锅炉渣水系统零排放的改造与管理
摘要：该文通过了捞渣机渣水循环系统升级的改造、锅炉渣水系统流程的改进和运行方式的改变，使浙江浙能长兴发电有限公司(以下简称：长电公司)4台机组的渣水得到循环使用，实现渣水零排放，达到环保要求，提高水资源利用率。
1.1 改造原因。
长电公司原渣水循环系统采用2004年国内流行的半闭式水循环系统，系统存在配置设备复杂、能耗损失高、排污量多、检修工作量大、维护费用高等缺点。目前，为响应国家环保号召，采用国内先进成熟的CCS水循环系统。
1.2 改造方案。
经过一段时间的调研、改进，现长电公司采用的CCS循环湿式除渣系统，可以实现渣水零溢流，而且，无须增设渣浆泵、冷却水处理系统，减少了设备配置、节约了生产成本、大大降低了水耗。
捞渣机零溢流水冷却换热系统，主要包括：渣井水位监测装置，渣井自动补水系统，捞渣机水温监测装置(原设备已配有)，捞渣机水位监测装置，捞渣机自动补水系统，捞渣机槽体内置式冷却水高效换热器。
在捞渣机水平段设置高效不锈钢换热器，换热器采用集成安装，独立换热，每套独立的冷却器进、回支管均设有手动截止阀，每套换热器的进水口，均与捞渣机壳体外侧的总冷却供水管道上进水管道法兰连接;每套换热器的回水口，均与捞渣机壳体外侧的总冷却供水管道上回水管道法兰连接。当某一套换热器出现问题时，只需关闭进、回水截止阀，冷却水就不能进入此套换热器，不影响其他换热器对渣水的冷却。此外，根据灰渣量和灰渣特性计算需要设置换热器的数量(长电公司每台捞渣机有20组换热器，两侧各10组)，在设计时，留有一定的余量，不会因某一套换热器的退出，影响整个换热效果。
渣井密封槽内的水，由于受锅炉辐射热蒸发造成水位下降时，应由渣井固定补水系统保证渣井密封槽内的水位。当出现异常情况时，水位低于设计值时，渣井水位监测装置检测到渣井密封槽水位不能满足设计要求时，渣井自动补水系统自动打开进行补水，渣井密封槽水位监测装置检测，渣井密封槽水位高于设定值时，渣井自动补水系统自动关闭停止补水。
捞渣机壳体内的密封水水位，由捞渣机固定补水系统(即链条冲洗水)保障，当捞渣机出现异常情况时，捞渣机水位监测装置检测，捞渣机壳体内的密封水水位低于设定值时，捞渣机自动补水系统自动打开进行补水，捞渣机水位监测装置检测，捞渣机壳体内的密封水水位高于设定值时，捞渣机自动补水系统自动关闭停止补水。
1.3 改造依据。
水量平衡。捞渣机系统的水耗，包括：冷却炉渣蒸发的水、渣带走的水。一般的除渣系统具备汽车运输条件的渣含水率为30%，即渣会带走渣总重量30%的水。经试验，在采用捞渣机零溢流的灰水系统，1t热渣在冷却过程约有0.1t水被气化消耗。总起来说，1t/h渣对应的水耗为0.4t/h。为了维持水量的平衡，除渣系统新补入的水量，可按照每吨渣对应的水耗为0.4t/h进行实验并修正，以保证捞渣机正常情况下不溢流。因此，捞渣机取消内导轮轴封水等，以避免带来水量的不平衡。
热量平衡。除渣系统实现零溢流后，进入刮板捞渣机槽体的热量，由水蒸发所带走的热量、净补水量温升吸收的热量、换热器带走的热量，维持热平衡。经试验，在这个平衡里，捞渣机的槽体水温保持在60℃偏低。
水量平衡、热量平衡计算。取热渣的初始温度为t'=850℃;换热器进口水温30℃，出口温度46℃，渣的比热：Cz=0.97kJ/(kg.℃);水比热：Cs= 4.2 kJ/(kg.℃);补水温度30℃;最高水温60℃;100℃水的汽化热为2258.4 kJ/kg。
