垃圾焚燒鍋爐的優(yōu)化改造方案淺析
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摘要：本文針對某垃圾發(fā)電廠制備的固體回收燃料特性進(jìn)行了分析，針對燃料特性，提出了某400t/d循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐優(yōu)化改造方案，改造后的鍋爐經(jīng)過調(diào)試和試運(yùn)行，投產(chǎn)后處理效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性均有較大幅度提高。
關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床；固體回收燃料；焚燒鍋爐；改造
0前言
近年來，國內(nèi)一些早期建設(shè)的流化床垃圾焚燒爐電廠通過采用堆放、粗破碎、除鐵、分選、細(xì)破碎等前處理設(shè)備將生活垃圾制備成固體回收燃料（下文簡稱SRF），結(jié)合原有的循環(huán)流化床焚燒鍋爐處置生活垃圾，提升了鍋爐燃燒穩(wěn)定性，污染物CO排放數(shù)值達(dá)標(biāo)，但SRF與原入爐垃圾特性存在較大的差異，運(yùn)行中存在密相區(qū)超溫、排煙溫度高、連續(xù)運(yùn)行周期短等問題，本文針對SRF特性，結(jié)合循環(huán)流化床垃圾焚燒爐設(shè)計及運(yùn)行經(jīng)驗，在原鍋爐利舊基礎(chǔ)上，提出適用于SRF的循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐改造方案。
1固體回收燃料特性參數(shù)
該垃圾焚燒電廠的SRF制備采用垃圾分選線，分選線由垃圾堆庫、鏈板給料機(jī)、圓盤篩、主破碎機(jī)、磁選機(jī)、風(fēng)選機(jī)組成。制備的SRF主要特性參數(shù)如表1所示，將垃圾制備成SRF能夠顯著提升入爐垃圾熱值，降低金屬、玻璃含量，實現(xiàn)垃圾均值化、燃料化，利于降低垃圾焚燒污染物排放數(shù)值。該廠制備的SRF低位熱值7537KJ/kg，熱值對應(yīng)歐盟“Solidrecoveredfuels—specificationsandclasses”（EN15359-2011）中5級[1]，可燃組分為廚余、橡塑、紙、木竹和紡織品，應(yīng)用基水分43.73%，應(yīng)用基灰分20.76%，入爐顆粒粒徑6mm~90mm。
2原循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐及燃用SRF情況
該廠原循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐于2005年投運(yùn)，設(shè)計燃料為垃圾+煤（垃圾低位發(fā)熱量4426kJ/kg，煤低位發(fā)熱量5226kJ/kg），垃圾設(shè)計處理400t/d，單鍋筒自然循環(huán)，單管垃圾給料，三通道布置，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。鍋爐為中溫中壓自然循環(huán)流化床鍋爐，整體懸吊布置，爐膛為水冷膜式壁，設(shè)有2組給煤管及1組垃圾給料管，采用床下點火裝置，分離裝置采用旋風(fēng)分離器，返料裝置采用浙江大學(xué)的Loopseal型返料器，分離器后部尾部煙道內(nèi)依次布置高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發(fā)器、高溫省煤器、低溫省煤器、二次風(fēng)空預(yù)器、高溫空預(yù)器及低溫空預(yù)器，過熱器及省煤器采用蛇形管結(jié)構(gòu)，對流管束為W型彎管結(jié)構(gòu)，空氣預(yù)熱器采用臥式煙氣空預(yù)器。由于SRF與原設(shè)計燃料特性差異大，該鍋爐燃用SRF過程中存在爐膛超溫、CO排放數(shù)值不穩(wěn)定、尾部受熱面積灰腐蝕嚴(yán)重及排煙溫度高等問題，針對該廠SRF特性及運(yùn)行情況，該循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐改造思路如下：（1）燃燒方面：一是合理布置爐膛內(nèi)受熱面，通過爐膛內(nèi)受熱面布置確保爐膛溫度高于850℃，保證垃圾在爐膛內(nèi)充分燃燒。二是選取適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)，確保CO穩(wěn)定燃盡。三是調(diào)整布風(fēng)板截面垃圾處理量，選取適當(dāng)?shù)臓t膛煙氣流速，延長爐膛煙氣停留時間，降低爐內(nèi)垃圾不均勻造成的爐內(nèi)正壓頻率。（2）分離器后增加燃燼室延長煙氣在850℃以上溫度停留時間，提高穩(wěn)定性。（3）二次風(fēng)管采用分層均勻布置多根二次風(fēng)管方式，并適當(dāng)提高二次風(fēng)的壓力和風(fēng)速，增強(qiáng)二次風(fēng)的混合擾動。（4）垃圾給料口設(shè)置兩個，同時運(yùn)行時維持爐膛內(nèi)負(fù)壓-500Pa左右，提高燃燒穩(wěn)定性。（5）調(diào)整尾部受熱面，采用大節(jié)距順列結(jié)構(gòu)布置，設(shè)置排灰灰斗，增設(shè)在線清灰裝置，保障運(yùn)行周期。
3循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐優(yōu)化改造方案及運(yùn)行情況
針對現(xiàn)場運(yùn)行要求，同時考慮SRF燃燒特性，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐優(yōu)化改造方案采用圖2結(jié)構(gòu)布置方案，主體由點火裝置、給煤裝置、垃圾給料裝置、二次風(fēng)管、水冷壁（爐膛）、鍋筒、分離裝置、返料裝置、過熱器空包墻、低溫過熱器、高溫過熱器、對流管束、高溫省煤器、二次風(fēng)空預(yù)器、低溫省煤器、一次風(fēng)空預(yù)器組成。
