CN116202096A - 一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，根据常用水品质特性和炉渣离子浸出浓度，测算捞渣机结垢关键离子富集速率；并计算初始溢流水量和修正补水量控制捞渣池渣水影响结垢的关键几种离子浓度，减少结垢量。本发明的有益效果是：本发明能够减少药剂耗量，降低人工除垢工作量，减缓结垢速率，并合理控制用水成本。

Description

一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法

技术领域

本发明涉及燃煤机组除渣技术领域，更确切地说，它涉及一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法。

背景技术

燃煤机组除渣系统的运行情况直接影响整个机组运行的安全可靠性。目前国内大多采用机械式除渣系统，机械排渣系统具体又分为湿式除渣和干式排渣两种类型。

湿式除渣系统主要由炉渣输送设备和捞渣机两部分组成。每台锅炉冷灰斗底部安装一台水浸刮板捞渣机将炉底渣连续捞出，捞渣机排出的炉底渣，经带有倾斜脱水段的刮板输渣机输送至贮渣仓，炉渣在倾斜段脱水，落入仓中渣的含水率一般≤40％，贮渣仓设有析水元件，可将渣中水进一步析出，然后直接装入自卸汽车运送至贮灰场。炉渣是锅炉高温燃烧产物，内含碱性氧化物质，进入湿除渣系统后在水中溶出碱性物质。渣水水质复杂，含盐量高，造成热交换器表面易结垢，影响渣水换热，存在渣水超温隐患，威胁机组安全稳定运行。

为解决该问题，现有方法是人力除渣、酸洗或添加阻垢剂。但是，现有方法的运行成本投入较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法。

第一方面，提供了一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，包括：

步骤1、计算渣量与补水量；

步骤2、利用溶液浸出法测得渣中各离子浸出量，并利用电位滴定法及离子色谱法测得常用水补水中各离子含量；所述各离子包括OH^-离子、CO₃ ^2-离子、Mg²⁺离子、Ca²⁺离子和HCO₃ ^-离子；

步骤3、根据渣量和补水量计算渣带入各离子浓度；

步骤4、据各离子浓度计算捞渣机船舱中碳酸钙带入量和氢氧化镁带入量；

步骤5、设定碳酸钙和氢氧化镁阈值浓度，令捞渣机船舱碳酸钙带出量大于或等于捞渣机船舱中碳酸钙带入量，并且捞渣机船舱氢氧化镁带出量大于或等于捞渣机船舱中氢氧化镁带入量；

步骤6、依据补水水价计算经济性，选择合适补水种类；

步骤7、动态监测捞渣机船舱离子浓度，及时调节补水量；

步骤8、溢流渣水进入溢流池后，经溢流水泵打入脱硫区域浆池，作为脱硫工艺补水。作为优选，步骤1中，所述渣量的计算公式为：

M₂＝M₁*10％

其中，M₂表示渣量，M₁表示特定机组满出力常用煤种燃煤量，单位均为t/h；

补水量的计算公式为：

Q_B＝Q_zs+Q_Z+Q_yl

其中，Q_B表示补水量，Q_zs表示出渣水量，Q_Z表示蒸发水量，Q_yl表示溢流水量，单位均为t/h。

作为优选，步骤2中，将渣浸出OH^-离子浓度记为C₁，渣浸出CO₃ ^2-离子浓度记为C₂，渣浸出Mg²⁺离子浓度记为C₃，渣浸出Ca²⁺离子浓度记为C₄；并将补水OH^-离子浓度记为C^’ ₁，补水CO₃ ^2-离子浓度记为C^’ ₂，补水Mg²⁺离子浓度记为C^’ ₃，补水Ca²⁺离子浓度记为C^’ ₄，补水HCO₃ ^-离子浓度记为C^’ ₅，单位均为g/kg。

