高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐的設(shè)計(jì)分析

喬月平　張建東

摘? 要：在我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，我國城市人口數(shù)量逐漸增多，城市運(yùn)行壓力也在不斷增加，垃圾處理作為城市基礎(chǔ)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，需要采用焚燒措施將垃圾進(jìn)行處理，但是我國城市垃圾生產(chǎn)總量在不斷增加，對于垃圾焚燒余熱鍋爐的性能要求在不斷提高，所以需要具有更高參數(shù)的垃圾焚燒鍋爐，才能夠滿足城市垃圾實(shí)際處理需求。因此，本文對高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進(jìn)一步促進(jìn)我國城市垃圾處理效率和質(zhì)量提升。

關(guān)鍵詞：高參數(shù);垃圾焚燒;余熱鍋爐;設(shè)計(jì)方案;優(yōu)化措施

1垃圾焚燒處理的基本特點(diǎn)分析

垃圾焚燒處理方式具有處理量較大、無害化、減量化以及資源化的特點(diǎn)，且通過焚燒垃圾所產(chǎn)生的熱量能夠回收利用，所以在我國城市垃圾處理中的應(yīng)用日益廣泛，具有以下幾項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢：（1）焚燒處理方式的綜合效率較高，且受到外界環(huán)境影響較小，能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷處理。（2）焚燒處理方式的消毒更為徹底，且處理穩(wěn)定化程度較高，衛(wèi)生條件較好，垃圾經(jīng)過焚燒處理后，其中村子的病毒、細(xì)菌等會在高溫條件下被徹底消滅，氨氣以及有機(jī)質(zhì)會被高溫條件所分解，處理后的殘?jiān)梢曰厥绽没虿捎锰盥裉幚矸绞?，綜合效益較好。（3）焚燒處理方式減容效果較少，減容量可以達(dá)到80%左右，能夠節(jié)省垃圾儲存用地，從而提高土地資源利用率[1]。（4）焚燒處理方式具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，且不需要占用過大的場地，具有良好的發(fā)展前景，近些年來衛(wèi)生填埋費(fèi)用不斷增加，焚燒處理方式也就相應(yīng)地被采用，且垃圾通過充分燃燒后，熱量以及殘?jiān)榷寄軌虮换厥绽?，整體資源利用率較高，且能夠在市區(qū)內(nèi)建設(shè)垃圾焚燒處理廠，節(jié)省垃圾運(yùn)輸費(fèi)用，具有較高的綜合經(jīng)濟(jì)效益[2]。

2高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐設(shè)計(jì)分析

2019年H市市政垃圾處理廠需要一臺參數(shù)較高的垃圾焚燒余熱鍋爐，根據(jù)其實(shí)際的處理情況需要，設(shè)計(jì)了單臺處理能力為500t/天的垃圾焚燒生產(chǎn)線，1臺9MW發(fā)電機(jī)組，能夠處理的生活垃圾總量約為18萬t/a，年額定運(yùn)行時間為8000h。

2.1燃料垃圾特性分析

燃料垃圾主要是沒回、陶瓷、磚瓦、泥土、廚余垃圾、動物殘?jiān)?、紙張以及織物等，下表為其具體元素分析。

2.2高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐參數(shù)

（1）余熱鍋爐型式：單鍋筒自然循環(huán)和臥式布置結(jié)構(gòu)

