垃圾焚燒爐蒸汽空間空氣預(yù)熱器汽源的選擇對鍋爐的影響

朱紅芳 廣州環(huán)投技術(shù)設(shè)備有限公司

垃圾焚燒爐蒸汽空間空氣預(yù)熱器汽源的選擇對鍋爐的影響

朱紅芳 廣州環(huán)投技術(shù)設(shè)備有限公司

運(yùn)用數(shù)學(xué)公式對蒸汽空間預(yù)熱器采用不同的加熱汽源對鍋爐的影響進(jìn)行分析，并以垃圾處理量為600t/D 垃圾焚燒鍋爐為例，在空氣預(yù)熱器加熱汽源從采用飽和蒸汽改為采用汽機(jī)抽汽時(shí)，通過對計(jì)算數(shù)據(jù)的分析，得出對鍋爐給水量、出力、結(jié)構(gòu)等方面的影響。

垃圾焚燒鍋爐 蒸汽空氣預(yù)熱器 加熱汽源 影響

國內(nèi)垃圾含水率高，需要熱風(fēng)對垃圾進(jìn)行干燥，并促進(jìn)垃圾更穩(wěn)定、更快、更完全燃燒，提高燃燒效率。在垃圾焚燒電廠目前采用的空氣預(yù)熱器有煙氣加熱和蒸汽加熱兩種形式，其中利用蒸汽加熱的空氣預(yù)熱器（以下簡稱蒸汽空氣預(yù)熱器）汽源分別有過熱蒸汽、飽和蒸汽和汽輪機(jī)抽汽。蒸汽空氣預(yù)熱器一般都作為一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，與鍋爐本體分開放置，因此采用不同的加熱汽源對鍋爐會產(chǎn)生不同的影響。蒸汽空氣預(yù)熱器加熱汽源采用過熱蒸汽和汽機(jī)抽汽相比，都可作為鍋爐系統(tǒng)外部的熱源，對鍋爐系統(tǒng)的影響一樣，因此以下僅對從鍋筒抽汽和汽機(jī)抽汽對鍋爐的影響進(jìn)行比較說明。

1 不同的加熱汽源對鍋爐的影響

對比僅指100%從汽包抽汽和100%從汽機(jī)抽汽作加熱汽源的工況，一部分從汽包抽汽和一部分從汽機(jī)抽汽是介于兩者之間的情況，對鍋爐影響的大小取決于兩者的抽汽比例。

1.1 對鍋爐給水量的影響

對于兩種加熱汽源，入爐熱量為：

式中：Qin——鍋爐輸入熱量，kJ/h；

Qnet.ar——燃料收到基的低位發(fā)熱量，kJ/h；

Qk——熱風(fēng)帶入的熱量，kJ/h。

從飽和蒸汽抽汽情況下鍋爐有效熱量：

式中：Q11——鍋爐的輸出熱量，kJ/h；

D1——從鍋筒抽出的飽和蒸汽量，t/h；

is.s——飽和蒸汽焓，kJ/kg；

if.w——給水焓，kJ/kg；

D2——鍋爐額定蒸發(fā)量，t/h；

ish.s——過熱蒸汽焓，kJ/kg；

Db.w——鍋爐排污量，t/h；

is.w——飽和水焓，kJ/kg。

從汽機(jī)抽汽的情況下鍋爐有效熱量：

式中：Q12——鍋爐的輸出熱量，kJ/h；

D3——鍋爐額定蒸發(fā)量，t/h。

在入爐垃圾熱值、熱風(fēng)流量及溫度、排污水流量及溫度、鍋爐熱效率、蒸汽參數(shù)相同的情況下，將式

(1)、式(2)、式(3)整理得：

式中：η——鍋爐熱效率。

又由于is.s＜ish.s，得出D1+D2＞D3，即在采用飽和蒸汽抽汽和采用汽機(jī)抽汽時(shí)，前者的給水量大于后者。

1.2 對鍋爐出力的影響

圖1為蒸汽空氣預(yù)熱器示意圖，蒸汽帶來的熱量一部分加熱空氣，一部分成冷凝水排出，即：

式中：Q——蒸汽帶入的熱量，kJ/h；

Qk——空氣吸收的熱量，kJ/h；

Qcod——冷凝水帶走的熱量，kJ/h。

式中：Qk1——冷空氣的熱量，kJ/h；

Qk2——熱空氣的熱量，kJ/h。

圖1 蒸汽空氣預(yù)熱器示意圖

熱量Qk由輔助空氣攜帶進(jìn)入爐膛、成為入爐熱量的一部分。

在用飽和蒸汽作為加熱汽源時(shí)，熱量Qk在鍋爐系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，并不構(gòu)成熱損失(當(dāng)然，略去散熱損失和焚燒效率的影響)，對鍋爐出力沒有影響，但從式(5)中看出，熱量Qcod卻排出了鍋爐系統(tǒng)形成熱損失，降低了鍋爐出力。

