風(fēng)對(duì)機(jī)械爐排爐燃燒控制的影響分析

劉 鑫

（卡萬塔能源（中國）投資有限公司，上海 201401)

生活垃圾在焚燒爐排經(jīng)過烘干、燃燒、燃燼等階段，停留時(shí)間約為1.5 h，整個(gè)燃燒過程緩慢而復(fù)雜，對(duì)燃燒的控制要求較高。在垃圾燃燒的要素中，只有空氣是特性明確的可控要素，對(duì)送風(fēng)的控制成為垃圾焚燒控制的關(guān)鍵，其中包括了總風(fēng)量、一次風(fēng)分配和二次風(fēng)占比等。

1 總風(fēng)量

總的風(fēng)量與垃圾的成分密切相關(guān)，即垃圾有多少物質(zhì)成分可以燃燒，決定了垃圾需要的空氣量，表1為部分垃圾樣品元素分析，根據(jù)可燃元素成分可以計(jì)算出理論空氣量。一般而言，為了保證燃燒的正常與充分，實(shí)際空氣量要高于理論空氣量，其比例稱為過量空氣系數(shù)。對(duì)于垃圾焚燒而言，因垃圾可燃質(zhì)不集中，過量空氣系數(shù)一般控制在1.5～1.8，以利于垃圾的充分燃燒，但過多的過量空氣會(huì)降低燃燒熱效率。

表1 垃圾元素分析 %

風(fēng)在整個(gè)垃圾焚燒過程中主要用于垃圾的干燥和燃燒。合理的一二次風(fēng)配比使?fàn)t膛內(nèi)部溫度分布與CO濃度分布更加均勻［2］。一次風(fēng)與二次風(fēng)的比例因氣候和垃圾特性而異，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此比例的合理區(qū)間為4∶1～3∶2。風(fēng)室布置如圖1所示。

圖1 風(fēng)室布置

2 一次風(fēng)

2.1 一次風(fēng)的作用

對(duì)于垃圾焚燒而言，一次風(fēng)的主要作用包括垃圾干燥和助燃，以及冷卻爐排；影響一次風(fēng)效果的因素主要包括風(fēng)量、各風(fēng)室風(fēng)量分配以及風(fēng)溫。一次風(fēng)是垃圾順利燃燒和爐排安全的重要保障。通過數(shù)值仿真發(fā)現(xiàn)，合理的一次風(fēng)分配可使垃圾床表面平均溫度明顯提高［3］，提高燃燒效率。

2.2 風(fēng)量

一次風(fēng)的風(fēng)量取決于垃圾燃燒量，可以根據(jù)垃圾量和過量空氣系數(shù)初步確定一次風(fēng)量。一次風(fēng)量應(yīng)取合適值，過高的一次風(fēng)在通過風(fēng)孔時(shí)流速很高，風(fēng)力強(qiáng)勁，可能將垃圾燃燒吹熄，并損壞爐排上的通風(fēng)孔；若一次風(fēng)量過低，風(fēng)力不足，無法穿透部分風(fēng)孔上的垃圾，將導(dǎo)致一次風(fēng)分布不均，局部干燥或燃燒效果較差。