3.1循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐改造方案說明
水冷壁（爐膛）水冷上部為長方體形，下部為錐體，錐體下部為水冷布風(fēng)板，布風(fēng)板上設(shè)有一個橢圓形排渣管水冷壁錐段及中上部敷設(shè)有耐火澆筑料。爐膛中下部設(shè)置三層二次風(fēng)，單層左右各設(shè)多根風(fēng)管。爐前采用三級給料方式，一級為鏈板輸送機(jī)，二級無軸絞龍，三級為傾斜式入爐料管。分離器結(jié)構(gòu)尺寸按核算數(shù)值調(diào)整，滿足循環(huán)要求，分離器后增設(shè)包墻過熱器。過熱器由包墻過熱器、低溫過熱器和高溫過熱器組成，在低溫過熱器與高溫過熱間布置噴水減溫器用于調(diào)節(jié)主汽溫度。過熱器空包墻采用膜式壁結(jié)構(gòu)，低溫過熱器及高溫過熱器均采用蛇形管結(jié)構(gòu)，為防止磨損，過熱器蛇形管迎風(fēng)面設(shè)有防磨蓋板。省煤器為光管蛇形管結(jié)構(gòu)，加焊防磨蓋板，彎頭加防磨罩。二次風(fēng)空預(yù)器布置在高溫省煤器及低溫省煤器之間，整體為臥式管箱結(jié)構(gòu)，煙氣側(cè)受熱管采用全搪瓷，一次風(fēng)空預(yù)器布置在省煤器后部。一二次風(fēng)空預(yù)器空氣側(cè)均為兩回程。為解決尾部積灰導(dǎo)致的運(yùn)行周期短問題，尾部受熱面采用大節(jié)距順列布置，尾部受熱面結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。對改造方案進(jìn)行核算[2]，額定垃圾處理量為490t/d，核算工況數(shù)據(jù)如表3，鍋爐蒸發(fā)量37.8t/h，爐膛出口溫度872.6℃，爐膛平均流速3.8m/s，鍋爐排煙溫度171℃，鍋爐效率78.2%。
3.2循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐改造運(yùn)行情況
鍋爐運(yùn)行主要參數(shù)為垃圾處理量、鍋爐蒸發(fā)量、上層二次風(fēng)處爐膛溫度、爐膛出口溫度、爐膛出口氧量、減溫水量，在鍋爐優(yōu)化改造完成后，主要運(yùn)行參數(shù)與校核值對比見表4。在鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的24h內(nèi)，垃圾處理量541t/d，蒸發(fā)量40.2t/h，分別高出校核值10.4%和6.3%。爐膛出口氧量7.2%。垃圾焚燒主要技術(shù)性能指標(biāo)爐膛溫度24h均值高于850℃，爐膛內(nèi)煙氣高溫停留時間2.8s。鍋爐設(shè)計給料口處爐膛壓力數(shù)值穩(wěn)定，在監(jiān)測的30分內(nèi)爐膛出口壓力最低-1082Pa，最高48Pa，均值為-512Pa，達(dá)到設(shè)計要求。圖3為鍋爐CO排放記錄，來源現(xiàn)場污染物在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，數(shù)值相對穩(wěn)定，16：41出現(xiàn)的短時CO排放數(shù)值間峰值源于給料波動，但在連續(xù)的24小時內(nèi)，CO小時均值＜100mg/m3。SRF循環(huán)流化床在鍋爐蒸發(fā)量40.2t/h，爐膛出口溫度881℃工況下，對鍋爐排渣管處底渣及布袋除塵處收集的飛灰進(jìn)行了測驗。表5為SRF燃燒后飛灰及底渣燒失量，燃燒效率為95.38%，SRF的燃燼度較好，鍋爐的燃燒效率優(yōu)于校核值。該鍋爐改造優(yōu)化后燃用SRF連續(xù)運(yùn)行3個月后停爐，遠(yuǎn)大于未改造前36天檢修周期，停爐主要原因為尾部受熱面堵灰結(jié)焦，鍋爐本體阻力上升，爐膛出口無法維持負(fù)壓，同時，尾部受熱面積灰后鍋爐排煙溫度上升明顯，也是停爐的主要原因，雖然提升了連續(xù)運(yùn)行周期，但仍有提升空間，后續(xù)將調(diào)整運(yùn)行措施，進(jìn)一步延長運(yùn)行周期。
4小結(jié)
本文針對某垃圾發(fā)電廠制備的SRF特性提出了某400t/d循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐優(yōu)化改造方案，并對改造后運(yùn)行情況進(jìn)行了跟蹤分析，在SRF處理量541t/d工況下，爐膛溫度876℃，爐膛煙氣高溫停留時間2.8s，爐膛出口氧量7.2%，過量空氣系數(shù)1.52，爐膛出口基本無正壓，CO排放值小于100mg/m3，化學(xué)未燃燒損失為0.39%，燃燒效率95.38%，鍋爐主要性能指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計值。循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的技術(shù)改造和成功運(yùn)行表明，改造的思路和采取的技術(shù)措施是合理可行的，取得的經(jīng)驗為日后新建垃圾焚燒發(fā)電廠或?qū)εf廠設(shè)備進(jìn)行改造提供借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]蔣旭光，吳磊，李曉東，嚴(yán)建華，鄧小兵．固體回收燃料焚燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]．環(huán)境污染與防治．2018（10）：1181-118.
[2]岑可法，倪明江，駱仲泱，嚴(yán)建華，池涌，方夢祥，李絢天，程樂鳴.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，1998：162-228.
作者:劉得楗 陳俊 蔡永祥 單位:南通萬達(dá)能源動力科技有限公司