垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計要點探討

蘇 雷，袁 佳，羅培鐘

（大連深能環(huán)保有限公司，遼寧 大連 116000）

0 引言

隨著垃圾焚燒發(fā)電廠運行狀態(tài)標準的提高，其給水系統(tǒng)的價值作用愈發(fā)突出，理應(yīng)采取更為科學(xué)有效的設(shè)計方法，提高鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計標準性與規(guī)范性，更加有效地提升垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐運行狀態(tài)，促進鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定有序運行。本文就此展開了探討。

1 研究背景

在當(dāng)今經(jīng)濟社會發(fā)展形勢下，垃圾焚燒發(fā)電廠的關(guān)鍵價值性能愈發(fā)突出，對于實現(xiàn)垃圾資源要素的定向轉(zhuǎn)化具有極為重要的現(xiàn)實作用。在垃圾焚燒發(fā)電廠運行要求不斷提高的趨向中，其鍋爐給水系統(tǒng)始終扮演著不可替代的關(guān)鍵角色，是完成水分供給任務(wù)，調(diào)整優(yōu)化鍋爐運行效果的基本載體，可有效提升與鞏固垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)。垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)通常由諸多不同類型的構(gòu)件元素構(gòu)成，需要綜合銜接不同構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并采取具有針對性的設(shè)計技術(shù)方法對其匹配效果進行改進，提高垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)的綜合構(gòu)造性能。通過嚴格控制垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計，可有效排除潛在的各類故障問題，將其設(shè)計狀態(tài)、技術(shù)指標、參數(shù)設(shè)置等掌控在最優(yōu)狀態(tài)，充分滿足垃圾焚燒過程中給水系統(tǒng)的運行需求。在以往傳統(tǒng)固化的系統(tǒng)設(shè)計中，往往存在系數(shù)參數(shù)校核不準確、給水系統(tǒng)設(shè)計缺陷突出等問題，不利于垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化提升，理應(yīng)給予高度重視。上述背景下，深入探討垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計要點，具有極為深刻的現(xiàn)實意義。

2 給水除氧和給水系統(tǒng)的綜述分析

在特定運行條件下，垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)會產(chǎn)生一定量的氣體，其產(chǎn)生方式主要包括以下兩個方面：①在補充水的過程中進入給水系統(tǒng)。②由于鍋爐系統(tǒng)的部分構(gòu)造效果不嚴密，真空狀態(tài)未能有效形成，提高了氣體混入的概率。在水和氣體出現(xiàn)特定狀態(tài)接觸時，部分數(shù)量的氣體將會在水中出現(xiàn)溶合狀態(tài)，形成具有一定功能的給水溶解氣體。在該部分氣體中，氧氣存在將極有可能對鍋爐系統(tǒng)的整體狀態(tài)產(chǎn)生影響，存在一定潛在危害，對鍋爐系統(tǒng)的管道等構(gòu)件帶來潛在化學(xué)腐蝕威脅，需要采取專業(yè)技術(shù)方法予以處理。為了能夠達到上述目標，這就需要對垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)配置完善可靠的給水除氧和給水系統(tǒng)，最大限度上降低給水溶解氣體對鍋爐環(huán)境造成的損害，防止垃圾焚燒鍋爐水溫過高，充分提高垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。部分技術(shù)條件下，技術(shù)人員不注重給水除氧和給水系統(tǒng)的優(yōu)化改進，給水除氧難以達到清除腐蝕氣體的預(yù)期效果，則勢必會在后續(xù)運行中降低運行質(zhì)量與效益。在當(dāng)前技術(shù)條件下，實現(xiàn)給水除氧和給水系統(tǒng)構(gòu)造的方法主要有化學(xué)法和熱力法兩種。該兩種不同的技術(shù)方法在參考標準與技術(shù)規(guī)范等方面存在一定不同，所取得的給水除氧效果同樣具有顯著差異，應(yīng)根據(jù)垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的整體構(gòu)造需求，予以綜合靈活選取。垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的概念相對寬泛，所涉及的要素種類相對較多，需要從系統(tǒng)整體角度把握與調(diào)控除氧器、管道、閥門、給水泵等多部件的匹配關(guān)系，使給水系統(tǒng)能夠保持在最優(yōu)運行狀態(tài)，確保給水過程的穩(wěn)定性與連續(xù)性[1]。

