張俊琦

(中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

燃煤鍋爐省煤器灰的特性與燃用煤種以及鍋爐運(yùn)行狀況有關(guān)，省煤器灰的粒徑較大，約40%的顆粒粒徑超過(guò)100 μm，容重大多超過(guò)900 kg/m3，且省煤器灰斗排灰溫度較高(一般為300～400℃)。國(guó)內(nèi)燃煤電站大多采用氣力輸送系統(tǒng)將省煤器灰輸送至灰?guī)旎蛟鼛?kù)。

目前國(guó)內(nèi)燃煤電站省煤器灰輸送方案主要有以下四種：省煤器灰單獨(dú)設(shè)置輸送管道直接輸送到灰?guī)?、省煤器灰輸灰管道與除塵器區(qū)輸灰管道混合后輸送至灰?guī)?、省煤器灰?jīng)輸送管道輸送至除塵器的入口煙道和省煤器灰輸送至渣庫(kù)。省煤器灰氣力輸送方案在技術(shù)上已經(jīng)成熟，且省煤器灰氣力輸送系統(tǒng)運(yùn)行良好，省煤器灰輸送中常見(jiàn)的輸送難、輸灰管道堵管等問(wèn)題也已得到解決，但因省煤器灰輸送的終點(diǎn)儲(chǔ)存庫(kù)卸灰方式和儲(chǔ)存介質(zhì)的不同，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)給儲(chǔ)存庫(kù)周?chē)h(huán)境帶來(lái)不同的影響。本文主要對(duì)采用省煤器灰輸送至渣庫(kù)輸送方案時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 省煤器灰輸送至渣庫(kù)輸送方案

除渣系統(tǒng)采用干除渣方案，爐底渣經(jīng)過(guò)渣井后連續(xù)落入干式排渣機(jī)，在干式排渣機(jī)內(nèi)被空氣冷卻，被加熱后的空氣帶著爐底渣的熱量進(jìn)入鍋爐爐膛，冷卻后的爐底渣經(jīng)碎渣機(jī)破碎后，直接進(jìn)入渣庫(kù)貯存。渣庫(kù)的底部設(shè)有2個(gè)出口，其中一個(gè)接汽車(chē)散裝機(jī)，用于卸干渣，干渣可直接裝車(chē)供綜合利用。另外一個(gè)接雙軸攪拌機(jī)，用于卸調(diào)濕渣，干渣經(jīng)雙軸攪拌機(jī)加水調(diào)濕后裝車(chē)供綜合利用或送至事故灰場(chǎng)堆放。省煤器灰斗和脫硝灰斗下各安裝一個(gè)氣力發(fā)送設(shè)備，省煤器灰斗和脫硝灰斗的灰經(jīng)輸灰管道氣力輸送至渣庫(kù)。采用此方案的系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 省煤器灰輸送至渣庫(kù)系統(tǒng)圖

2 省煤器灰輸送至渣庫(kù)產(chǎn)生的問(wèn)題

經(jīng)調(diào)研多個(gè)燃煤電廠，采用省煤器灰輸送至渣庫(kù)方案時(shí)，因卸干渣會(huì)造成渣庫(kù)周?chē)h(huán)境飛塵較大，且渣庫(kù)靠近鍋爐房，對(duì)于廠區(qū)的環(huán)境會(huì)有影響，因此大部分電廠從環(huán)保角度考慮，一般不采用卸干渣方式，大多使用雙軸攪拌機(jī)將干渣加水調(diào)濕后裝車(chē)外運(yùn)，但是卸調(diào)濕渣時(shí)渣庫(kù)四周冒白煙，白煙消散后，渣庫(kù)、鍋爐房區(qū)域設(shè)備及地面上有顆粒狀灰塵，造成這部分區(qū)域環(huán)境臟差。

本文以某660 MW機(jī)組為例，渣庫(kù)卸調(diào)濕渣時(shí)冒煙情況比較嚴(yán)重，造成鍋爐房區(qū)域環(huán)境臟亂。為解決問(wèn)題，電廠首先對(duì)渣庫(kù)進(jìn)行了整體封閉，且在排渣口和渣庫(kù)出車(chē)口加噴淋水，但效果不大。因?yàn)樵鼛?kù)冒出的白煙是氣體，且溫度高，會(huì)向上飄逸后向四周散開(kāi)，待溫度降低后下沉至地面，造成渣庫(kù)、鍋爐房區(qū)域設(shè)備及地面布滿顆粒狀灰塵。后期又在渣庫(kù)運(yùn)行層平臺(tái)上加設(shè)抽塵風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)入口設(shè)在渣庫(kù)排渣口附近，風(fēng)機(jī)出口接入渣庫(kù)頂部。當(dāng)渣庫(kù)排渣時(shí)，先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，停止排渣時(shí)，風(fēng)機(jī)仍然運(yùn)行一段時(shí)間。并在渣庫(kù)地面設(shè)沖洗水，加強(qiáng)運(yùn)行管理，每次卸渣裝車(chē)后，對(duì)地面進(jìn)行沖洗。但是這些措施都是補(bǔ)救措施，效果不好。

