鍋爐干烘在生活垃圾焚燒發(fā)電廠中的應用研究

章文鋒

(上?？岛悱h(huán)境股份有限公司,上海 201703)

前 言

生活垃圾焚燒發(fā)電廠的焚燒爐一般為爐排型[1]，爐排的前后拱采用了膜式水冷壁敷設的耐火材料爐墻，爐排的兩側(cè)墻采用了較厚的絕熱耐火爐墻，后墻采用了澆注絕熱爐墻，余熱鍋爐的第一通道水冷壁也敷設了耐火材料。按照工業(yè)爐砌筑工程施工與驗收規(guī)范，工業(yè)爐投產(chǎn)前，必須烘爐[2]。烘爐是耐火材料施工和鍋爐安全運行的關鍵環(huán)節(jié)，如烘爐得當，能保證耐火材料的使用壽命，從而保證鍋爐的安全運行，否則水分排出不暢，會引起耐火材料產(chǎn)生裂紋，降低其使用壽命，甚至引起墻襯大面積剝落，導致鍋爐無法正常運行[3-4]。

一般情況下，烘爐前鍋爐應上水至汽包正常水位，本次將鍋爐干烘應用于東北某垃圾焚燒發(fā)電廠項目，該項目鍋爐筑爐完成時已到11月份，此時環(huán)境溫度降至零下15℃，廠房供暖也不具備條件，鍋爐上水將導致省煤器、鍋筒、下降管、排污管路等不同程度凍壞，同時，為了防止已筑爐完成的鍋爐澆注料等在低溫下冰凍損毀，最后經(jīng)與鍋爐廠家、筑爐廠家及相關專業(yè)人員多方商討，采用了鍋爐不上水的方式先進行低溫烘爐，去除澆注料中的游離水和結(jié)晶水，待后續(xù)環(huán)境條件滿足了再進行高溫烘度和煮爐等工序。

1 材料與方法

鍋爐烘爐是一個系統(tǒng)性工作，為了本次鍋爐干烘工作能順利進行，下面對烘爐工作分別從烘爐前準備、烘爐過程控制到烘爐效果檢驗方法等方面進行周全準備。

1.1 烘爐前準備

1.1.1 烘爐前各系統(tǒng)準備

1.1.1.1 鍋爐區(qū)域建筑結(jié)構(gòu)

為保證烘爐過程中不受外部環(huán)境影響(如雨雪、冰雹等)，焚燒區(qū)屋面需止水完成。

1.1.1.2 鍋爐相關各系統(tǒng)

為保證烘爐工作的質(zhì)量和安全，涉及鍋爐各系統(tǒng)需按相關施工與驗收規(guī)范進行[2]，如：鍋爐本體汽水管道安裝及保溫施工和鍋爐煙氣系統(tǒng)安裝及保溫需完成并驗收合格；鍋爐內(nèi)部、煙風道等部位臨時封堵完畢并將爐內(nèi)多余雜物清理干凈；為防止煙氣及熱量散失，除熱煙氣通入孔外，其余鍋爐所有門孔、二次風口均臨時封閉完成；鍋爐內(nèi)所有的耐火耐磨材料砌筑完畢，驗收合格并自然養(yǎng)護7天以上；鍋爐各部位膨脹指示器安裝齊備，汽水系統(tǒng)管道支吊架安裝齊全，有彈簧吊架的定位銷在烘爐前全部拆除，鍋爐及煙風道所有膨脹節(jié)臨時限位裝置全部拆除；鍋爐區(qū)域所有平臺欄桿及扶梯安裝完成，通道暢通，保證安全；鍋爐點火排汽管道安裝調(diào)試完成，具備投用條件；鍋爐汽包壁溫測點及雙色水位計安裝完成，并調(diào)校準確；鍋爐主給水及主蒸汽管道安裝完成并驗收合格，主蒸汽管道膨脹已作好原始記錄；鍋爐 DCS煙溫測量系統(tǒng)安裝完成，并校準具備投運條件，能在上位機上正確顯示；廠用壓縮空氣系統(tǒng)安裝、調(diào)試完成并正常投入使用；鍋爐燃油系統(tǒng)安裝完畢并經(jīng)過水壓試驗，管道吹掃、油循環(huán)合格，具備投運條件；燃油及烘爐機區(qū)域臨時滅火器、砂箱及相應器材準備齊全，滿足防火要求；烘爐機臨時供電系統(tǒng)提供電源點及接引完成，滿足連續(xù)供電需求；鍋爐照明系統(tǒng)滿足烘爐照明條件要求。

