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干式排渣设备的优化设计与应用

  【摘 要】干式排渣系统简单可靠、维护方便,在我国广泛应用,为电力企业在节能、环保等方面取得了良好的经济和社会效益。干式排渣系统在工程应用中,因工况变化、煤质参差不齐会发生细灰堆积、出力下降等问题。根据多年工程设计和应用,对设备进行优化设计,通过对比多种输送方案,挑选出的最经济、适用输送方式。经实际工程应用,优化的系统完全满足国内超大渣量机组和大角度的钢带输渣机的实际需要。
  【关键词】干式排渣设备;输渣机;灰渣独立输送;优化设计
  0 引 言
  干式排渣系统因节能、环保、废渣循环利用率高、操作维护方便等优势被国内外电厂广泛应用。因各电厂工况变化和燃煤偏离设计煤种较大、煤质差在锅炉运行中出现结焦严重,灰渣量大等原因,在系统运行中发生细灰堆积,输送不畅,设备出力下降等问题。经实践检验,在输送渣量相同条件下,输渣机爬升角度较小(<32°)时,灰渣输送出力效果比较理想,而在爬升角度较大(>32°)时,细灰容易在输渣机底部堆积,输送不畅。本文根据工程实际需要,优化设计了大角度布置的输渣机系统。
  1 干式排渣设备的工作原理与结构
  输渣机是干式排渣系统的关键设备,是冷却和输送高温炉渣的系统核心设备。高温炉渣从炉膛经渣井、炉底破碎关断装置下落落到输渣机钢带上,输渣机在缓慢输送炉渣的同时利用炉膛负压吸入的冷空气对炉渣进行冷却。
  输渣机是由电动机提供动力,利用驱动滚筒与钢网带间的摩擦力传动使输送钢带低速运转将高温炉渣从尾部输送到头部的机械输送设备。控制部分采用变频调速系统,依靠改变电动机的转速来调整钢带的运转速度,调整输送能力,适应锅炉排渣量的变化。在输渣机尾部设置有张紧机构,通过液压系统给输送钢带提供一个恒定的张力,使网带与驱动滚筒有足够的接触力,防止钢带与滚筒打滑,并能自动适应因温度变化引起的输送带长度的改变。
  系统运行时,高温灰渣下落到低速运转的输渣机上,灰渣被输送的同时,与锅炉负压吸入的冷空气进行逆向流动,进行热交换。输渣机头部设置有自动控制的风门,当检测到渣温较高时,通过开大风门,增加进风量来改善冷却效果。干式排渣设备如图1所示:
  图1 干式排渣设备图
  输渣机按照组成可以将其分为尾部张紧段、标准段、过渡段、头部动力段。在尾部张紧段和头部动力段设置有张紧滚筒和驱动滚筒,是整个动力系统核心部件,在每段箱体上设置有托辊、托轮、限位轮等。
  输渣机设置有上下两层输送系统,上层钢带层是输送较大颗粒灰渣的钢带输送系统,下层清扫链层是输送细小灰粒的清扫链刮板输送系统,用于清扫和输送落到箱体底部的细灰,均采用变频电动机驱动低速运转。
  2 输渣机的选型原则
  输渣机的选型和性能指标一般遵循如下原则:
  1)输渣机的输送能力要分别满足锅炉正常渣量、最大渣量、卸载渣量的要求。输送能力一般分:正常出力值、最大出力值、卸载出力值。
  正常出力值取设计煤种或校核煤种在锅炉最大出力工况下最大渣量;最大出力值,取正常出力值的2倍;卸载出力值,取储渣斗卸载工况或吹灰工况排渣量。
  2)输渣机的钢带宽度、长度尺寸,以及行走速度等性能参数要满足最大排渣量工况的炉渣冷却要求。高度和角度等根据锅炉和渣仓位置综合布置确定输渣机最终尺寸。
  3)冷却风量要能实现自动调节,以不改变锅炉火焰中心高度、不降低锅炉效率为标准来控制入炉的风量。