3 問(wèn)題分析

首先從產(chǎn)生問(wèn)題的根源進(jìn)行分析，渣庫(kù)卸調(diào)濕渣時(shí)出現(xiàn)的白煙是什么呢？根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況觀察，卸干渣時(shí)只是在渣庫(kù)卸料口附近出現(xiàn)灰塵，沒(méi)有白煙。卸濕渣時(shí)會(huì)在渣庫(kù)運(yùn)行層上部出現(xiàn)白煙，且會(huì)隨風(fēng)飄散，最終白煙飄散區(qū)域地面有顆粒狀灰塵。比較兩種卸渣方式，唯一不同的是卸濕渣時(shí)添加水對(duì)干渣進(jìn)行調(diào)濕，因此分析卸調(diào)濕渣時(shí)冒的白煙就是水分，當(dāng)使用雙軸攪拌機(jī)卸調(diào)濕渣時(shí)，排入渣庫(kù)內(nèi)的灰渣混合物溫度高于100℃，當(dāng)調(diào)濕水接觸到高于100℃的灰渣混合物時(shí)，引起調(diào)濕水蒸發(fā)，蒸發(fā)后的水分會(huì)帶動(dòng)部分細(xì)小灰渣溢出渣庫(kù)，就會(huì)造成卸調(diào)濕渣時(shí)冒煙，同時(shí)灰渣隨著蒸發(fā)的水分升高再下沉后造成更大范圍的環(huán)境污染。

為了驗(yàn)證分析結(jié)果，對(duì)渣庫(kù)內(nèi)省煤器灰和干渣混合物溫度計(jì)算[1]如下：

以上文提到的660 MW機(jī)組為例進(jìn)行計(jì)算，省煤器灰斗出口排灰溫度約為400℃，省煤器灰斗距渣庫(kù)頂部最大距離約200 m，省煤器灰斗、脫硝灰斗采用定期排灰方式，省煤器灰氣力除灰系統(tǒng)額定出力Gm為10 t/h，灰氣比為12。

則省煤器灰氣力輸送系統(tǒng)所需壓縮空氣質(zhì)量流量Ga計(jì)算如下：

式中：Gm為省煤器灰氣力除灰系統(tǒng)出力，10 t/h = 166.7 kg/min；μ為省煤器灰氣力輸送系統(tǒng)灰氣比，12。

輸灰管道始端灰氣混合物溫度tm計(jì)算如下：

式中：Ga為氣力除灰系統(tǒng)所需壓縮空氣質(zhì)量流量，取231.5 kg/min；th為省煤器灰的溫度，取400℃；ch為灰的比熱容，ch= 0.17+0.06×10-3th=0.194 kcal/(kg·℃ )；ta為輸送壓縮空氣的溫度，取壓縮機(jī)出口溫度40℃；ca為壓縮空氣的比熱容，一般取0.24 kcal/(kg·℃ )。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，輸灰管道一般每100 m的溫降值為6～20℃，因省煤器灰和壓縮空氣混合物的溫度與周?chē)h(huán)境差值較大，取每100 m溫降值為15℃，則省煤器灰進(jìn)入渣庫(kù)的溫度計(jì)算如下：

式中：L為省煤器灰輸送距離，200 m；tm為氣力輸送管道始端灰氣混合物溫度，172.4℃；Δt為每100 m的溫降值，15℃。

采用干除渣方案時(shí)，干式排渣機(jī)設(shè)計(jì)出力GZ為16 t/h，干式排渣機(jī)出口排渣溫度一般tz為80～100℃。則省煤器灰進(jìn)入渣庫(kù)后和爐底渣混合后的溫度thz可按式(4)估算：

式中：Gz為干式排渣機(jī)設(shè)計(jì)出力，16 t/h=266.7 kg/min；tz為 干 式 排 渣 機(jī)出口排渣溫度，取80℃；cz為渣的比熱容[2]，0.19 kcal/(kg·℃)；tm'為氣力輸送管道終端灰氣混合物的溫度，142.4℃。

本文同時(shí)計(jì)算了某350 MW機(jī)組作為對(duì)比，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所列：

表1 渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物溫度計(jì)算

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，省煤器灰進(jìn)入渣庫(kù)后，與爐底渣混合后溫度均大于100℃，遇水則易造成水的蒸發(fā)。計(jì)算結(jié)果也驗(yàn)證了上文的分析結(jié)果，渣庫(kù)卸調(diào)濕渣時(shí)產(chǎn)生的白煙就是水蒸發(fā)后形成的。

4 解決方案

對(duì)于渣庫(kù)卸調(diào)濕渣時(shí)冒白煙問(wèn)題，提出了兩種解決方案。

方案一：考慮從產(chǎn)生問(wèn)題的根源進(jìn)行解決，出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是因?yàn)樵鼛?kù)內(nèi)灰渣混合物溫度高于水的沸點(diǎn)溫度，可通過(guò)以下兩種方法降低渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物溫度：