1.1.1.3 烘爐機所需條件準備

本次低溫烘爐設備采用的是烘爐機，為保證其穩(wěn)定運行，從燃料、壓縮空氣和設備用電幾方面進行了準備，分別為：準備了-35#輕柴油約40t左右，烘爐機前供油壓力能達1.0～1.2MPa；烘爐機前壓縮空氣壓力能達0.6～0.8MPa；烘爐電源單獨供電，確保烘爐過程中不跳閘停電，并如用柴油機發(fā)電作為臨時停電應采取補救措施。

1.1.1.4 烘爐所需臨時系統(tǒng)準備

為做好鍋爐烘爐過程中保溫隔熱、排濕和排煙等工作，相關臨時系統(tǒng)也需準備妥當。保溫隔熱方面：在爐排面用保溫材料進行密封處理；在落渣口處和垃圾進口處用角鋼或鋼管搭。排濕方面：在絕熱爐墻的外護板上開100mm長5mm寬的條形孔，每平方米不少于1個。排煙方面：尾部具備烘爐排煙條件，并做好相關防護措施。

1.2 烘爐機及溫度臨時測點布置

1.2.1 烘爐機的布置

低溫烘爐主要為了保證去除鍋爐筑爐澆注料中的游離水和結(jié)晶水，根據(jù)現(xiàn)場情況，共布置了4臺烘爐機，其中兩臺烘爐機的熱煙氣管道從主燃燒器口進入爐內(nèi)，另外兩臺烘爐機熱煙氣管道從二三煙道灰斗附近人孔進入到二三煙道。

1.2.2 烘爐溫度臨時測點布置

為保證低溫烘爐效果，烘爐溫度的控制尤為重要，一般情況下，在焚燒爐燃燼段上部、干燥段上部、燃燒段出口、一煙道中部、一煙道出口、二煙道出口及省煤器出口等設置溫度測點，用于控制烘爐機烘爐溫度。但，考慮到本次低溫烘爐采用干烘方式，容易引起鍋爐水冷壁管排局部過熱等不利影響，在容易受熱部位也同時設置了溫度臨時測點用于測量管壁溫度，分別是：鍋爐后拱(A)、中部(B)、前拱(C)，汽包上部(D)和下部(E)及省煤器出口左右側(cè)(F)；前膜式壁頂部前段(G)、上集箱及上集箱下部(H)；后膜式壁中段(I)；前拱二次風管路下部(J)及前拱下部靠近前膜式壁下集箱處(K)；后拱二次風管路處(L)、中部剛性梁處(M)及下部中Ι膜式壁下聯(lián)箱上部(N)；爐左(O)和爐右(P)側(cè)膜式壁。臨時測點示意圖如圖1所示。

1.3 烘爐過程控制

1.3.1 烘爐前準備工作

烘爐前對烘爐應具備的條件進行檢查確認，開始烘爐先啟動一臺烘爐機，以最小油量投入，穩(wěn)燃后逐步加大油量，以后可根據(jù)升溫情況再投運其它幾臺烘爐機。

烘爐開始一段時間內(nèi)會出現(xiàn)升溫較快，但平均溫度達到60℃左右后，這種情況會自然消失，而且前期的溫度只要控制在110～130℃以內(nèi)，相對來說對耐火材料是比較安全的。隨著溫度的升高，應嚴格控制升溫速率，按烘爐曲線嚴格控制溫升。

烘爐溫度記錄，采用鍋爐DCS系統(tǒng)的煙氣溫度測點，做相應的烘爐溫度記錄點。

烘爐期間巡回檢查鍋爐本體和煙道的膨脹情況，做好各膨脹數(shù)據(jù)記錄。

1.3.2 烘爐溫升控制

1.3.2.1 烘爐分為低溫和高溫兩個階段

第一階段：烘爐機烘爐(低溫烘爐階段)，本次低溫烘爐主要先完成該階段烘爐。

第二階段：(高溫烘爐階段)，此階段是當鍋爐整機啟動前，利用鍋爐正常點火投運對耐火材料進行繼續(xù)升溫，提高耐火耐磨材料各項技術指標，本階段在后續(xù)環(huán)境條件滿足的情況下開展。

1.3.2.2 低溫烘爐溫升要求

低溫烘爐的關鍵是按烘爐曲線控制溫度，避免出現(xiàn)溫度忽高忽低 、偏離烘爐曲線的現(xiàn)象，根據(jù)筑爐廠家烘爐方案及溫升曲線的要求，本次低溫烘爐升溫曲線參照表1。

1.4 低溫烘爐效果檢驗[5～7]方法

為檢驗烘爐效果，在烘爐前制作與各部位同樣材質(zhì)的耐火材料爐墻試塊，面積160mm×40mm×40mm，試塊表面像爐墻一樣裸露。在爐排中部及適中部位放置，不少于4塊，且試塊的數(shù)量、布置以及檢驗指標在監(jiān)理見證下進行。