作为优选，步骤3中，OH^-离子的离子富集速率表示为a＝M₂·C₁+Q_B·C^’ ₁；CO₃ ²离子的离子富集速率表示为b＝M₂·C₂+Q_B·C^’ ₂；Mg²⁺离子的离子富集速率表示为c＝M₂·C₃+Q_B·C^’ ₃；Ca²⁺离子的离子富集速率表示为d＝M₂·C₄+Q_B·C^’ ₄；HCO₃ ^-离子的离子富集速率表示为e＝Q_B·C₅。

作为优选，步骤4中，比较各离子的离子富集速率，将捞渣机船舱中碳酸钙带入量表示为MIN(b，d)；此外，若a≤e，则没有氢氧化镁，否则将捞渣机船舱中氢氧化镁带入量表示为MIN(a-e，c)。

作为优选，步骤5中，捞渣机船舱碳酸钙带出量表示为(Q_yl+Q_zs)·α，α为碳酸钙的阈值浓度，单位为mg/L；捞渣机船舱氢氧化镁带出量表示为(Q_yl+Q_zs)·β，β为氢氧化镁的阈值浓度，单位为mg/L。

作为优选，步骤6中，所述补水包括工业水、除盐水和RO出水，水费的计算公式为水费＝Q_B·对应水价。

作为优选，步骤7中，采用连续流动分析技术来完成比色分析，在特定波长处测量样品和碱度指示剂混合后的吸光度值，通过与标准已知碱度的物质进行比较计算出实际水样的碱度值；通过甲基橙碱度Ao和酚酞碱度Ap计算HCO₃ ^-，OH^-，CO₃ ^2-离子浓度，利用钙离子选择性电极法直接测定Ca²⁺和Mg²⁺离子浓度，若偏离可接受浓度，增加补水及溢流量。

第二方面，提供了一种燃煤机组除渣系统，用于执行第一方面任一所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，包括：依次相连的渣仓1、捞渣机船舱2、溢流池3和脱硫区域浆池4；

其中，所述捞渣机船舱2设有电位滴定仪7和溢流口，并通过溢流口与溢流池3相连；所述溢流池3设有管路，并通过流量计5和水泵6输送溢流渣水至脱硫区域浆液池4。

本发明的有益效果是：本发明通过结垢因子控制法在线监测阴阳离子浓度，评估结垢可能性，能够减少药剂耗量，降低人工除垢工作量，减缓结垢速率；此外，本发明通过在线计算并反馈调节补水量，合理控制用水成本。

附图说明

图1为燃煤机组除渣系统的结构示意图；

图2为一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法的流程图；

图3为捞渣机船舱离子浓度判断流程图；

图4为除渣系统捞渣机船舱示意图；

图5为渣样离子溶出情况示意图；

图6为除渣系统结构速率示意图；

附图标记说明：渣仓1、捞渣机船舱2、溢流池3、脱硫区域浆池4、流量计5、水泵6、电位滴定仪7。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1：

燃煤机组湿式除渣系统给水为循环水，燃烧完全后的煤渣掉入装有循环水的捞渣机中，采用换热器冷却渣水使渣水水温保持在50℃左右，整个系统无溢流，目前依据液位控制补水。水分蒸发造成煤渣中溶出的离子不断在渣水中浓缩，导致换热器及捞渣机船舱内壁结垢严重，影响换热器换热效率已致渣水超温风险，影响除渣系统连续稳定运行，威胁机组安全运行。

本发明目的为解决换热器及捞渣机船舱内壁结垢问题，减少人力及药剂带来的运行成本投入，提供了一种燃煤机组除渣系统，如图1所示，包括：依次相连的渣仓1、捞渣机船舱2、溢流池3和脱硫区域浆池4；