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理，在渣庫(kù)的錐體部分設(shè)置測(cè)溫裝置，及時(shí)監(jiān)測(cè)渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物的溫度，如果灰渣溫度高于100℃，應(yīng)停止卸渣，等自然冷卻至100℃以下再進(jìn)行卸渣，以防止卸濕渣時(shí)調(diào)濕水蒸發(fā)，造成冒煙現(xiàn)象。需要注意測(cè)溫裝置探測(cè)的是渣庫(kù)外表面溫度，并非是渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物實(shí)際溫度，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)考慮此測(cè)量誤差。測(cè)量誤差包括兩部分，一是渣庫(kù)鋼板導(dǎo)熱產(chǎn)生的溫差，此部分溫差可通過(guò)式(5)進(jìn)行估算：

式中：h為灰渣與空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，600 W/(m2·K)；thz為灰渣混合達(dá)到熱平衡后溫度，根據(jù)上文計(jì)算119.6℃；t∞為環(huán)境溫度，取20℃；δ為鋼板厚度，10 mm；λ為鋼板導(dǎo)熱系數(shù)，42.5 kW/(m·K)。

通過(guò)上式計(jì)算結(jié)果可知，這部分誤差較小，一般可忽略不計(jì)。

另一部分誤差是渣庫(kù)內(nèi)省煤器灰和爐底渣的熱平衡誤差，因渣庫(kù)內(nèi)省煤器灰和爐底渣的混合是隨機(jī)的，且每個(gè)工程因?yàn)檫M(jìn)料點(diǎn)位置不同、灰渣成分等不同，渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物達(dá)到熱平衡的時(shí)間不一樣，測(cè)溫點(diǎn)位置不同，得到的測(cè)量值也可能不一樣。為消除熱平衡的誤差，可在渣庫(kù)周?chē)骄O(shè)置多個(gè)測(cè)溫裝置，取多個(gè)測(cè)溫裝置測(cè)量值的平均值作為監(jiān)測(cè)依據(jù)。另外也可以通過(guò)設(shè)置較大容積的渣庫(kù)，讓灰渣混合物在渣庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存較長(zhǎng)時(shí)間，以達(dá)到自然冷卻的效果。

采用新型水冷渣庫(kù)，在渣庫(kù)內(nèi)設(shè)置換熱裝置，輔以外部冷卻水和渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物進(jìn)行換熱，既降低了渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物溫度，又可以對(duì)灰渣熱量進(jìn)行回收。但水冷渣庫(kù)的開(kāi)發(fā)和研究還在初始階段，后續(xù)需要工程實(shí)際應(yīng)用中加以驗(yàn)證和檢測(cè)[3]。

方案二：可通過(guò)改變卸料方式來(lái)徹底解決卸濕渣時(shí)冒煙問(wèn)題。在渣庫(kù)附近設(shè)置干渣磨細(xì)系統(tǒng)，渣庫(kù)內(nèi)的灰渣混合物進(jìn)入磨機(jī)磨細(xì)后再氣力輸送至儲(chǔ)存灰?guī)欤环矫娼鉀Q了渣庫(kù)卸濕渣時(shí)冒煙，對(duì)鍋爐房區(qū)域環(huán)境污染的問(wèn)題，另一方面也提高了干渣和省煤器灰的綜合利用價(jià)值。但是干渣磨細(xì)設(shè)備占地面積大，后期改造受場(chǎng)地限制，且投資較高。建議新建電廠時(shí)可采用此方案，雖然增加了投資，但隨著粉煤灰綜合利用市場(chǎng)的增大，后期運(yùn)行中售賣(mài)粉煤灰可獲得更大利潤(rùn)，可彌補(bǔ)前期投資。

5 結(jié)語(yǔ)

省煤器灰送至渣庫(kù)輸送方案，雖然對(duì)于氣力輸送系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有輸送距離短、配置簡(jiǎn)單、耗氣量小等優(yōu)點(diǎn)，但是會(huì)造成渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物溫度過(guò)高引起的卸調(diào)濕渣時(shí)冒白煙問(wèn)題。對(duì)于燃用煤質(zhì)較好的機(jī)組，燃燒充分，干式排渣機(jī)排出干渣溫度較低，渣庫(kù)內(nèi)灰渣混合物溫度也會(huì)較低，可以通過(guò)良好的運(yùn)行管理，解決渣庫(kù)卸濕渣時(shí)冒白煙造成的環(huán)境問(wèn)題。但是對(duì)于燃用較差煤質(zhì)的機(jī)組，煤質(zhì)燃燒不充分，干式排渣機(jī)排出的干渣有紅焦，溫度較高，在渣庫(kù)內(nèi)和省煤器灰混合后溫度相對(duì)較高，單靠在渣庫(kù)內(nèi)自然冷卻無(wú)法解決該問(wèn)題，此種情況應(yīng)慎重采用省煤器灰輸送至渣庫(kù)的輸送方案，如采用該方案，建議設(shè)置干渣磨細(xì)系統(tǒng)。