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干式排渣系统对锅炉燃烧的影响及选型

  摘 要:该文主要分析了干式排渣系统对锅炉运行的主要影响,并着重论述了干式排渣系统三大组成部分:机械系统、电气系统、控制系统的稳定性要求和实现的技术方法,对工程项目中干渣机的选型会有一些参考价值。干式排渣与水力排渣系统相比有着系统维护简单、节水环保、干渣活性好等优点。此外,通过计算冷却炉渣用的炉底进风量对锅炉效率、炉膛出口烟温等的影响,从理论上透彻地掌握了干式排渣冷却系统对锅炉安全运行所造成的影响,从而为该系统的经济有效运行提供有力的技术支持和理论指导。
  关键词:干渣系统 机械 电气 控制
  中图分类号:TK227 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)08(c)-0117-02
  1985年意大利MAGALDI公司发明并研制开发了MAC干式排渣系统,截至2014年,国外已有20多个国家多个燃煤电厂150多台20~700 mW机组的锅炉选用了MAC干式除渣系统,锅炉正常排渣量一般不超过6.5 t/h、最大排渣量不超过25 t/h,每炉配1台长度20~40 m的MAC风冷干式排渣机;仅希腊Magaiopolis电厂3号机组(300 mW)正常排渣量高达25 t/h、最大排渣量高达50 t/h。
  因干式排渣系统具有节水、节电、维修费用低、能有效降低炉底灰渣含碳量等显著优点,符合现阶段建设新型环保电厂的要求,以钢带输渣机为主体设备的干式排渣系统逐渐被广大用户所接受而得以迅速推广。现全国采用干式排渣系统的火力发电厂数量已经超过了百个,配套机组容量也从原来的200 mW发展到300 mW,600 mW超临界、超超临界,1000 mW超超临界燃煤机组。随着干式排渣系统的大量应用,其系统稳定性也越来越得到各大设计院工程设计人员和电厂运行、检修人员的重视。正是由于众多优点,干式排渣系统也受到各大电力投资公司的青睐,在项目招标的时候均要求采用此系统,特别是那些缺少淡水的区域,更加趋向于此种系统。
  1 干式排渣系统对锅炉运行的主要影响
  干式排渣系统是对原有水力除渣系统的代替,不是新增的辅机设备,但对锅炉的运行影响具有自己的特点。
  1.1 系统进风对锅炉运行效率的影响
  系统进风分为冷却进风和漏风。冷却进风是包括从手动进风门和电动(或气动)进风门进入封闭的钢带输渣机的冷却灰渣的正常进风。(如图1)
  漏风是包括设备连接部位(如:斗提机与碎渣机、钢带输渣机和炉底排渣装置,渣井和锅炉水冷壁下联箱)和设备本身(如钢带输渣机各标准段连接处)的所有非正常进风。
  根据多方单位测试研究表明,当钢带输渣机内灰渣的冷却风量小于锅炉总进风量的1%时,不会影响到锅炉效率和炉膛火焰中心高度。系统进风为冷却进风和漏风之合。为获得最好的冷却效果,应尽量加大冷却风量,减少系统漏风,如非螺栓连接金属接合面采用满焊,螺栓连接接合面之间加石棉布和铅油,观察窗和检修门加耐高温橡胶等封闭措施。
  1.2 系统停运对锅炉负荷的影响
  干式排渣系统在BMCR工况下设计停机时间是12 h(此为根据印尼龙湾315 mW机组上、由于燃烧煤质较好、锅炉底渣设计连续排渣量为1 t/h。而计算出的时间),在国内大部分电厂,由于大部分燃烧低品质煤种,则停机时间可能会缩短,这取决于渣量和渣井的容量。如果想要进一步延长干渣系统停机时间,可以通过降低负荷实现,经过对300 mW机组试验,在一台磨煤机工作情况下,系统可停机9 h以上。因此在通常情况下,干式排渣系统对锅炉的影响非常小。