其中，所述捞渣机船舱2设有电位滴定仪7和溢流口，并通过溢流口与溢流池3相连；所述溢流池3设有管路，并通过流量计5和水泵6输送溢流渣水至脱硫区域浆液池4。

实施例2：

利用实施例1提供的燃煤机组除渣系统，通过电位滴定仪7在线监测捞渣机船舱2渣水Ca²⁺，Mg²⁺，HCO₃ ^-，OH^-，CO₃ ^2-。由于MgCO₃在水中的溶解性能和CaCO₃相似，但是相同条件下MgCO₃的溶解度大于CaCO₃，因此对于大多数既含有MgCO₃同时也含有CaCO₃的水来说，任何使MgCO₃和CaCO₃溶解度变小的条件出现，首先会形成CaCO₃垢。水中OH^-会与HCO₃ ^-反应生成CO₃ ^2-，若OH^-富余，则会与渣水中Mg²⁺形成Mg(OH)₂，因此捞渣机垢中主要以碳酸钙和氢氧化镁为主。本发明根据渣水中主要无机盐溶解度和四种离子浓度，创造一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法。

具体地，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤1、计算渣量与补水量。

步骤1中，所述渣量的计算公式为：

M₂＝M₁*10％

其中，M₂表示渣量，M₁表示特定机组满出力常用煤种燃煤量，单位均为t/h；

补水量的计算公式为：

Q_B＝Q_zs+Q_Z+Q_yl

其中，Q_B表示补水量，Q_zs表示出渣水量，Q_Z表示蒸发水量，Q_yl表示溢流水量，单位均为t/h。

步骤2、利用溶液浸出法测得渣中各离子浸出量，并利用电位滴定法及离子色谱法测得常用水补水中各离子含量；所述各离子包括OH^-离子、CO₃ ^2-离子、Mg²⁺离子、Ca²⁺离子和HCO₃ ^-离子。

步骤2中，将渣浸出OH^-离子浓度记为C₁，渣浸出CO₃ ^2-离子浓度记为C₂，渣浸出Mg²⁺离子浓度记为C₃，渣浸出Ca²⁺离子浓度记为C₄；并将补水OH^-离子浓度记为C^’ ₁，补水CO₃ ^2-离子浓度记为C^’ ₂，补水Mg²⁺离子浓度记为C^’ ₃，补水Ca²⁺离子浓度记为C^’ ₄，补水HCO₃ ^-离子浓度记为C^’ ₅，单位均为g/kg。

步骤3、根据渣量和补水量计算渣带入各离子浓度。

步骤3中，如表1所示，OH^-离子的离子富集速率表示为a＝M₂·C₁+Q_B·C^’ ₁；CO₃ ²离子的离子富集速率表示为b＝M₂·C₂+Q_B·C^’ ₂；Mg²⁺离子的离子富集速率表示为c＝M₂·C₃+Q_B·C^’ ₃；Ca²⁺离子的离子富集速率表示为d＝M₂·C₄+Q_B·C^’ ₄；HCO₃ ^-离子的离子富集速率表示为e＝Q_B·C₅。

表1

离子	渣浸出量kg/h	补水带入量kg/h	离子富集速率
				OH-	M2·C1	QB·C’ 1	a＝M2·C1+QB·C’ 1
CO3 2-	M2·C2	QB·C’ 2	b＝M2·C2+QB·C’ 2
				Mg2+	M2·C3	QB·C’ 3	c＝M2·C3+QB·C’ 3
Ca2+	M2·C4	QB·C’ 4	d＝M2·C4+QB·C’ 4
				HCO3 -	/	QB·C5	e＝QB·C5

步骤4、据各离子浓度计算捞渣机船舱中碳酸钙带入量和氢氧化镁带入量。

步骤4中，比较各离子的离子富集速率，将捞渣机船舱中碳酸钙带入量表示为MIN(b，d)，一般而言b小于d；此外，若a≤e，则没有氢氧化镁，否则将捞渣机船舱中氢氧化镁带入量表示为MIN(a-e，c)。

步骤5、设定碳酸钙和氢氧化镁阈值浓度，令捞渣机船舱碳酸钙带出量大于或等于捞渣机船舱中碳酸钙带入量，并且捞渣机船舱氢氧化镁带出量大于或等于捞渣机船舱中氢氧化镁带入量。

步骤5中，捞渣机船舱碳酸钙带出量表示为(Q_yl+Q_zs)·α，α为碳酸钙的阈值浓度，单位为mg/L；捞渣机船舱氢氧化镁带出量表示为(Q_yl+Q_zs)·β，β为氢氧化镁的阈值浓度，单位为mg/L。