  4)输渣机的核心技术是输送钢带,要求有100%的可靠性。其材料的热强性和抗蠕变性能要优良;材料副间材质匹配适当、耐磨损性能好;有优良的持久塑性和组织稳定性;在高温、高尘负载环境下保证安全、可靠、持久运行。
  3 输渣机运行现状
  输渣机是利用炉膛负压从钢带机头部吸入外界大气,与热炉渣进行逆向流动换热,将灰渣充分冷却和输送的设备。由于电厂燃煤偏离设计煤种,燃烧工况不稳,锅炉结焦频发,短时灰渣量暴增,使干渣输送系统出力不足。在系统漏风增大时,冷却空气与灰渣逆向流动会带动细灰颗粒大量紊流,被吹至输渣机的爬升段位置,长期积累,影响系统安全运行。如果输渣机角度超过32°,细灰的回流程度加剧,输送的细灰量小于锅炉产生细灰量,造成细灰在输渣机过渡段底部大量堆积,导致链条磨损、脱链、断链、甚至上下链条搅在一起的现象频繁发生。细灰堆积还压迫着清扫链刮板,使刮板负荷增大导致弯曲变形,严重时甚至损坏清扫链驱动系统。因此,有效解决细灰输送问题,是干排渣系统面临的突出问题。
  4 输渣机优化设计与研究
  4.1 优化设计方案比选
  经多方调研和现场走访,发现常规的干排渣设备受设备角度和锅炉负压作用,均存在底部细灰堆积问题,如果设备密封不好,堆积更严重。有个别电厂采取将将输渣机箱体底部的观察窗全部打开,靠锅炉负压将细灰吸进炉膛,但在爬升段依然会因锅炉负压将风反吹至箱体底部,且进入炉膛漏风系数大增,极大影响锅炉效率,增加燃煤量和排渣量,干排渣机的负荷反而增加。
  经反复探讨、多次攻关,选择将输渣机从爬升段将钢带箱体和清扫链箱体分开设计,分别加底板和盖板密封。这样,钢带上炉渣和底板细灰可以分别从单独的箱体输送。结合现有的输送系统,研究了三种方案并一一加以讨论和分析:
  1)方案一:气力输送细灰至渣仓
  清扫链箱体从爬升段起始点后小长度分出后,爬升到一定高度安装驱动系统在清扫链箱体底部设计一个灰罐(约1m3)。灰罐底部接气力输送管道,存贮的细灰通过气力输送管道输送到渣仓仓顶。原理图如图2所示。
  优点:在过渡段爬升处装灰罐,细灰直接进灰罐,彻底避免了底部积灰。清扫链长度变短,节约清扫链系统的成本。
  缺点:需要在灰罐位置向下挖坑放置灰罐及给料设备。同时增加了气力输送系统设备及管路,而且气力输送系统设备及管路存在检修维护工作量。   图2 气力输送细灰至渣仓
  2)方案二:机械输送至装车系统
  清扫链箱体从爬升段开始,以小的角度(≤20°)分离出来。清扫链系统输送的细灰经螺旋输送机后用小灰斗收集起来直接输送至装车系统。原理图如图3所示。
  优点:在过渡段爬升段将清扫链分离出来,清扫部分角度小,爬升段短,细灰不易在箱体底部积灰。
  缺点:增加了一台螺旋输送机,设备成本增加。同时,增加了故障点及检修维护量。
  图3 机械输送至装车系统
  3)方案三:清扫链直接输送细灰至装车系统
  清扫链箱体从爬升段开始,以小的角度(≤20°)分离出来。清扫链系统直接输送细灰到头部后用小灰斗收集起来直接输送至装车系统。原理图如图4所示。
  优点:在过渡段爬升段将清扫链分离出来,清扫部分角度小,细灰不易在箱体底部积灰。没有增加其他附加设备,输送系统简单,经济合理。
  另外,清扫链的长度相对优化设计前的长度(与钢带同样长度),因清扫链的爬升角度降低及清扫链输送出口位置的调整,优化后的输送底板细灰的清扫链系统的清扫链长度减少,减少的数量视清扫链系统的角度及输送出口位置确定。