3 垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的種類

現(xiàn)代控制技術(shù)方法的創(chuàng)新發(fā)展與實踐運用，為垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計提供了更為豐富的技術(shù)方法，使技術(shù)人員在鍋爐給水系統(tǒng)選擇等方面根據(jù)可選擇余地，使得傳統(tǒng)技術(shù)條件下難以完成的鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)更具實現(xiàn)可能。從當(dāng)前技術(shù)水平來看，垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的種類主要包括，切換母管制系統(tǒng)和單母管制系統(tǒng)兩種類型。

3.1 切換母管制系統(tǒng)

切換母管制系統(tǒng)是垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的重要種類之一，在實踐領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，它可將每臺鍋爐與其相對應(yīng)的給水泵構(gòu)成一個整體單元，不同構(gòu)件要素之間通過母管進行連接。在連接完成后，在系統(tǒng)特定環(huán)節(jié)設(shè)計單元泵和切換閥門，完成給水調(diào)節(jié)任務(wù)。為了充分確保給水系統(tǒng)的可靠性，切換母管制系統(tǒng)應(yīng)進行必要的管護與校核，對其預(yù)期性能進行充分評估，防止其運行狀態(tài)起伏對用水鍋爐設(shè)備系統(tǒng)產(chǎn)生的損傷與影響。

3.2 單母管制系統(tǒng)

與切換母管制系統(tǒng)不同，單母管制系統(tǒng)需要綜合協(xié)調(diào)低壓給水木管和高壓給水母管之間的關(guān)系，提高垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的整體效果。在單母管制系統(tǒng)中，可通過分段閥門對不同構(gòu)件進行有效串聯(lián)，這為后期鍋爐給水系統(tǒng)的檢修與運維管理提供了良好條件（圖1）。為了確保單母管制系統(tǒng)的運行效能，通常應(yīng)將母管劃分為兩段或更多部分，以最大限度上在故障狀態(tài)下確定故障發(fā)生點位，及時有效完成系統(tǒng)啟閉操作[2]。

圖1 單母管制系統(tǒng)

上述不同類型的垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的實際效能存在各自差異，需要綜合垃圾焚燒發(fā)電機組型式、容量及主蒸汽系統(tǒng)型式等條件予以綜合擇定。

4 垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計要點探討

4.1 管道與支吊架的布置

在垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中，管道與支吊架布置處于核心地位，只有采取科學(xué)有效的方式方法，全面確保管道與支架布置的科學(xué)性與規(guī)范性，才能全面確保發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的正常穩(wěn)定狀態(tài)。在管道與支吊架布置中，應(yīng)綜合考量所有影響因素的干擾，提高管道與支吊架與鍋爐給水系統(tǒng)其他構(gòu)成部件之間的匹配性效果，使其能夠保持在統(tǒng)一協(xié)調(diào)狀態(tài)，為提高垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)效能提供可靠保障。以后期檢查維護管理為導(dǎo)向，優(yōu)化管道與支吊架布置的整體效果，降低閥門與附件布置的復(fù)雜性，確保分段閥門的整體不知效果，避免閥門傳動裝置容易出現(xiàn)的各類誤動問題。從分立足垃圾焚燒發(fā)電廠的實際需求，把握其整體規(guī)模、處理能力、技術(shù)要求等前提條件，合理選擇特定體積大小的操作閥門，減少不必要的空間占用，降低垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)的操作難度。對管道與支吊架布置效果進行精準校核處理，形成相應(yīng)的構(gòu)造模型，實現(xiàn)對管道與支吊架布置的細化優(yōu)化調(diào)整，提高其整體構(gòu)造效果。