理论计算当(溢流水量+出渣水量)*碳酸钙可接受浓度≥碳酸钙富集速率，且(溢流水量+出渣水量)*氢氧化镁可接受浓度≥氢氧化镁富集速率，无碳酸钙和氢氧化镁持续结垢，表示为：

(Q_yl+Q_zs)·α≥MIN(b,d)&(Q_yl+Q_zs)·β≥MIN(a-e,c)

步骤6、依据补水水价计算经济性，选择合适补水种类。

步骤6中，所述补水包括工业水、除盐水和RO出水等，选择一种补水，重复步骤2至步骤5，得到Q_B值，水费＝Q_B·对应水价，比较获得最低成本补水。

步骤7、动态监测捞渣机船舱离子浓度，及时调节补水量。

步骤7中，采用连续流动分析技术来完成比色分析，在特定波长处测量样品和碱度指示剂混合后的吸光度值，通过与标准已知碱度的物质进行比较计算出实际水样的碱度值；通过甲基橙碱度Ao和酚酞碱度Ap计算HCO₃ ^-，OH^-，CO₃ ^2-离子浓度，如图3所示，利用钙离子选择性电极法直接测定Ca²⁺和Mg²⁺离子浓度，若偏离可接受浓度，增加补水及溢流量。

步骤8、溢流渣水进入溢流池后，经溢流水泵打入脱硫区域浆池，作为脱硫工艺补水。溢流渣水中含有钙离子和镁离子，呈弱碱性，对脱硫系统无影响。

本发明考虑到影响结垢的离子主要是钙离子、镁离子、碳酸根离子、氢氧根离子，因此根据常用水品质特性和炉渣离子浸出浓度，测算捞渣机结垢关键离子富集速率，计算初始溢流水量，评估减缓结垢速率；并计算修正补水量控制捞渣机船舱渣水影响结垢的关键几种离子浓度，减少结垢量。

实施例3：

某电厂除渣系统捞渣机捞渣机船舱体积为140方，进渣量2.74t/h，循环水补充量为2.17t/h，蒸发损耗水量0.69t/h，出渣量4.22t/h，含水量为35％，如图4。常用水水质如表2，渣样离子溶出情况如图5，碳酸根溶出39mg/L，氢氧根10mg/L，钙离子260mg/L，镁离子6mg/L。

表2

将补充水改为除盐水，增加溢流，如表3所示，设定碳酸钙可接受浓度450(mg/L)，氢氧化镁可接受浓度8(mg/L)，计算得到除盐水补水量为4.17t/h，溢流水量2t/h。除盐水10元/t计，则需21.7元/h。

表3

将补充水改为循环水，增加溢流，如表4所示，设定碳酸钙可接受浓度450(mg/L)，氢氧化镁可接受浓度8(mg/L)，计算得到循环水补水量为6.17t/h，溢流水量4t/h。循环水4元/t计，则需24.7元/h.

表4

经比较可采用循环水作为补水，除渣系统抑垢方法更经济。

采用该方法后，除渣系统结构速率如图6所示，为可接受范围。

实施例4：

在实施例3基础上，将补充水改为工业水，增加溢流，如表5所示，设定碳酸钙可接受浓度450(mg/L)，氢氧化镁可接受浓度8(mg/L)，计算得到工业水补水量为6.17t/h，溢流水量4t/h。工业水5元/t计，则需30.9元/h，经比较采用工业水经济性不如循环水。

表5

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Claims (9)

1.一种燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、计算渣量与补水量；

步骤2、利用溶液浸出法测得渣中各离子浸出量，并利用电位滴定法及离子色谱法测得常用水补水中各离子含量；所述各离子包括OH^-离子、CO₃ ^2-离子、Mg²⁺离子、Ca²⁺离子和HCO₃ ^-离子；