在用汽機(jī)抽機(jī)作為加熱汽源時(shí)，熱量Qk是由鍋爐系統(tǒng)外部汽機(jī)抽汽的熱量傳遞的，屬于外加熱源，增加了鍋爐出力。

1.3 對結(jié)構(gòu)的影響

● 1.3.1 過熱器

電站鍋爐要求在鍋爐允許的負(fù)荷波動(一般60%～70%負(fù)荷到100%負(fù)荷)范圍內(nèi)以及工況變化(如燃料水份、過量空氣量變化)時(shí)過熱蒸汽溫度保持正常，其波動范圍保持在一般規(guī)定的±10℃以內(nèi)[1]。國內(nèi)的生活垃圾隨著季節(jié)的不同熱值波動大，因此過熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足上述要求受熱面的布置應(yīng)有充足的裕量。

由于新建的垃圾焚燒廠一般都是根據(jù)現(xiàn)有的垃圾熱值基礎(chǔ)上預(yù)測到第8年左右的垃圾熱值作為額定垃圾熱值[2]，即MCR點(diǎn)的熱值。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的垃圾發(fā)展趨勢，垃圾熱值在逐漸提高，因此垃圾焚燒爐在新建的幾年內(nèi)熱值低于MCR點(diǎn)。在當(dāng)前熱值情況下，鍋爐出口的蒸汽溫度和壓力應(yīng)達(dá)到額定值。

由上面1.2的分析，燃燒同樣的垃圾采用飽和蒸汽和汽機(jī)抽汽鍋爐出力會不同，采用汽機(jī)抽汽增加了蒸汽流量，蒸汽流量的變化量取決于加熱空氣需要的熱量，由熱平衡計(jì)算可以得出蒸汽流量的變化。這時(shí)需要對燃燒圖上的各個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行核算，確保在低工況和當(dāng)前熱值情況下蒸汽參數(shù)能達(dá)到額定值，過熱器受熱面積需要增加，因此要進(jìn)一步校核以確定過熱器的受熱面積。

● 1.3.2 省煤器

由于采用兩種加熱汽源流經(jīng)省煤器的水量發(fā)生變化，如果省煤器受熱面不變，鍋爐出口煙氣溫度就不能達(dá)到設(shè)計(jì)值，為滿足上述條件省煤器的受熱面積也將改變。

1.4 對閥門的影響

從汽機(jī)抽汽與從飽和蒸汽抽汽相比，前者比后者蒸汽流量和過熱器受熱面積都增加，這樣過熱器的蒸汽阻力相應(yīng)增加，如保持過熱器出口蒸汽壓力不變，則鍋筒壓力增加，相應(yīng)的鍋筒安全閥的設(shè)定壓力也將改變，其它閥門的壓力也應(yīng)作相應(yīng)的修改。

1.5 其它

以上分析的前提條件在保證垃圾處理量不變的情況下，如果是維持鍋爐蒸汽量、壓力及溫度不變，由式（4）可得出垃圾處理量將減少，過熱器的結(jié)構(gòu)、阻力保持不變，相應(yīng)的過熱器和鍋筒安全閥的設(shè)定壓力不變，但給水量和省煤器受熱面將發(fā)生變化。

2 案例分析

以600t/d的焚燒爐為例，鍋爐布置形式如圖2所示。建設(shè)階段收集檢測到的垃圾熱值為5500J/kg，預(yù)測第8年左右的垃圾熱值為6700kJ/kg，即焚燒爐MCR點(diǎn)采用的熱值，在垃圾處理量一定的情況下，采用飽和蒸汽和汽機(jī)抽汽的熱力計(jì)算結(jié)果見表1：

圖2 600t/D焚燒爐布置

表1 熱力計(jì)算匯總表

從以上的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)空氣預(yù)熱器的加熱汽源從飽和蒸汽改變?yōu)槠麢C(jī)抽汽時(shí)，為維持垃圾處理量不變，額定蒸發(fā)量、過熱器受熱面面積、過熱器阻力和省煤器受熱面面積數(shù)值增大；給水流量減小。

3 結(jié)論

如改變蒸汽空氣預(yù)熱器的加熱汽源應(yīng)對整臺余熱鍋爐進(jìn)行重新計(jì)算和設(shè)計(jì)，鍋爐給水量、結(jié)構(gòu)、出力和閥門等都會出現(xiàn)相關(guān)的變化。

1 馮俊凱,沈幼庭.鍋爐原理及計(jì)算.北京：科學(xué)出版社,2003

2 白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009

Using the mathematical formula to analyze how steam driven air preheater influences the boiler by using different heating sources, and taking 600t/D boiler as an example, when changing saturated steam to turbine bleeding as the heating source, the effect is obtained on boiler feed water flow, steam flow and boiler structure.

Waste incinerator Steam driven air preheater Heating sources Influence

2013－06－21）