湍動(dòng)流化床氣化焚燒爐的安裝

張國義，趙永鋒，，叢堃林，趙延兵

（1.北京一亞高科能源科技有限公司，北京 100085；2.清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

0 引言

目前世界上用于焚燒固體廢棄物的各類焚燒爐已達(dá)200 多種，其中應(yīng)用比較廣泛的爐型可分為爐排爐、流化床爐和回轉(zhuǎn)窯爐三種[1]。由于造紙殘?jiān)臀勰嗨执?、熱值低且成分?fù)雜等特點(diǎn)，且還要燃燒部分污水廠的沼氣，對(duì)于這些非均質(zhì)廢棄物，一般焚燒爐很難同爐處理。

為滿足造紙行業(yè)處理造紙廢棄物的迫切需求，北京一亞高科能源科技有限公司與清華大學(xué)合作開發(fā)了湍動(dòng)流化床氣化焚燒爐，可以同爐處理固態(tài)、液（漿）態(tài)及氣態(tài)的多元有機(jī)廢棄物，已應(yīng)用于臺(tái)灣正隆集團(tuán)在越南平陽省投資建設(shè)的造紙廠，處理造紙紙?jiān)?、污泥和沼氣，產(chǎn)生2.0 MPa 的飽和蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)。該氣化焚燒爐日處理紙?jiān)?40 t、污泥110 t、沼氣7000 Nm3，產(chǎn)汽量為25 t/h。該項(xiàng)目于2017 年4 月開始設(shè)計(jì)，7 月份開始訂貨、發(fā)貨，2018 年3 月份開始安裝，經(jīng)過安裝調(diào)試于2019 年6 月通過168 h 性能考核。目前已投入正常生產(chǎn)，運(yùn)行狀況良好。

1 湍動(dòng)流化床氣化焚燒爐的特點(diǎn)與工藝流程

湍動(dòng)流化床氣化焚燒爐不同于常規(guī)的循環(huán)流化床焚燒爐，氣化室采用變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)出口小、中間大，可實(shí)現(xiàn)多流態(tài)疊加，使得床料和燃料在爐內(nèi)處于內(nèi)循環(huán)為主的湍動(dòng)流化狀態(tài)，鍋爐本體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主要由燃燒裝置、氣化室、二燃室、輻射換熱區(qū)、旋風(fēng)分離器及省煤器等組成。為保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，另外配置有給料裝置、煙氣急冷室、冷渣篩分回送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

為避免纏繞，紙?jiān)蔁o軸給料機(jī)送入爐膛，污泥由螺桿泵通過輸送管道進(jìn)入焚燒爐，沼氣經(jīng)過調(diào)壓采用燃?xì)鈬娮靽娙霠t內(nèi)，床料為粒徑150300m 石英砂，一次風(fēng)的當(dāng)量比不超過50%，以保證氣化室內(nèi)的還原性氣氛。紙?jiān)臀勰嗯c灼熱的石英砂床料混合，在氣化室內(nèi)進(jìn)行熱解和氣化；二次風(fēng)由氣化室上部和二燃室送入爐內(nèi)，與氣化氣混合，在二燃室進(jìn)行高溫氣相燃燒。燃燒產(chǎn)生的灰渣一部分經(jīng)爐底排渣裝置排出，另一部分飛灰被煙氣攜帶，由旋風(fēng)分離器和布袋除塵器捕集。

2 海外項(xiàng)目貨物的運(yùn)輸包裝

本項(xiàng)目位于越南南部的平陽省，距胡志明卡萊港約100 km，鍋爐本體由廣西柳鍋鍋爐制造有限公司制造，經(jīng)陸運(yùn)和海運(yùn)結(jié)合的運(yùn)輸方式，最后從上海港裝船發(fā)至胡志明卡萊港。期間倒運(yùn)次數(shù)多，需要報(bào)關(guān)、商檢、清關(guān)等一系列繁瑣手續(xù)。

圖1 湍動(dòng)流化床氣化焚燒爐結(jié)構(gòu)