步骤3、根据渣量和补水量计算渣带入各离子浓度；

步骤4、据各离子浓度计算捞渣机船舱中碳酸钙带入量和氢氧化镁带入量；

步骤5、设定碳酸钙和氢氧化镁阈值浓度，令捞渣机船舱碳酸钙带出量大于或等于捞渣机船舱中碳酸钙带入量，并且捞渣机船舱氢氧化镁带出量大于或等于捞渣机船舱中氢氧化镁带入量；

步骤6、依据补水水价计算经济性，选择合适补水种类；

步骤7、动态监测捞渣机船舱离子浓度，及时调节补水量；

步骤8、溢流渣水进入溢流池后，经溢流水泵打入脱硫区域浆池，作为脱硫工艺补水。

2.根据权利要求1所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤1中，所述渣量的计算公式为：

M₂＝M₁*10％

其中，M₂表示渣量，M₁表示特定机组满出力常用煤种燃煤量，单位均为t/h；

补水量的计算公式为：

Q_B＝Q_zs+Q_Z+Q_yl

其中，Q_B表示补水量，Q_zs表示出渣水量，Q_Z表示蒸发水量，Q_yl表示溢流水量，单位均为t/h。

3.根据权利要求2所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤2中，将渣浸出OH^-离子浓度记为C₁，渣浸出CO₃ ^2-离子浓度记为C₂，渣浸出Mg²⁺离子浓度记为C₃，渣浸出Ca²⁺离子浓度记为C₄；并将补水OH^-离子浓度记为C^’ ₁，补水CO₃ ^2-离子浓度记为C^’ ₂，补水Mg²⁺离子浓度记为C^’ ₃，补水Ca²⁺离子浓度记为C^’ ₄，补水HCO₃ ^-离子浓度记为C^’ ₅，单位均为g/kg。

4.根据权利要求3所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤3中，OH^-离子的离子富集速率表示为a＝M₂·C₁+Q_B·C^’ ₁；CO₃ ²离子的离子富集速率表示为b＝M₂·C₂+Q_B·C^’ ₂；Mg²⁺离子的离子富集速率表示为c＝M₂·C₃+Q_B·C^’ ₃；Ca²⁺离子的离子富集速率表示为d＝M₂·C₄+Q_B·C^’ ₄；HCO₃ ^-离子的离子富集速率表示为e＝Q_B·C₅。

5.根据权利要求4所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤4中，比较各离子的离子富集速率，将捞渣机船舱中碳酸钙带入量表示为MIN(b，d)；此外，若a≤e，则没有氢氧化镁，否则将捞渣机船舱中氢氧化镁带入量表示为MIN(a-e，c)。

6.根据权利要求5所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤5中，捞渣机船舱碳酸钙带出量表示为(Q_yl+Q_zs)·α，α为碳酸钙的阈值浓度，单位为mg/L；捞渣机船舱氢氧化镁带出量表示为(Q_yl+Q_zs)·β，β为氢氧化镁的阈值浓度，单位为mg/L。

7.根据权利要求6所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤6中，所述补水包括工业水、除盐水和RO出水，水费的计算公式为水费＝Q_B·对应水价。

8.根据权利要求7所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，其特征在于，步骤7中，采用连续流动分析技术来完成比色分析，在特定波长处测量样品和碱度指示剂混合后的吸光度值，通过与标准已知碱度的物质进行比较计算出实际水样的碱度值；通过甲基橙碱度Ao和酚酞碱度Ap计算HCO₃ ^-，OH^-，CO₃ ^2-离子浓度，利用钙离子选择性电极法直接测定Ca²⁺和Mg²⁺离子浓度，若偏离可接受浓度，增加补水及溢流量。

9.一种燃煤机组除渣系统，其特征在于，用于执行权利要求1至8任一所述的燃煤机组除渣系统抑制结垢控制方法，包括：依次相连的渣仓1、捞渣机船舱2、溢流池3和脱硫区域浆池4；

其中，所述捞渣机船舱2设有电位滴定仪7和溢流口，并通过溢流口与溢流池3相连；所述溢流池3设有管路，并通过流量计5和水泵6输送溢流渣水至脱硫区域浆液池4。

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