南山垃圾發(fā)電廠垃圾處理設(shè)施升級(jí)改造

蘇　雷（深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東　深圳　518000）

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南山垃圾發(fā)電廠垃圾處理設(shè)施升級(jí)改造

蘇雷
（深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東深圳518000）

摘要：目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的垃圾發(fā)電廠在鍋爐啟動(dòng)階段和助燃階段均使用油燃燒器進(jìn)行啟動(dòng)或助燃，油燃燒過(guò)程中污染較大，因此，升級(jí)改造現(xiàn)有的余熱鍋爐以及汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)是應(yīng)對(duì)節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題的首要任務(wù)。本文通過(guò)分析對(duì)余熱鍋爐以及汽輪發(fā)電機(jī)組的擴(kuò)容改造，以滿足未來(lái)垃圾熱值繼續(xù)升高情況下，提高焚燒線垃圾處理能力。關(guān)鍵詞：垃圾焚燒；余熱鍋爐；汽輪發(fā)電機(jī)組改造

1. 改造背景

近年來(lái)，隨著深圳城市化水平的不斷提高，生活垃圾熱值普遍升高，機(jī)組現(xiàn)有容量較小，垃圾焚燒線的處理能力隨之下降，同時(shí)造成爐膛出口溫度普遍升高，同時(shí)造成爐膛出口溫度普遍升高，水冷壁受高溫腐蝕、管壁減薄速率加快，嚴(yán)重限制了垃圾焚燒處理量。我廠及時(shí)抓住這個(gè)良好的契機(jī)，抓緊實(shí)施天然氣燃燒器改造工程。大幅削減污染負(fù)荷量，改善和提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，具有較好的環(huán)境效益。

2. 垃圾焚燒余熱鍋爐改造

余熱鍋爐進(jìn)行擴(kuò)容改造，在第一煙道水冷壁管利用Inconel625鎳基焊接材料，采用冷金屬堆焊技術(shù)（CMT冷焊），降低爐膛出口溫度，解決水冷壁高溫腐蝕同時(shí)及鍋爐蒸發(fā)量。

（1）南山廠#2余熱爐第一煙道前、后墻及左右側(cè)墻水冷壁向火側(cè)內(nèi)表面（包括水冷壁管（20G，GB5310-1995）及鰭片（Q235））CMT冷焊材料的采購(gòu)、焊層表面預(yù)處理及施工，堆焊施工面積373.1㎡，施工面積分別從前墻上聯(lián)箱至下聯(lián)箱間管屏，后墻上聯(lián)箱至下聯(lián)箱間管屏，左右側(cè)墻下聯(lián)箱往上11.245m范圍管屏（不含上下聯(lián)箱），從管屏右側(cè)向左側(cè)開(kāi)始計(jì)算。

（2）材料選擇及焊接規(guī)范

堆焊層材料選用進(jìn)口的INCONEL625實(shí)芯焊絲（0.8mm～1.2mm），焊接材料含有制造廠的質(zhì)量合格證書(shū)，質(zhì)量要求符合JB/T3223-1996《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》的規(guī)定。

水冷壁管焊接前進(jìn)行表面機(jī)加工處理，露出金屬光澤；使用CMT焊接系統(tǒng)，選用CMT焊接工藝模式，采用直流反接焊接規(guī)范，采用氬氦混合氣體保護(hù)，進(jìn)行冷焊施工，堆焊層厚度小于2.5mm。

CMT冷焊（堆焊）技術(shù)是ColdMetal Transfer的縮寫(xiě)，是在短路過(guò)渡基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，同傳統(tǒng)的MIG/MAG等氣體保護(hù)焊相比熱輸出量更小。CMT技術(shù)必須結(jié)合Inconel625鎳基材料才能制作出最佳的垃圾鍋爐受熱面腐蝕防護(hù)層。Inconel625是一種對(duì)各種腐蝕介質(zhì)都具有優(yōu)良耐蝕性的低碳鎳鉻鉬鈮合金，但要保證其抗腐蝕性能，對(duì)鉬、鎳、鉻、鐵等金屬材料的含量都有嚴(yán)格要求，因此選擇合適的工藝參數(shù)是發(fā)揮其作用的關(guān)鍵，CMT焊接模式很好地解決了以上難題。采用CMT焊接系統(tǒng)在鍋爐主要零部件膜式水冷壁上堆焊一層高溫耐腐蝕鎳基Inconel625材料，堆焊層厚度控制在2mm左右，稀釋率可以控制在5%以下。