灰渣散发的热量：单位热渣释放热量(850℃—60℃)0.97 kJ/(kg.℃)1000kg=766300kJ。
气化水吸收热量计算。
A、渣井气化水吸收的热量。
水温由30℃升至100℃时，吸收的热量Q1=100014.2(100— 30)=294000kJ;。
水由100℃液体变为100℃水蒸气，吸收的热量Q2=2258.410001=2258400kJ;。
为此，得知1t30℃的水转换成100℃水蒸气，吸收的热量为：Q水=2552400kJ。
B、换热器带走的热量。
1吨渣需要8吨闭式循环水进行热交换。
8吨水温由30℃升至46℃时，吸收的热量Qs=100084.2(46— 30)=537600kJ。
C、渣仓耗水带走的热量。
1吨渣带走0.3吨水;。
渣仓水带走的热量Qz=10000.34.2(60— 30)=37800kJ。
理论蒸发水量：(766300—537600—37800)kJ。
2552400kJ0.075。
为此，得知3.1中1t热渣在冷却过程，约有0.1t水被气化消耗的实验值，是符合理论计算的。捞渣机壳体内基本没有水蒸气进入锅炉内部。
1.4 改造措施。
第一，渣井固定补水系统加设流量计和截止阀门，以控制渣井进水量，将原渣井密封水槽连续补水升级为间断补水。
第二，渣井密封水槽设2件电导式测量计、1件差压变送器、2套执行机构。电导式测量计、差压变送器，实现对渣井密封水水位，达到二级保护功能，可靠性高。当水位低时，低水位电导式测量计动作，相关的执行机构打开进水阀门，水封槽的水位开始上升;当水位达到设定点时，高水位电导式测量计动作，关闭进水阀门;当差压变送器检测到水位低时，执行机构打开进水阀门，水封槽的水位开始上升;当水位达到设定点时，关闭进水阀门。电导式测量计、差压变送器和执行机构联动，确保渣井密封水位的高度。
第三，为了防止锅炉内部扬尘进入渣井水封槽，影响锅炉密封，渣井安装有排污装置。
第四，捞渣机水位设置电导式测量计2个，气动蝶阀1个，采用PLC实现闭环控制。设定捞渣机槽体上平面的水位与关断门下沿最大水位高度和最小水位高度。
第五，在机壳外侧的两侧面，均设置一条进水母管和回水母管，进水母管在下面，回水母管在上面。进水母管和回水母管均一端焊接法兰，另一端封闭。捞渣机内侧，根据机壳形状设置多套散热器。当某一套散热器损坏时，关闭截止阀，冷却水就不能进入此片散热器，不影响其他散热器对渣水的冷却。散热器与机壳之间有一定的间隙，增加冷却效果。每一侧均有一个母管进水口和出水口，待散热器安装完后，两侧均进行水压试验，保证各连接处不漏水，冷却面积大于实际的计算面积。
第六，捞渣机内导轮间水平段槽体两侧各加宽200mm，使冷却水管不受炉膛渣块的冲击，壳体改造后，保证了捞渣机壳体的强度，达到了壳体不变形。
第七，管式换热器外侧与液压关断门外侧之间，设置换热器防护装置，确保较大焦块水裂时不冲击换热器，防护装置能承受2t重焦块的冲击。
第八，所有的管路中管道及管接头采用304不锈钢。
第九，高效换热器采用原装进口瑞士Energie Solaire公司产品，产品材质高效换热不锈钢，耐压要求不小于0.8Mpa，换热面积不小于120平方。
长电公司#1——#4炉渣水系统，由渣井、刮板捞渣机、高效浓缩机、缓冲水仓及渣水杂质泵组成。其中渣井、捞渣机为每台炉配置一套，高效浓缩机、缓冲水仓为两台炉共用一套。
2.1 原渣水运行途径。