常用40 尺集裝箱有普柜、高柜、開頂柜和框架柜4 種型式，對(duì)于常規(guī)尺寸的貨物采用普柜，尺寸超限貨物雖然可以考慮高柜、開頂柜或框架柜，但仍有一定限制：如開頂柜的高度最高不能超過2.7 m；框架柜僅允許超長或超寬，長度不能超過12 m，寬度不能超過3 m。本焚燒爐本體（包括氣化室及二燃室膜式壁、省煤器、鍋筒及鋼架等）在設(shè)計(jì)階段已考慮了集裝箱散裝發(fā)貨。

海外（越南）項(xiàng)目貨物的包裝形式主要有木箱、鐵箱、托盤、捆裝、框架及裸裝等，其中木箱包裝必須進(jìn)行熏蒸，箱體蓋熏蒸章，并持有熏蒸證書。同一批次貨物的船期一樣，根據(jù)現(xiàn)場施工順序和時(shí)間分批次發(fā)貨。供貨商嚴(yán)格控制外購件的包裝并統(tǒng)一設(shè)備、箱單編號(hào)，貨物包裝箱上統(tǒng)一按要求張貼嘜頭，采取防潮措施。

越南平陽省炎熱多雨，7～9 月份為雨季，根據(jù)施工安裝工序提前規(guī)劃貨物的堆放、存儲(chǔ)場地，做好防雨防潮措施，尤其是電氣、耐火材料等特殊貨物。卸貨時(shí)及時(shí)清點(diǎn)貨物，做好貨物的擺放記錄，方便后續(xù)安裝過程中設(shè)備和材料的領(lǐng)取。

3 主要設(shè)備的安裝流程及要點(diǎn)

焚燒爐是本工程的核心設(shè)備，安裝工藝和質(zhì)量要求較高，必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行安裝，否則對(duì)焚燒爐系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)造成很大的影響。焚燒爐安裝工序流程如圖2 所示，主要包括鋼架、鍋筒、膜式壁、布風(fēng)裝置的安裝和筑爐等。

圖2 湍動(dòng)流化床氣化焚燒爐安裝工序流程

3.1 鋼架的安裝

鋼架的主要作用是懸掛和支承鍋爐本體，本焚燒爐采用的是前吊后支結(jié)構(gòu)。鋼架的組合安裝是焚燒爐安裝的第一道安裝工序，需要注意以下5 個(gè)方面。

（1）搭設(shè)調(diào)校對(duì)接平臺(tái)，檢查鋼構(gòu)件的平直度。

（2）組合前應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)檢查和驗(yàn)收，測量各基礎(chǔ)中心線間距和對(duì)角線精度，滿足圖紙的尺寸要求。

（3）所有承重立柱分段組合，垂直度、各立柱的中心間距和對(duì)角線，滿足規(guī)范要求后方可進(jìn)行橫梁的連接焊接。膜式壁吊裝一側(cè)的橫梁需要為膜式壁安裝預(yù)留空間。

（4）組合后再次檢測各立柱的垂直度，框架的中心軸線位置，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后進(jìn)行地腳螺栓的一次灌漿，鋼架安裝的允許偏差及檢測位置參照《鍋爐安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[2]。

（5）地腳螺栓灌漿保養(yǎng)期后緊固螺栓二次灌漿。

3.2 鍋筒的吊裝

3.3 膜式壁的安裝

（1）安裝膜式壁前先進(jìn)行預(yù)組對(duì)，檢查到貨膜式壁是否有變形、受損狀況，進(jìn)行調(diào)校，做好記錄。

（2）對(duì)接管口打磨，滿足焊接工藝和圖紙要求。

（3）拼接預(yù)組對(duì)后進(jìn)行通球試驗(yàn)，檢查是否堵塞，做好記錄，對(duì)接管口要進(jìn)行防銹和密封處理。

（4）氣化室前、后膜式壁為外凸型結(jié)構(gòu)，為方便吊裝，寬度方向先組對(duì)，長度方向不做拼接。

（5）待吊裝側(cè)對(duì)面膜式壁和其他三面的上部膜式壁吊裝完成后再進(jìn)行前、后側(cè)變截面結(jié)構(gòu)膜式壁的吊裝（圖3）。

圖3 氣化室變截面結(jié)構(gòu)吊裝過程

（6）吊裝組對(duì)時(shí)，確保膜式壁的垂直度、中心軸線與框架的距離、以及對(duì)接處的平面度等滿足要求后按照焊接工藝進(jìn)行施焊，膜式壁對(duì)接焊縫采取對(duì)角點(diǎn)焊的方法，整體連接后檢查無誤再進(jìn)行全面焊接，防止變形[3]。

