焚燒爐應(yīng)對(duì)高熱值垃圾措施分析

文_樂俊超 上海環(huán)境集團(tuán)再生能源運(yùn)營管理有限公司

為了實(shí)現(xiàn)生活垃圾“減量化、無害化、資源化”處置的目的，20 世紀(jì)80 年代末，我國引進(jìn)生活垃圾焚燒技術(shù)，最大限度的減容并徹底破壞垃圾中的有毒有害物質(zhì)，使處理后的產(chǎn)物穩(wěn)定且無害，同時(shí)垃圾焚燒處理時(shí)產(chǎn)生的熱量可用于供熱或發(fā)電，實(shí)現(xiàn)垃圾資源化利用。垃圾焚燒爐是該技術(shù)的核心設(shè)備，生活垃圾都必須在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，通過一次風(fēng)機(jī)將輔助燃燒空氣輸送進(jìn)焚燒爐，再由二次風(fēng)加強(qiáng)氧氣氣流的擾動(dòng)，增強(qiáng)助燃空氣量，在一定的溫度條件下垃圾自燃并充分燃燒，垃圾中的有毒有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解、燃燒而被破壞。因此，垃圾熱值作為垃圾燃燒的必要條件，在設(shè)計(jì)垃圾焚燒爐時(shí)，必須要先進(jìn)行預(yù)測。

1 生活垃圾焚燒現(xiàn)狀

從2010 年開始，我國生活垃圾焚燒技術(shù)進(jìn)入增長期；至2015 年，生活垃圾焚燒技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。2010 年前，我國垃圾收集與轉(zhuǎn)運(yùn)均是混合裝載的模式，垃圾中的含水率高，垃圾熱值低。目前，我國建造的垃圾焚燒爐均以6000kJ/kg 左右熱值設(shè)計(jì)，并在已有的生活垃圾焚燒爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行技改，以滿足高熱值的生活垃圾處置需要。

2 擴(kuò)能改造

2.1 必要性

垃圾熱值的提高使得垃圾處理量在相同的情況下，焚燒爐的熱負(fù)荷整體上升，導(dǎo)致進(jìn)入到余熱鍋爐側(cè)的煙氣溫度也隨之升高，增加了鍋爐的熱負(fù)荷。為了保障生活垃圾能夠得到及時(shí)有效處置，垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的熱負(fù)荷需要長期處于超負(fù)荷狀態(tài)，從而引起焚燒爐出口的煙氣溫度過高，對(duì)后續(xù)受熱面易造成結(jié)焦、堵灰和產(chǎn)生高溫腐蝕。

對(duì)于建成時(shí)間較早的垃圾焚燒廠，由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商對(duì)垃圾余熱鍋爐的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，設(shè)計(jì)時(shí)考慮不全面，如換熱面積余量不足，采用的余熱鍋爐形式存在容易積灰的特點(diǎn)及選取的飛灰粘黏系數(shù)偏?。▍⒄栈瘘c(diǎn)廠的飛灰選取粘黏系數(shù)）等因素，造成垃圾焚燒爐比火電廠的煤粉爐結(jié)焦頻繁且嚴(yán)重，以及因余熱鍋爐中過熱器堵灰而停爐的頻率高于火電電廠的煤粉爐。

通常垃圾焚燒爐及余熱鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮10%的超負(fù)荷余量，但是為了保證鍋爐運(yùn)行的安全性，焚燒爐及余熱鍋爐不能長期維持超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。通過對(duì)鍋爐內(nèi)部相關(guān)汽水系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)等各方面進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)垃圾熱值提高后，垃圾焚燒爐的燃燒溫度會(huì)響應(yīng)升高，導(dǎo)致焚燒爐出口煙氣溫度高于設(shè)計(jì)值，以至于后續(xù)的余熱鍋爐入口溫度過高，引起煙氣中的飛灰處于熔融狀態(tài)，不容易沉降下來，而容易粘連在過熱器、省煤器等換熱器的表面，造成過熱器、省煤器等換熱器的管束磨損及腐蝕。

根據(jù)煙氣溫度高的特點(diǎn)，考慮減低煙氣提高焚燒爐的垃圾處理量。在保證鍋爐長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，并在原垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，使垃圾焚燒爐不僅能滿足高熱值垃圾處理的需求，而且余熱鍋爐的熱負(fù)荷能適當(dāng)提高。

