头监视等措施。运行中当发现尾部有积渣趋势，可及时打开冷却风门，增加负压吸力，同时提高干渣机驱动电机频率，彻底解决运行中干渣机卡涩故障，也为生产厂家设备升级改造提供了新的方向。

(6)优化干渣机驱动电机运行频率，干渣机驱动电机采用变频电机，最高可在50 Hz频率下运行。经过兆光电厂一年来运行总结，可通过干渣机头部灰渣温度和尾部积渣工况进行控制：正常工况干渣机控制35～45 Hz频率下运行，当干渣机头部灰渣温度高于140 ℃，尾部存在部分积渣时，可增至50 Hz频率运行，待干渣机运行正常后，再调整至35～45 Hz频率下运行。大大降低了干渣机运行能耗，提高了机组经济效益。

图3 改造前干渣机尾部冷却风门

图4 改造后干渣机尾部冷却风门

图5 干渣机尾部冷却风门改造前后对比

3 改造后系统性能指标分析

3.1 引风机电流

改造后相对于改造前引风机电流有明显降低，电流平均降低15 A左右，尤其在80%负荷时最明显，电流降低59 A。

3.2 氧量

改造后比改造前氧量平均降低1%左右，尤其负荷越低越明显，50%负荷时能比改造前降低1.8%左右，75%负荷以下改造前后偏差都在1%左右。由于电力市场装机容量过剩，电量不足，机组长期在80%符合以下运行，因此节能效果更加明显。

3.3 分隔屏壁温

改造前后不同负荷下，分隔屏最高与最低壁温偏差明显；负荷越低，偏差值越大；50%负荷时，改造前偏差值35 ℃，改造后27 ℃，偏差值减少9 ℃。同时分隔屏壁温改造后比改造前降低10 ℃，保证了蒸汽的受热均匀，减少爆管概率。分隔屏壁温偏差负荷越低越明显，70%负荷以下，温度偏差在8 ℃左右。

3.4 燃烧器摆角

燃烧器摆角在改造后比改造前低6°，减少了火焰中心，提高了水冷壁的辐射热，减少了冲刷分隔屏的概率，提高了锅炉的效率。

3.5 负荷跟踪状况

改造前，由于干渣机影响，机组只能带300 MW负荷，计划负荷只是中调给的最低负荷计划，无法达到计划负荷。改造后，干渣机运行正常，全天负荷跟踪状况良好，曲线平稳，未出现因干渣机故障影响机组负荷情况，最高负荷偏差按1 h计算，偏差主要原因是煤质影响所致。

4 系统改造后经济指标分析

4.1 负荷

选取 2018 年5月、6月两个月运行状况(除去6月23日—7月19日长期故障影响负荷情况)，平均每月影响负荷约5 379.5 MW。

根据双细则考核规定，每万千瓦时电考核200元，每月平均考核537.95(kW·h)×0.02万元/(kW·h)=10.759万元，2019年2月3号炉干渣机改造完成后，全年未发生干渣机影响负荷情况，运行状态良好。

4.2 节能

鳞斗干渣机耗电量为30 kW·h。由于本次改造采用一步进仓的鳞斗干渣机，因此，取消了一级清扫链电机，二级钢带机电机，二级清扫链电机。一级钢带机电机额定功率为15 kW，一级清扫链电机为2.2 kW，二级钢带机电机为15 kW，二级清扫链电机为2.2 kW。

可计算得到原钢带机耗电量为34.4 kW·h。鳞斗干渣机耗电量为30 kW·h。故鳞斗干渣机比原钢带机节省电量为4.4 kW·h；每月可节省电量约3 168 kW·h。

4.3 维护费用

4.3.1 原一二级钢带机

(1) 日常维护费用：下托辊维修更换约15件/a，上托辊维修更换约5件/a，输送带更换约20 m/a。清扫链组件20 m/a。液压站液压油更换400 L/a。减速机用油更换60 L/a。液压系统换向阀更换约4件/a。液压系统管接头更换维护。搅拌机叶片维修更换10件/a。布袋除尘器滤袋更换10件/a。每年维护费用约50万元。

(2)大修费用：输送带使用寿命约2 a，整体更换费用约180万元(两级干渣机)，大修期5 a需更换2次，共计约360万元，头尾链轮更换维护约14万元(两级干渣机)。输送带轮系的维修更换，预计约60万元。总计约434万元。

4.3.2 新干渣机

(1)日常维护费用：下托辊维修更换约15件/a，上托辊维修更换约5件/a，鳞斗夹片更换约20件/a。液压站液压油更换400 L/a。减速机用油更换60 L/a。液压系统换向阀更换约4件/a。液压系统管接头更换维护。搅拌机叶片维修更换10件/a。布袋除尘器滤袋更换10件/a。每年维护费用约5万元。

(2)大修费用：鳞斗使用寿命约5 a，整体更换费用约110万元，头尾链轮更换维护约7万元。鳞斗轮系的维修更换，预计约 35 万元。总计约152 万元。

因此，仅维护费用对比，新干渣机比原钢带机每年节省45万元。