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)試和試運行，投產(chǎn)后處理效率和運行經(jīng)濟性均有較大幅度提高。
關鍵詞: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、細破碎等前處理設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)值達標，但SRF與原入爐垃圾特性存在較大的差異，運行中存在密相區(qū)超溫、排煙溫度高、連續(xù)運行周期短等問題，本文針對SRF特性，結(jié)合循環(huán)流化床垃圾焚燒爐設計及運行經(jīng)驗，在原鍋爐利舊基礎上，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、圓盤篩、主破碎機、磁選機、風選機組成。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，應用基水分43.73%，應用基灰分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，設計燃料為垃圾+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，分離裝置采用旋風分離器，返料裝置采用浙江大學的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、二次風空預器、高溫空預器及低溫空預器，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)，空氣預熱器采用臥式煙氣空預器。由于SRF與原設計燃料特性差異大，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重及排煙溫度高等問題，針對該廠SRF特性及運行情況，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?shù)倪^量空氣系數(shù)，確保CO穩(wěn)定燃盡。三是調(diào)整布風板截面垃圾處理量，選取適當?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）二次風管采用分層均勻布置多根二次風管方式，并適當提高二次風的壓力和風速，增強二次風的混合擾動。（4）垃圾給料口設置兩個，同時運行時維持爐膛內(nèi)負壓-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，設置排灰灰斗，增設在線清灰裝置，保障運行周期。
3循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐優(yōu)化改造方案及運行情況
針對現(xiàn)場運行要求，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、二次風空預器、低溫省煤器、一次風空預器組成。
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板，布風板上設有一個橢圓形排渣管水冷壁錐段及中上部敷設有耐火澆筑料。爐膛中下部設置三層二次風，單層左右各設多根風管。爐前采用三級給料方式，一級為鏈板輸送機，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，過熱器蛇形管迎風面設有防磨蓋板。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。二次風空預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，一次風空預器布置在省煤器后部。一二次風空預器空氣側(cè)均為兩回程。為解決尾部積灰導致的運行周期短問題，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行情況
鍋爐運行主要參數(shù)為垃圾處理量、鍋爐蒸發(fā)量、上層二次風處爐膛溫度、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，主要運行參數(shù)與校核值對比見表4。在鍋爐穩(wěn)定運行的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%。垃圾焚燒主要技術性能指標爐膛溫度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，達到設計要求。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)運行3個月后停爐，遠大于未改造前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)運行周期，但仍有提升空間，后續(xù)將調(diào)整運行措施，進一步延長運行周期。
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，并對改造后運行情況進行了跟蹤分析，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，化學未燃燒損失為0.39%，燃燒效率95.38%，鍋爐主要性能指標優(yōu)于設計值。循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的技術改造和成功運行表明，改造的思路和采取的技術措施是合理可行的，取得的經(jīng)驗為日后新建垃圾焚燒發(fā)電廠或?qū)εf廠設備進行改造提供借鑒。
參考文獻
[1]蔣旭光，吳磊，李曉東，嚴建華，鄧小兵．固體回收燃料焚燒技術的研究現(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，嚴建華，池涌，方夢祥，李絢天，程樂鳴.循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行[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:南通萬達能源動力科技有限公司