  图4 清扫链直接输送细灰至装车系统
  4)方案评审结论
  综合对比以上三种输送细灰方案中,各有优缺点,但从输送效果、设备成本、干渣系统运行维护工作量几个方面综合考虑,最优化的输送方案为方案三清扫链直接输送细灰至装车系统的方案。
  4.2 箱体优化设计
  底板细灰通过清扫链直接输送至装车系统采取将输渣机细灰和大渣分箱体的输送方式,即从爬升段起点将钢带、清扫链箱体分开,如图4所示。输渣机的上层输送大渣系统直接进渣仓,下部输送细灰的刮板输灰系统进入小灰斗。优化设计后,由于输灰系统相对封闭严密,独立输送,输灰顺畅,有效避免了以往系统过渡段积灰引起的卡链、断链,链条搅在一起的现象。而且灰渣分开输送后,可以使输灰系统倾角小,可以降至20°以下,完全保证了系统的输送能力。但是过渡段分离时接口连接和密封问题要严密设计,保相关系统平稳过渡。
  该设计的优点是,输灰系统独立,封闭严密,而且底板细灰的输送角度较小,有效解决输送底板细灰的问题。另外,将清扫链系统从钢带输渣机爬升段引出后,延长至渣仓底部,直接进入装车系统。清扫链长度比常规系统缩短。
  5 工业应用情况
  该项目研发的干式排渣系统的示范工程――华能黄台电厂“上大压小”热电联产2*350MW工程干式排渣系统,于2010年8月开工安装,到2010年12月及2011年1月两台炉先后通过了168小时试运。顺利移交用户投入商业运行。稳定运行至今,运行维护费用较低,干渣综合利用好,业主反映很好。
  随后,又在山东淄博项目、安徽华塑项目、华能大连等项目中运用了分体式箱体的输渣机。通过调研目前在运行的所有项目,设备运行稳定、可靠,未发生底部积灰现象。
  6 结语
  本优化设计,从输渣机爬升段开始,钢带输渣与清扫链底板细灰的单独箱体分别输送,彻底解决底部细灰堆积问题,满足连续接受和送出高温灰渣,极大的提高了设备的可靠性和输送力。特别是采用优化设计后的设备完全可以满足大角度输渣机和燃烧劣质煤的电厂安全稳定运行,有效实现了超大渣量和大角度输渣机的输送,保证干渣系统关键设备安全可靠运行。
  通过样机试制工作,掌握了设备制造技术,全面提高干式排渣系统设计与制造技术,为成果的推广奠定了基础。
  通过工业应用,验证了理论分析结论,对干排渣设备的优化研究设计,有效解决了现场运行存在的问题。应用优化设计的干式排渣系统,运行稳定可靠,给运行维护带来许多方便,延长设备部件的使用寿命,减少设备运行维护费用,降低了售后维护的成本及管理成本。
  该研究成果为国内首创,已达到国际领先水平,促进了行业的进步,可以在在干式排渣系统中大力推广应用。
  【参考文献】
  [1]《运输机械设计选用手册》编辑委员会编.运输机械设计选用手册[M].化学工业出版社,1999.
  [2]《煤炭工业标汇编》编辑委员会编.煤炭工业标汇编.煤矿专用设备卷[M].中国标准出版社,2000.
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  [5]富通公司,300MW机组干式排渣系统优化设计研究技术报告[R].2011.
  [6] 张华兰.干式排渣系统的应用优势[J].中国科技信息.2007(10).
  [7]赵会刚,张华兰.干式排渣系统在“W” 锅炉上的应用[J].电力建设.2007(7).
  [责任编辑:刘帅]

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