2.2 改造思路

2.2.1 控制爐膛溫度

將垃圾焚燒爐兩側(cè)空冷爐墻及爐后拱拆除，安裝水冷壁換熱面，并敷設(shè)110mm 厚的耐火澆注料，焚燒爐部分的換熱面積改造，增加受熱面。焚燒爐爐墻的耐火絕熱結(jié)構(gòu)改為可吸熱的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，有助于解決爐膛溫度長期高于1050℃的現(xiàn)象，起到控制焚燒爐膛溫度的作用，同時(shí)在焚燒爐二次風(fēng)噴入口的位置增設(shè)霧化噴槍，在爐溫過高時(shí)，向爐膛內(nèi)碰水，用于輔助控制爐溫，有利于焚燒爐處理高熱值垃圾時(shí)，控制鍋爐熱負(fù)荷不超過設(shè)計(jì)值。大面積的水冷壁結(jié)構(gòu)能有效的吸收熱量并降低爐膛溫度，預(yù)防爐內(nèi)結(jié)焦。

2.2.2 降低高溫過熱器入口煙溫

在余熱鍋爐第二煙道增加水冷屏蒸發(fā)受熱面，使高溫過熱器入口煙溫控制在580℃左右。水冷屏蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁形式，屏的中部開孔，方便清灰及檢修。高溫過熱器前增加水冷屏蒸發(fā)受熱面，有利于降低高溫過熱器前煙氣溫度，緩解高溫過熱器的結(jié)焦、積灰和高溫腐蝕，防止過熱器因嚴(yán)重積灰及爆管而引起停爐。

2.2.3 降低煙氣中氧含量

更換垃圾焚燒爐一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)。新的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)需根據(jù)焚燒爐擴(kuò)能后所需的風(fēng)量及壓差進(jìn)行選型。由于垃圾熱值和焚燒量提高，垃圾燃燒所需的風(fēng)量也會(huì)響應(yīng)升高。為了保證垃圾的充分燃燒，焚燒爐需要提高過?？諝饬?，并增加空氣擾動(dòng)，因此垃圾焚燒爐需要增大一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)量。由于垃圾處理能力提高，煙氣量也隨之增大，為了保證鍋爐運(yùn)行過程中的負(fù)壓狀態(tài)，需要加大引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。同時(shí)，合理的控制過量空氣系數(shù)，降低煙氣含氧量，有助于控制金屬腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

3 改造效果

以某生活垃圾焚燒廠為例。該廠建造2 條焚燒線，單爐焚燒生活垃圾量為350t/d，設(shè)計(jì)處理規(guī)模700t/d。

該廠2010 年開始建設(shè)，2012 年進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行，設(shè)計(jì)入爐垃圾6280kJ/kg，主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)詳見表1。該廠由于設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)估的垃圾熱值變化范圍不足，運(yùn)行后垃圾熱值已超出設(shè)計(jì)值，并呈逐年升高的趨勢。至2017 年時(shí)，該廠的垃圾焚燒爐及余熱鍋爐已嚴(yán)重超溫，因焚燒爐結(jié)焦或余熱鍋爐積會(huì)而停爐的非?，F(xiàn)象屢有發(fā)生。

該生活垃圾焚燒廠通過對(duì)焚燒爐及余熱鍋爐增加換熱面，更新大功率的一次風(fēng)機(jī)后，在垃圾熱值提高17%的情況下，仍能維持垃圾焚燒爐的額定處理量，并提高余熱鍋爐20%的熱負(fù)荷。改造后的鍋爐參數(shù)詳見表2。

表 1 某生活垃圾焚燒廠主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表2 某生活垃圾焚燒廠改造后鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

通過改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在垃圾焚燒處理量及發(fā)電量增加的情況下，1#、2#鍋爐能維持長期穩(wěn)定運(yùn)行，且能保持余熱鍋爐溫度降低的態(tài)勢。改造后，1#爐爐膛平均溫度從9340℃降低到9200℃，降低了1.5%，2#爐爐膛平均溫度從9160℃降低到9130℃，降低了0.3%。1#爐高溫過熱器入口平均溫度從567.40℃降低到496.20℃，降低了12.5%；2#爐高溫過熱器入口平均溫度從5420℃降低到5010℃，降低了7.6%。1#爐省煤器出口煙溫從213.40℃降低到209.30℃，降低了1.9%。2#爐省煤器出口煙溫從205.60℃降低到161.60℃，降低了21.4%。

4 結(jié)語

垃圾焚燒爐及余熱鍋爐增加水冷壁后，增大了換熱面積，能有效的降低爐膛溫度及煙氣溫度，有利于焚燒爐處理高于設(shè)計(jì)熱值的生活垃圾。從經(jīng)濟(jì)角度看，增加水冷壁、更換風(fēng)機(jī)的費(fèi)用相對(duì)于其它改造費(fèi)用，投入較少。從技改角度看，該項(xiàng)改造措施對(duì)垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)改動(dòng)最小，安全系數(shù)最高，能保證原鍋爐的性能特點(diǎn)。在余熱鍋爐設(shè)備維護(hù)方面，鍋爐受熱面的增加，不僅起到了高溫過熱器的降溫作為，而且有助于水冷壁防止積灰，減少了鍋爐因結(jié)焦或堵灰而停爐的次數(shù)。