（2）數(shù)量：1套

（3）鍋爐技術(shù)參數(shù)：

垃圾焚燒處理量：500t/天

余熱鍋爐入口煙氣量（設(shè)計(jì)）：93kNm?/h

余熱鍋爐入口煙溫度（設(shè)計(jì)）：1050攝氏度

總熱量（設(shè)計(jì)）：36MW

額定蒸發(fā)量（設(shè)計(jì)）：42t/h（低位發(fā)熱值8000kJ/kg）

過熱蒸汽溫度：450攝氏度

過熱蒸汽壓力：9.8MPa（壓力表）

鍋筒工作壓力：4.5MPa（壓力表）

鍋爐效率：≥85%

一次風(fēng)溫度（設(shè)計(jì)）：250攝氏度

二次風(fēng)溫度（設(shè)計(jì)）：150攝氏度

給水溫度：120攝氏度

2.3余熱鍋爐設(shè)計(jì)概述

該高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐采用自然循環(huán)水管鍋爐、臥式結(jié)構(gòu)與頂部懸吊結(jié)構(gòu)，余熱鍋爐主要由鍋筒、水管系統(tǒng)、上升管系統(tǒng)、下降管系統(tǒng)、兩級蒸發(fā)管系統(tǒng)、過熱器系統(tǒng)、省煤器系統(tǒng)以及汽水管理系統(tǒng)所構(gòu)成。余熱鍋爐整體采用路墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有耐高溫、耐腐蝕以及耐磨保護(hù)層，外部有保溫、防腐保護(hù)層。在上方，設(shè)計(jì)為具有耐火性、耐磨性以及抗腐蝕性的內(nèi)襯膜式水冷壁所組成的垂直輻射煙道，從而能夠保證850攝氏度煙溫度不低于2s的焚燒條件，從而能夠保證垃圾充分燃燒[3]。水冷壁材質(zhì)和高溫過熱器材質(zhì)采用310S高抗腐蝕合金，從而能夠提高水冷壁防腐效果。過熱器沿?zé)煔夥较虻牟贾脙?yōu)化，設(shè)計(jì)4組過熱器結(jié)構(gòu)：3級-4級-2級-1級布置方式，將過熱器放置在高溫過熱器之前，有利于保護(hù)高溫過熱器。過熱器節(jié)距的設(shè)計(jì)沿寬度方向3級節(jié)距220mm-4級節(jié)距200mm-2級節(jié)距150mm-1級節(jié)距150mm，以防止積灰，運(yùn)行更加可靠。在煙氣溫度達(dá)到507攝氏度時，最大壁溫出現(xiàn)在第一排管，通過計(jì)算此時壁溫為451.5攝氏度，超過了腐蝕點(diǎn)。在對結(jié)構(gòu)優(yōu)化前，三次過熱器最大壁溫出現(xiàn)在煙氣入口區(qū)域，煙氣溫度為620攝氏度。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，三次過熱器最大壁溫出現(xiàn)在煙氣口，煙氣溫度約為495攝氏度，相比于改進(jìn)前降低了約125攝氏度，從而能夠降低高溫腐蝕作用。

為了保障鍋爐第一通道膜式水冷壁與爐體的膨脹性，采用了膨脹節(jié)連接方式。因?yàn)闋t體焚燒設(shè)計(jì)結(jié)合了H市垃圾特點(diǎn)采用了風(fēng)冷式結(jié)構(gòu)，出口煙溫度較高，所以對膨脹節(jié)采用了耐高溫、耐磨以及耐腐蝕性的金屬材料，并且采用可較為可靠的保溫方式。第二和第三煙道設(shè)計(jì)為兩個耐火材料內(nèi)襯形式，并在其下部設(shè)置水冷漏斗，從而能夠收集鍋爐焚燒所產(chǎn)生的飛灰。

在鍋爐的第一回程的垂直輻射段，采用具有耐火性的內(nèi)襯材料，耐火材料覆蓋第一回程出口;在第三回程的垂直輻射段，主要采用膜式蒸發(fā)受熱面;在第四回程的水平對流區(qū)域，采用膜式蒸發(fā)受熱面、過熱器以及減溫器。

余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽溫度控制主要由減溫器負(fù)責(zé)，蒸汽溫度不能超過450攝氏度，否則會影響使用壽命，過熱器設(shè)置在一級蒸發(fā)管系統(tǒng)之后，能夠?qū)θ肟跓煔鉁囟冗M(jìn)行控制，使其溫度保持在600攝氏度以下，從而能夠延長余熱鍋爐使用壽命。本次余熱鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)良好，具有較高的垃圾焚燒效率，能夠滿足H市垃圾焚燒處理基本需求。

結(jié)束語

綜上所述，水冷壁煙氣溫度在600攝氏度以上區(qū)域采用堆焊，主要用在第二垂直煙道，第一垂直煙道采用澆筑材料進(jìn)行保護(hù)，第三垂直垂直煙道的裸受熱面采用310S高抗腐蝕合金材料進(jìn)行保護(hù)，同時在過熱器高溫端采用堆焊，這種設(shè)計(jì)方案能夠保證余熱鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，防止出現(xiàn)因腐蝕引起的爆炸等危險(xiǎn)問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]歐陽升.高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐技術(shù)問題分析[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2020，（002）：32-35.

[2]謝軍.垃圾焚燒發(fā)電余熱鍋爐設(shè)計(jì)額定負(fù)荷影響因素研究[J].發(fā)電設(shè)備，2020，（004）：253-256.

[3]焦志武，王小平.簡談500t/d機(jī)械爐排垃圾焚燒余熱鍋爐的設(shè)計(jì)[J].能源研究與管理，2020，42（01）：109-112.