垃圾的干燥和燃燒均在爐排上面進(jìn)行，需要通過爐排下的風(fēng)室和風(fēng)門對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行分配送風(fēng)。有學(xué)者通過建模分析得出，一次風(fēng)風(fēng)量配比對(duì)床層垃圾的燃燒具有重要影響［4］。風(fēng)室有4段，干燥段為#1風(fēng)室，燃燒段布置有#2、#3風(fēng)室，燃燼段為#4風(fēng)室。床料的燃燒與床料的干燥有直接的影響，而床料的干燥狀況直接受#1風(fēng)室的影響，所以控制好#1風(fēng)室的進(jìn)風(fēng)對(duì)于爐床的燃燒尤為重要。當(dāng)垃圾比較潮濕時(shí)，應(yīng)當(dāng)增加#1風(fēng)室進(jìn)風(fēng)量，有利于加速帶走垃圾中的水分，使床料得到更好的干燥，此時(shí)#1風(fēng)室擋板開度可增大至60%～100%；當(dāng)垃圾含水率較低，為避免爐床火線太靠前，應(yīng)當(dāng)減少#1風(fēng)室進(jìn)風(fēng)量，此時(shí)#1風(fēng)室進(jìn)風(fēng)量可控制在30%～50%。一般而言，無論垃圾含水率高低，應(yīng)當(dāng)盡量保證#1風(fēng)室開度不低于30%。這樣一方面確保一次風(fēng)對(duì)于床料的干燥，另一方面也有利于給料區(qū)域床料溫度的控制。其他各風(fēng)室的開度應(yīng)當(dāng)以燃燒的狀況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

基于一次風(fēng)在各個(gè)風(fēng)室的分配，需要各個(gè)風(fēng)室擋板門能夠有效的開閉，而擋板調(diào)節(jié)的最終目的是控制進(jìn)風(fēng)量，但需要引起注意的是，因多個(gè)風(fēng)室同時(shí)從一次風(fēng)母管引風(fēng)，每個(gè)擋板門的動(dòng)作都會(huì)導(dǎo)致各個(gè)風(fēng)室風(fēng)量的重新分配，所以風(fēng)室進(jìn)風(fēng)量并不能按擋板開度進(jìn)行直觀的比例計(jì)算。為取得精確的控制效果，可以在風(fēng)室風(fēng)道裝設(shè)流量計(jì)，以獲得風(fēng)室的實(shí)際進(jìn)風(fēng)量。

2.3 風(fēng)溫

風(fēng)溫是一次風(fēng)進(jìn)行垃圾干燥和助燃的重要影響因素。從節(jié)能和安全運(yùn)行的角度考慮，一次風(fēng)溫在不同的環(huán)境條件下可以取不同的值。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在夏季，垃圾中水分瀝出較易，入爐垃圾的含水率相對(duì)較低，且爐內(nèi)溫度較高，所以一次風(fēng)溫控制在160～180℃即可；而在冬季，入爐垃圾的水分依然較高，必須提高一次風(fēng)溫，可以控制在220℃左右。

垃圾在爐排上燃燒的過程中有大量的熱量傳導(dǎo)到爐排片，導(dǎo)致爐排片溫度迅速升高，而一次風(fēng)從爐排下方的風(fēng)室吹入，經(jīng)爐排片上的通風(fēng)孔進(jìn)入爐內(nèi)，風(fēng)溫相比爐排片溫度低很多，可以有效的帶走爐排片因垃圾燃燒而產(chǎn)生的熱，起到冷卻爐排片的作用，防止?fàn)t排片因溫度過高而產(chǎn)生較大的熱膨脹損壞爐排，從而保護(hù)爐排。

3 二次風(fēng)

3.1 二次風(fēng)的作用

二次風(fēng)主要起到補(bǔ)充燃燒和調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度的功能，由爐膛前后分多根風(fēng)管送入爐內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，無二次風(fēng)時(shí)，焚燒爐內(nèi)燃燒不完全［5］，合理的風(fēng)速可提高燃盡率，降低一氧化氮［6］。

①二次風(fēng)在爐內(nèi)產(chǎn)生湍流，使正在燃燒的含有大量可燃?xì)怏w的煙氣充分?jǐn)噭?dòng)混合，增大其湍流度，有利于可燃?xì)怏w成分與氧氣的充分接觸，促進(jìn)可燃?xì)怏w進(jìn)一步燃燒；②二次風(fēng)能夠控制爐膛溫度，當(dāng)二次風(fēng)量足以補(bǔ)充燃燒并繼續(xù)加大二次風(fēng)量時(shí)，因二次風(fēng)溫度遠(yuǎn)低于爐膛溫度，補(bǔ)充的二次風(fēng)可以有效降低爐膛溫度，防止?fàn)t膛超溫，使?fàn)t膛維持在正常溫度范圍，提高機(jī)組的安全運(yùn)行性能。

