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
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。
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”。
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。
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。
5.1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)。
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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