（7）膜式壁四面組合后，再次測量膜式壁的中心軸線，與框架柱的距離，通過上部的吊桿螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求后進(jìn)行膜式壁密封焊接。

（8）膜式壁對(duì)接完成后按照《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《鍋爐安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求進(jìn)行探傷。

（9）密封組件安裝時(shí)，必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的密封形式、膨脹方向及膨脹量進(jìn)行安裝。

（10）從上至下完成爐膛四周密封焊接，保證圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸，對(duì)每側(cè)水冷壁進(jìn)行臨時(shí)加固[3]。

3.4 布風(fēng)裝置的安裝

布風(fēng)裝置由水冷風(fēng)室、水冷布風(fēng)板和定向風(fēng)帽組成，水冷布風(fēng)板和水冷風(fēng)室由前墻膜式壁彎制而成，風(fēng)帽安裝在傾斜的水冷布風(fēng)板的鰭片上，共計(jì)201 個(gè)，傾斜角度為5，風(fēng)帽出風(fēng)口朝向爐前兩個(gè)排渣口，風(fēng)帽具體布置如圖4 所示。

圖4 風(fēng)帽安裝布置

風(fēng)帽安裝時(shí)既要保證整體傾角一致，又要保證特殊位置風(fēng)帽出風(fēng)口朝向按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)安裝，安裝時(shí)橫向、縱向均要拉線，確保每排風(fēng)帽在一條線上，然后逐個(gè)調(diào)整風(fēng)帽朝向，確保滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 焚燒爐的筑爐

湍動(dòng)流化床焚燒爐需要筑爐工作的部件有：水冷風(fēng)室、氣化室、二燃室、爐膛出口及旋風(fēng)分離器，筑爐材料包括剛玉澆注料、保溫澆注料、耐火耐磨可塑料、耐火澆注料、高鋁質(zhì)澆注料、異形防磨磚及硅酸鋁纖維板等。

（1）筑爐材料原料及制品的質(zhì)量必須符合相應(yīng)的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，理化指標(biāo)和尺寸偏差還需符合設(shè)計(jì)的特殊要求。

（2）所有耐火磚及異形風(fēng)帽防磨磚安裝時(shí)，要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求施工。

（3）筑爐前爐膛膜式壁銷釘或抓釘應(yīng)涂刷一層約2 mm 厚的瀝青漆，防止在烘爐或運(yùn)行時(shí)由于材料膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致爐墻損壞。

（4）爐膛和分離器部分爐墻在澆筑時(shí)應(yīng)先支模，后澆筑，澆筑時(shí)每高800～1000 mm 留一道膨脹縫，填充物除特殊注明外，均為硅酸鋁耐火纖維板。

（5）保證給煤口、給料口和門孔等磨損嚴(yán)重部位耐火防磨材料的施工。爐頂密封和穿墻部位的密封件焊接和耐火材料施工是重點(diǎn)監(jiān)控目標(biāo)[4]。

（6）爐墻砌筑施工與驗(yàn)收參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50211—2014《工業(yè)爐砌筑工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[5]。

4 結(jié)束語

安裝質(zhì)量是確保鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。湍動(dòng)流化床焚燒爐結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐，可同爐處理多元有機(jī)廢棄物，具有廣闊的應(yīng)用前景?？偨Y(jié)并固化其安裝流程與注意事項(xiàng)有助于后續(xù)系列產(chǎn)品的質(zhì)量保證，對(duì)于提升產(chǎn)品競爭力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)初衷，更好地提供服務(wù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，有著重要意義。