  2 干式排渣系统工艺设备的运行稳定性
  对锅炉安全稳定运行产生潜在威胁的,还有干式排渣系统设备自身的稳定性和安全性。其主要系统设备包括:渣井、炉底排渣装置、钢带输送机、碎渣机。
  2.1 渣井设备(含水封或机械密封)
  渣井设备的安全性主要表现在结构强度和密封两方面。渣井设备不但要满足BMCR工况下12 h的储渣要求,还要保证落大焦情况下的耐冲击要求。图2为采用大型有限元软件ANSYS进行格栅受60 m高2000 kg大焦块冲击时的状态分析图。
  从图2可以看到,格栅只是局部发生形变,并不会损害,有效地保护了下方的钢带输送机设备。渣井的独立支撑,加强筋都可有效提高结构强度。
  正对锅炉侧壁,渣井下部浇注的耐火浇注料也会经常遭到焦块的冲击,因次耐火浇注料在保温隔热的同时还要具有一定的强度。
  渣井与锅炉水冷壁下联箱的连接密封现在有两种方式。一种是水封,一种是机械密封。两种方式都可满足炉膛X、Y、Z方向上的位移要求。机械密封一次性投资比水封大3倍左右,但省了运行时补水的费用,而且没有锅炉启动时水封槽内溢水的问题,只要施工时焊接仔细,安装正确就不会存在漏风问题。
  2.2炉底排渣装置
  炉底排渣装置的安全性主要表现在挤压头的灵活开关上。在钢带输送机及后续输送系统发生故障时,该装置的挤压头关闭,炉渣暂时存储于渣井。安装于防护隔栅上(格栅间隔200 mm)的挤压头打开或关闭状态均为水平移动,垂直作用力由静止的隔栅承受,关断门不受力,即使油缸失灵也不会自动打开。隔栅、挤压头采用耐高温、耐磨材料,热变形小。挤压头采用液压系统驱动,压力可达5 t,保证关闭时不会被大渣,大焦卡住,并起到预破碎大焦的作用。
  2.3 钢带输渣机
  钢带输渣机是干式排渣系统的核心设备,其安全性主要表现输送钢带和驱动装置。只要钢带输渣机不停,一般就不会影响锅炉的正常运行。钢带的材质一般都采用进口超低碳耐热不锈钢,钢带的宽度需根据锅炉的排渣量来选择,一般在800~1600 mm之间。钢带的结构不同干式排渣系统厂家会有不同的结构。经多年的研究,如下的钢带结构具备优异的热强性和抗蠕变性能,优良的持久塑性和组织稳定性,常温和高温下,安全系数范围(3~6)。(如图3)   驱动装置分为钢带驱动和清扫链驱动两部分。目前采用的驱动机构大都采用进口品牌的产品,国产品牌在稳定性和体积上均达不到相关的要求。如比较常见的钢带驱动采用的是意大利的布雷维尼的减速机,清扫链驱动采用的是德国的SEW,原配的ABB变频电机,两种产品都有10来年的干式排渣系统运行业绩。与变频电机配套的变频器可选择余地较大,如:西门子、施耐德、AB系列均可。
  2.4 碎渣机
  碎渣机的安全性主要表现在吃大渣和大焦的效果和使用寿命。碎渣机工作温度按不低于350 ℃设计。因国内锅炉燃烧煤种复杂多样,故有渣量大,易结焦的特点。这就要求碎渣机不但要有较大的出力,还要有较强的吃大焦、硬焦能力。根据近几年对进口碎渣机使用情况反馈来看,进口碎渣机普遍不适应中国的炉渣情况,具体表现在碎渣机辊齿板易碎,碎渣机颚齿板易碎,轴承易磨损,主轴寿命短。相比较进口碎渣机,具有自主知识产权,专门针对国内市场干排渣市场研发生产的耐高温碎渣机实际使用效果良好,对大渣,大焦的优异处理能力得到了众多电厂的肯定。其主要性能指标有:碎渣机辊齿及颚齿板工作寿命大于24000 h,主轴工作寿命大于80000 h,轴承工作寿命大于30000 h,壳体、支架等结构件寿命不小于30年。(如图4)