采用CMT焊接設(shè)備系統(tǒng)，采用直流反接焊接規(guī)范，氬氦混合氣體保護(hù)，核心為冷金屬過(guò)渡技術(shù)—全新的MIG/MAG焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了送絲監(jiān)控與過(guò)程控制的統(tǒng)一，低熱輸入量，無(wú)飛濺過(guò)渡。數(shù)字控制，程序多選，保證了自動(dòng)焊接的準(zhǔn)確性；氬氦混合氣保證優(yōu)良的焊層性能，強(qiáng)制水冷系統(tǒng)控制焊接變形量并及時(shí)校正，脈沖同步氣體保護(hù)弧逆變電源的應(yīng)用大大提升了使用鎳基焊材的自動(dòng)化程序；盤(pán)繞填充金屬焊絲的機(jī)械特性，保證高效焊接的清潔度和優(yōu)異的物理性能。CMT焊接選用離線方式組織施工。離線堆焊由于是在專(zhuān)用施工平臺(tái)進(jìn)行操作，在合理的裝夾，穩(wěn)定的軌道平臺(tái)，科學(xué)的施工界面、良好的冷卻循環(huán)等綜合因素的影響下能最大限度地保證堆焊質(zhì)量，較之在線堆焊有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

（3）結(jié)合南山廠鍋爐實(shí)際運(yùn)行狀況，取垃圾熱值1800Kcal/kg，給水側(cè)溫度、壓力與蒸汽側(cè)參數(shù)按額定設(shè)計(jì)狀況下計(jì)算，堆焊前后蒸發(fā)量由32t/h提高至37.2t/h，垃圾處理量由330t/d提高至380t/d，堆焊后垃圾處理能力和鍋爐蒸發(fā)量均有15%左右的提升，排煙溫度略有下降，鍋爐效率略有提高，受熱面部件平均溫壓降低，一二級(jí)減溫水噴量下降；另外爐膛出口上段出口煙溫堆焊前931℃，堆焊后799℃，堆焊后高溫腐蝕區(qū)溫度下降132℃，大大減弱了第一煙道上部水冷壁高溫腐蝕速率同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)余熱鍋爐進(jìn)行增容改造。

（4）堆焊后過(guò)熱蒸汽參數(shù)滿足運(yùn)行參數(shù)要求，爐膛出口“850℃，2S”符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用插值法，按高度平均溫度場(chǎng)，煙溫850℃，爐膛標(biāo)高為：25039mm，煙氣停留時(shí)間在2s以上。堆焊前后熱力計(jì)算匯總結(jié)果理論上驗(yàn)證了“通過(guò)第一煙道水冷壁堆焊延長(zhǎng)水冷壁管屏使用壽命的可行性”。

3. 汽輪發(fā)電機(jī)改造

汽輪發(fā)電機(jī)組增容改造主要包括汽輪機(jī)部分及發(fā)電機(jī)部分。

3.1汽輪機(jī)部分改造內(nèi)容主要包括：

（1）更換整個(gè)噴嘴組，增加噴嘴組個(gè)數(shù)，更換2-4級(jí)隔板及汽封，以適應(yīng)改造后增加蒸汽流量。

（2）重新設(shè)計(jì)加工新的配汽機(jī)構(gòu)、蒸汽室蓋、調(diào)節(jié)閥、提升板、提桿、配汽機(jī)構(gòu)、油動(dòng)機(jī)及附件等。以適應(yīng)擴(kuò)容后，在更大蒸汽流量下的運(yùn)行要求。

（3）更換前汽封第一級(jí)套筒及汽封圈，平衡改造后的軸向推力。

（4）消除機(jī)組缺陷部分，如修復(fù)盤(pán)車(chē)系統(tǒng)，恢復(fù)機(jī)組自投退功能等。

3.2發(fā)電機(jī)部分考慮到現(xiàn)有發(fā)電機(jī)容量擴(kuò)容量有限、改造工程量大及時(shí)間周期長(zhǎng)等問(wèn)題，經(jīng)研究決定將購(gòu)買(mǎi)新發(fā)電機(jī)替換現(xiàn)有小容量機(jī)組。

4. 天然氣燃燒器設(shè)備改造

原8套油燃燒器設(shè)備需全部拆除，重新購(gòu)置8套全新的天然氣燃燒器設(shè)備。4臺(tái)啟動(dòng)燃燒器采用緊湊的一體式結(jié)構(gòu)。每臺(tái)燃燒器額定流量為160NM3/H，功率為1.5MW。4臺(tái)輔助燃燒器采用分體式結(jié)構(gòu)，每臺(tái)燃燒器額定流量為600NM3/H，功率為6MW。