烘爐完成并冷卻至室溫后，對內(nèi)部爐墻進行全面的感觀質(zhì)量檢查，如發(fā)生損毀或存在較大缺陷，則應參照低溫烘爐的修補要求進行修補及烘烤。

以耐火耐磨材料試塊的殘余水分小于2.5%作為烘爐質(zhì)量合格標準。

2 結(jié)果與討論

2.1 烘爐溫升曲線

本項目低溫烘爐是在鍋爐不上水情況下進行，在經(jīng)過前期充分準備及專業(yè)烘爐人員按烘爐方案循序推進下，增加的臨時測點最高溫度和低溫烘爐溫升曲線分別見表2和圖2。

表2 臨時測點最高溫度Tab.2 The highest temperature of temporary measuring point

圖2 鍋爐不上水低溫烘爐升溫曲線Fig.2 The heating curve of furnace heating without water in the boiler

從表2和圖2可以看出，現(xiàn)場低溫烘爐滿足烘爐方案及烘爐溫升曲線的要求，且烘爐期間各測溫點水冷壁管排壁溫都控制在300℃以下，保證在水冷壁管材耐熱范圍之內(nèi)。

同時，在鍋爐采用不上水低溫烘爐過程中還需注意以下幾點：

鑒于鍋爐干烘應用項目當?shù)貧鉁剌^低，且烘爐是在鍋爐不上水情況下進行，余熱鍋爐烘爐的溫度必須嚴格控制升溫速率，管壁最高溫度控制在300℃以內(nèi)，對各溫度測點溫度進行巡查，且需時刻檢查鍋爐正常情況。

本次低溫烘爐主要是針對焚燒爐和余熱爐澆注

料進行烘爐，升溫控制按照爐排爐墻上部和中部測點平均溫度進行升溫，余熱爐的溫度隨焚燒爐的溫度而產(chǎn)生，同焚燒爐大約相差50℃左右。

烘爐機的熱煙氣出口決不允許直接對著水冷壁管排，避免管排局部溫度過高。

烘爐時，80～350℃這個階段是烘爐的關鍵階段，因為此階段脫水量大，脫水速度快，排出水分速度對澆筑料的影響很大，如果水分排出太快，內(nèi)殘存水分擴散速度不及表面蒸發(fā)速度，內(nèi)部水也會受熱變成蒸汽，產(chǎn)生膨脹，致使?jié)沧⒘鲜湛s發(fā)生龜裂，降低粘結(jié)強度，使強度削弱，因此應適當延長這段時間的保溫。

原則上整個烘爐過程中，爐溫只能上升，不能下降。若升溫過快，超過當天升溫計劃，只能保溫或減慢升溫速度，嚴禁急升急降，升溫達不到當天計劃時，嚴禁急切追趕計劃，應緩慢地接近計劃值。

2.2 烘爐效果

2.2.1 烘爐試塊含水率檢測

本次低溫烘爐試塊選取了燃燒爐排左右和燃燼爐排左右共4個位置放置，經(jīng)第三方機構(gòu)檢測，各試塊含水率平均值見表3。

表3 烘爐試塊含水率第三方檢測結(jié)果Tab.3 The moisture content measurement of test block (%)

由表3可以看出，低溫烘爐試塊經(jīng)第三方機構(gòu)檢測，各試塊含水率平均值均在2.5%以下，符合低溫烘爐質(zhì)量標準。

2.2.2 烘爐內(nèi)部爐墻感官質(zhì)量檢查

低溫烘爐完成并冷卻至室溫后，項目專業(yè)人員及監(jiān)理對內(nèi)部爐墻經(jīng)全面感官質(zhì)量檢查，現(xiàn)場檢查內(nèi)部爐墻情況見圖3和圖4。

圖3 鍋爐后拱二次風位置烘爐后效果Fig.3 The furnace heating effect at the location of the secondary air of rear arch

圖4 鍋爐右側(cè)烘爐后效果Fig.4 The furnace heating effect at the right side of furnace

從圖3和圖4可以看到，內(nèi)部爐墻經(jīng)全面感官質(zhì)量檢查沒有發(fā)現(xiàn)損毀和較大裂縫等缺陷情況，滿足有關感官質(zhì)量檢查的要求。

3 結(jié) 論

通過對北方某生活垃圾焚燒發(fā)電廠采用鍋爐不上水的方式進行低溫烘爐的應用研究，得出以下結(jié)論：

3.1 對于烘爐前準備工作及溫升曲線的把控是鍋爐干烘低溫烘爐取得成功的關鍵。

3.2 鍋爐干烘過程中，還需注意增加臨時測溫點，用于嚴格控制水冷壁管排壁溫在其耐熱范圍內(nèi)。

3.3 鍋爐干烘低溫烘爐應用于垃圾焚燒發(fā)電廠是可行的，為其他垃圾焚燒發(fā)電廠項目低溫烘爐提供參考，特別是在寒冷地區(qū)的項目。