  3 干式排渣系统电气设备的运行稳定性
  3.1 设备供电等级
  目前国家尚无干式排渣系统设计规范,参考水力除渣设备供电级别和以往工程实践经验,根据设备使用重要性和负荷大小采用如下供电方式:钢带输渣机、碎渣机、斗提机、渣仓卸渣设备等可从辅机MCC采用单路供电;液压泵站控制箱因为控制炉底排渣装置,对锅炉运行影响较大,建议采用双路供电,在泵站控制箱内设电源自动切换装置。
  3.2 电气元器件的选择
  干式排渣系统所用电气元器件不多,而维修往往需要停系统才可进行,故电气元器件尽可采用质量、寿命可靠的产品。如:施耐德、ABB、穆勒、西门子等国际大厂产品。
  3.3 就地控制箱的IP等级
  干式排渣系统一般都配有就地控制箱,已满足特殊工况下就地操作的需要。就地环境一般比较恶劣,尤其是南方地区锅炉厂房一般不做封闭处理,炉底环境同室外环境,故控制箱防护等级一般不能低于IP54。控制箱应考虑防雨,如果内设变频器还需考虑通风散热。
  3.4 电动机的IP等级
  除液压泵站电机工作环境较好,可考虑IP44防护等级外,其余电机大多工作于室外,环境较差,防护等级应按不低于IP54设计。
  4 干式排渣系统控制系统的运行稳定性
  4.1 系统硬件要求
  干式排渣系统既可纳入DCS控制系统集中监视控制,也可设置单独的PLC加操作员站监视控制。因DCS系统本身具有很高的稳定性,故在硬件方面可以保证系统可靠性,主要是考虑软件编程应满足干式排渣系统连锁保护要求,并进行完整的连锁保护试验。在新建电厂中,由于DCS厂家对干式排渣系统重视程度不够,经常发生连锁保护尚未完善,系统就开始运行的情况,给系统安全运行造成很大隐患。在采用PLC加操作员站控制方式时,对PLC的选择提出了较高的要求。如可编程序控制器(PLC)应带有双机热备中央处理单元(CPU),冗余的电源模件,冗余的通讯模件。目前国内应用最多的是Modicon的QuantumUnity和AB的ControlLogix系列。在PLC机柜布置上,无论是CPU主站还是远程I/O站,均布置在灰控楼控制室较为理想,现场条件很难满足PLC模块运行条件,非常容易由于积灰造成模块损坏。
  4.2 系统软件要求
  干式排渣系统由多个设备组成,设备之间的连锁保护由控制系统完成,故控制系统编程的完整性和可靠性是干式排渣系统安全运行的必要保证。为保证程序可靠运行,除按干式排渣系统控制要求和控制逻辑图正确编写程序外,还应进行完整的连锁保护调试,通过调试来发现设计中存在的漏洞,通过试运行来检验。
  5 结语
  干式排渣系统从引进到国产化已经经过了20来年的时间,设备也从开始的模仿发展到现在的自主创新,对国内燃煤锅炉的适应性越来越好,安全可靠性也越来越高。在工程项目的投标和干式排渣系统的招标过程中,本文可以用来做以参考。
  参考文献
  [1] 张华兰.干式排渣系统的应用优势[J].中国科技信息,2007(10):48-49,51.
  [2] 于长友.燃煤电厂钢带式排渣机干式除渣技术[J].中国电力,200(1):56-59.
  [3] 李洪,李清.珠海电厂除灰渣系统的设备与应用[J].电力建设,2001(2):46-48.

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