熄火水渣井环形熄火水总管渣井溢流至捞渣机船体溢水沟溢流水坑溢流水泵浓缩机分配槽高效浓缩机处理过的水溢流至缓冲水仓熄火水泵捞渣机渣井环形熄火水总管。
浓缩机底排污泵捞渣机补水溢水沟溢流水坑溢流水泵浓缩机分配槽高效浓缩机浓缩机底排污泵。
浓缩机排污泵渣水不再进入捞渣机，改为进入综合集水坑。其运行途径为：
浓缩机排污泵综合集水坑沉淀后水由自吸泵浓缩机分配槽高效浓缩机浓缩机排污泵。
综合集水坑沉淀的灰渣，由人工清运至指定堆放点。
捞渣机渣水闭式循环改造后，在机组正常运行时，保证了渣水系统的零排放。
2.3 机组检修时的冲洗水处理。
在机组检修过程中，有大量的冲洗水产生(炉膛、空气预热器、电除尘器)约4000―5000t/次，冲洗水源为消防水(高压工业水)。冲洗后的灰渣水，灰渣含量高、水量大且集中，如果不经过改造，大量的冲洗水源无法平衡。为了保证渣水的零排放的顺利实现，根据长电公司的实际情况，需将冲洗水的水源进行更改，将熄火水改为冲洗水水源比较合理。冲洗水水源改为熄火水后，可以利用现有的设备进行循环使用，需将相关的管道、设备加以优化改造。其冲洗水运行途径：
空气预热器(炉膛)冲洗水：熄火水空预器冲洗溢流水坑溢流水泵浓缩机分配槽浓缩机缓冲水仓空预器冲洗;。
电除尘冲洗水：熄火水电除尘冲洗溢流水坑溢流水泵浓缩机分配槽浓缩机缓冲水仓电除尘冲洗;。
几点说明：由于空预器和炉膛冲洗有时间差，可以先进行炉膛冲洗后，再进行空预器冲洗;空预器与电除尘冲洗时间基本一致，为了保证熄火水的水质，空预器和电除尘冲洗后的渣水，分别进入一、二期渣水系统。为了确保水量的基本平衡，冲洗水的处理原则为从哪里来、回那里去。一期熄火水用于#1、#2炉空预器、炉膛冲洗;#3、#4炉电除尘冲洗，冲洗水进一期渣水系统。二期熄火时用于#1、#2炉电除尘冲洗;#3、#4炉空预器、炉膛冲洗，冲洗水进二期渣水系统。熄火水升压分别选用一、二期的反冲洗水泵(H=80m，Q=60t/h)。一期浓缩机处理能力差，斜管更换成本高，应将斜管改为斜板。捞渣机冲链水;锅炉、电除尘0m层冲洗水源，均改为熄火水，收集后，经溢流水泵、浓缩机处理后，循环使用。渣水系统改造后其余废水原则上不得进入渣水系统。
2.4 渣水设备运行方式。
系统改造后，运行方式有较大改变：机组正常运行时，停运浓缩机、缓冲水仓下排污泵、溢流水泵、高效浓缩机。如有需要，(地面冲洗水量大，达到溢流水泵启动条件时)可定期启动浓缩机及浓缩机下排污泵，排污水至综合集水坑。现定为每天启动一小时，与地面冲洗同步，熄火水泵照常运行。
在机组检修前，应对综合集水坑，做一次全面检查清理，保持低水位。在机组检修设备冲洗时，需启动反冲洗水泵、溢流水泵、高效浓缩机、高效浓缩机和缓冲水仓下排污泵，为了保证熄火水的水质，需启动两套渣水处理系统，如图1所示。
3、结束语。
随着我国对环保监督日趋完善，灰渣水系统处理效果，必须达到国家一级排放标准。作为负责任的火电厂，对锅炉灰渣水系统存在的问题进行改造，避免工业废水外排到自然水源，造成环境污染事故。锅炉渣水系统的改造、优化是一个系统工程，不可能一蹴而就。为降低电厂水耗，提高水资源利用率，实现工业废水零排放，我们要通过研究分析、查找原因、实验分析、采取对策等大量行之有效的工作，不断解决新问题、迎接新挑战，势在必行。
参考文献：
[1] 张岑，王巍. 300MW锅炉渣水系统水平衡技术研究与应用[M]. 中国电力(技术版)，2012(10).
[2] 冯喜京，单长青，王立辉，孙艳梅. 75t/h锅炉冲渣水系统扩容改造[M]. 冶金动力， 2003(1).