3.2 風(fēng)速

由圖2可見，爐墻在長時(shí)間運(yùn)營以后，已經(jīng)積結(jié)了大量的灰塊，甚至堵住了某些二次風(fēng)孔?？梢酝茰y，如果二次風(fēng)口風(fēng)速很弱或者沒有風(fēng)，那么灰將持續(xù)積結(jié)，二次風(fēng)口將很快被積灰堵塞，嚴(yán)重影響爐排的正常燃燒和鍋爐的運(yùn)行調(diào)整。

圖2 二次風(fēng)出口

二次風(fēng)口孔徑較小，易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，根據(jù)二次風(fēng)口徑D與二次風(fēng)流量Q，可以得到二次風(fēng)噴出口的二次風(fēng)流速V，公式如（1） 所示：

根據(jù)上式可列表2如下。

表2 流量與流速

各級(jí)風(fēng)的強(qiáng)度說明如表3所示。

表3 流量與流速

二次風(fēng)出口的堵塞是造成二次風(fēng)不能有效吹入的關(guān)鍵影響因素，而飛灰在二次風(fēng)口的累積是導(dǎo)致二次風(fēng)口堵塞的直接原因，所以防止二次風(fēng)口堵塞就要阻止飛灰在二次風(fēng)口的累積。而因二次風(fēng)口位于爐內(nèi)，運(yùn)行過程中無法清灰，一個(gè)有效的方式就是通過控制二次風(fēng)口的風(fēng)速，使其具備一定的風(fēng)力將可能累積或輕微累積的飛灰吹散。

如果風(fēng)力不能達(dá)到一定的強(qiáng)度，那么勢必不能在爐膛區(qū)域產(chǎn)生具有一定效果的擾動(dòng)，而煙氣擾動(dòng)是垃圾焚燒爐3T要素之一，決定了煙氣中CO等可燃物能否與氧氣充分接觸而完全燃燒，所以從這個(gè)角度而言，也必須控制風(fēng)速在一定的水平。二次風(fēng)出口的風(fēng)速不可測量，可以根據(jù)表2中風(fēng)速與流量對(duì)應(yīng)關(guān)系，以二次風(fēng)流量間接獲取二次風(fēng)出口流速。

3.3 風(fēng)溫

二次風(fēng)風(fēng)溫根據(jù)爐膛溫度和環(huán)境溫度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。在夏季，爐內(nèi)溫度較高，需要二次風(fēng)很好的發(fā)揮冷卻爐膛降爐溫的功能，可將風(fēng)溫控制在常溫狀態(tài)下即可；而在冬季，因爐內(nèi)溫度較低，嚴(yán)重時(shí)需要燃油或者燃?xì)庋a(bǔ)充燃燒，應(yīng)盡量提高二次風(fēng)溫，以避免因二次風(fēng)的吹入而導(dǎo)致爐膛溫度偏低。

4 結(jié)論

送風(fēng)對(duì)于垃圾的干燥和正常燃燒有至關(guān)重要的作用，在燃燒控制過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）根據(jù)垃圾成分和給料量確定總風(fēng)量，并在4∶1～3∶2范圍內(nèi)分配一次風(fēng)和二次風(fēng)。

2）通過風(fēng)室調(diào)節(jié)擋板合理分配一次風(fēng)在爐排各燃燒段的風(fēng)量，干燥段開度應(yīng)高于30%。

3）必須保證二次風(fēng)吹入強(qiáng)度，避免二次風(fēng)口積灰堵塞，發(fā)揮二次風(fēng)對(duì)燃燒煙氣的擾動(dòng)和調(diào)節(jié)爐膛溫度的功能。

4）根據(jù)環(huán)境氣候條件調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，減少能量消耗。

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