5. 垃圾處理設(shè)施整體提標(biāo)改造效果

5.1垃圾焚燒余熱鍋爐

（1）可實(shí)現(xiàn)的預(yù)期成果

垃圾處理量及鍋爐蒸發(fā)量提升15%，爐膛出口溫度下降，解決水冷壁高溫腐蝕同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱鍋爐擴(kuò)容改造，滿足未來(lái)垃圾熱值繼續(xù)升高情況下，焚燒線滿足垃圾處理能力，另外水冷壁CMT冷焊（堆焊）后延長(zhǎng)水冷壁管屏使用壽命，保證機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）改造關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

堆焊前后蒸發(fā)量由32t/h提高至37.2t/h，垃圾處理量由330t/d提高至380t/d，堆焊后垃圾處理能力和鍋爐蒸發(fā)量均有15%左右的提升，排煙溫度略有下降，鍋爐效率略有提高，受熱面部件平均溫壓降低，一二級(jí)減溫水噴量下降。

爐膛出口上段出口煙溫堆焊前931℃，堆焊后799℃，堆焊后高溫腐蝕區(qū)溫度下降132℃，大大減弱第一煙道上部水冷壁高溫腐蝕速率。

堆焊后主汽參數(shù)滿足運(yùn)行要求，爐膛出口“850℃，2S”符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用插值法，按高度平均溫度場(chǎng)，煙溫850℃，爐膛標(biāo)高為：25039mm，煙氣停留時(shí)間在2s以上。

堆焊前后水冷壁管屏使用壽命由2年延長(zhǎng)至至少6年，避免水冷壁泄漏事件發(fā)生，保證鍋爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）改造完成后可以達(dá)到的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)

①余熱鍋爐擴(kuò)容15%，日均焚燒量增加50t，年增加垃圾處理量16650t，增加經(jīng)濟(jì)效益246萬(wàn)元，年發(fā)電量增加633萬(wàn)度，增加經(jīng)濟(jì)效益367萬(wàn)元，合計(jì)增加經(jīng)濟(jì)效益613萬(wàn)元。

②水冷壁管屏使用壽命延長(zhǎng)至6年（原使用周期不足2年），至少減少3次因水冷壁泄漏導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)事件造成的經(jīng)濟(jì)損失，每次停運(yùn)從檢修到啟動(dòng)至少需3天時(shí)間，間接增加垃圾焚燒量1140t，增加經(jīng)濟(jì)效益17萬(wàn)；間接增加發(fā)電量46.8萬(wàn)度，增加經(jīng)濟(jì)效益27萬(wàn)，合計(jì)間接增加經(jīng)濟(jì)效益44萬(wàn)。

以上共計(jì)增加垃圾處理量17790t，增加發(fā)電量679.8萬(wàn)度電，共計(jì)增加經(jīng)濟(jì)效益657萬(wàn)元。

5.2汽輪發(fā)電機(jī)組部分

南山廠垃圾焚燒處理量因垃圾熱值的提高及汽輪發(fā)電機(jī)組容量限制的影響，目前日均實(shí)際焚燒量約為660t/d，按汽輪機(jī)帶額定負(fù)荷12MW，蒸發(fā)量為64t/h，可以計(jì)算得出噸垃圾蒸汽量約為2.3t（蒸汽）/t（垃圾），意味著焚燒一噸垃圾產(chǎn)生約為2.3t的蒸汽量。

汽機(jī)增容改造后，鍋爐額定蒸發(fā)量將會(huì)由額定的64t/h，增加至78t/h，每小時(shí)蒸發(fā)量增加接近14t，按南山廠設(shè)計(jì)年有效運(yùn)行時(shí)間8000小時(shí)計(jì)算，可得如下數(shù)據(jù)：

增加年焚燒垃圾量=14×8000/t垃圾蒸汽量=48696t，增加經(jīng)濟(jì)效益720萬(wàn)。

結(jié)論

綜上所述，垃圾處理設(shè)施整體改造后，可實(shí)現(xiàn)年垃圾處理量增加66486t，增加發(fā)電量679.8萬(wàn)度電，共計(jì)增加經(jīng)濟(jì)效益1377萬(wàn)元，上述數(shù)據(jù)反映了，整體改造后，垃圾焚燒處理量大大增加，發(fā)電量也有了很明顯的提升，社會(huì)的環(huán)境效益十分明顯，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：TM619

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