4.2 再循環(huán)管道的設(shè)計

從以往垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中，因技術(shù)標準與客觀條件分析不到位而造成的再循環(huán)管理設(shè)計不足問題較多，這就需要綜合考慮鍋爐給水系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)與需求，對再循環(huán)管道進行優(yōu)化改進，提高改造效果。運用現(xiàn)代軟件技術(shù)搭建形成再循環(huán)管道設(shè)計平臺，對給水泵的出口閥門狀態(tài)進行動態(tài)化管控，提高出水閥與止水閥之間的關(guān)聯(lián)效果，構(gòu)造形成再循環(huán)管道設(shè)計模型，將再循環(huán)管道的整體構(gòu)造效果清晰直觀形象地展現(xiàn)出來，確保在所有狀態(tài)下再循環(huán)管道的穩(wěn)定運行效果。應(yīng)充分保證再循環(huán)管道設(shè)計的穩(wěn)定平穩(wěn)，杜絕出現(xiàn)相應(yīng)的管管道振動等現(xiàn)象，充分發(fā)揮導(dǎo)向支架和固定支架的現(xiàn)實作用，將管道與設(shè)備相互連接。通常情況下，垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐運行需要具備相應(yīng)的推力和力矩，因此再循環(huán)管道設(shè)計應(yīng)具備充足的柔性特征，選擇最為適宜的位置設(shè)置彈簧支吊架。對再循環(huán)管道設(shè)計的效果進行仿真處理，觀察其整體設(shè)計效果是否能夠滿足垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)運行需求。

4.3 汽包內(nèi)的給水加熱器設(shè)計

在垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐運行狀態(tài)下，給水加熱器始終發(fā)揮著關(guān)鍵價值作用，可完成加熱的實際操作任務(wù)，優(yōu)化鍋爐給水系統(tǒng)的整體效能。在此需求導(dǎo)向下，應(yīng)嚴格立足垃圾焚燒發(fā)電廠的技術(shù)規(guī)范要求，采用電動三通閥，對汽包內(nèi)的給水加熱器進行優(yōu)化設(shè)計，有針對性地提高給水溫度，確保鍋爐系統(tǒng)的排煙濕度始終保持在特定數(shù)據(jù)指標之上（圖2）。同時，在汽包內(nèi)給水加熱器的優(yōu)化狀態(tài)中，還可有效規(guī)避因煙氣溫度不足而導(dǎo)致的系統(tǒng)腐蝕等不良現(xiàn)象，有效延長垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)使用壽命。提高給水加熱器與給水泵之間的匹配性，防止給水系統(tǒng)出現(xiàn)水流返回問題，使給水加熱器始終保持在壓力指標系數(shù)的恒定狀態(tài)。提高設(shè)計人員專業(yè)水平，對給水加熱器設(shè)計的各項技術(shù)參數(shù)進行精準校核處理，確保給水加熱器附加移位、管道推力等符合鍋爐系統(tǒng)需求，同步保證給水加熱器裝置的給水水質(zhì)。

圖2 給水加熱設(shè)計

5 鍋爐補給水處理技術(shù)優(yōu)化選擇

5.1 技術(shù)比較

在垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)在初步設(shè)計方案形成后，進行必要的技術(shù)比較與分析，得出最優(yōu)化的設(shè)計方案。在鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)比較中，應(yīng)重點從技術(shù)先進性、出水水質(zhì)、系統(tǒng)運行可靠性、維護工作量、運行強度、占地面積、原水耗用量、維護量和回收率、生態(tài)環(huán)保性等多個方面進行。通過技術(shù)比較，選擇技術(shù)傳統(tǒng)成熟，經(jīng)驗豐畜，運行可靠，維護工作量小，出水水質(zhì)較好的給水系統(tǒng)設(shè)計方案。通過技術(shù)比較，對不必要的設(shè)計環(huán)節(jié)進行精簡處理，并實現(xiàn)對給水的動態(tài)化監(jiān)控處理。同時，立足于技術(shù)比較的最終效果，對系統(tǒng)進行初步測試，只有經(jīng)測試合格后，方可對鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計方案進行正式實施。

5.2 經(jīng)濟比較

5.2.1 注重各部件銜接匹配

在整個的發(fā)電過程中，從理論上來說，汽水系統(tǒng)是封閉的，但是由于汽水系統(tǒng)中管道閥口的泄漏、汽機軸封的排汽、鍋爐的排污、排汽、蒸汽吹灰和各種水箱的排污等都將造成汽水的流失，因此需要不定期地補充水來保證汽水循環(huán)的正常運行，而補進汽水系統(tǒng)的水又必須符合某些要求才能保證熱力設(shè)備的安全運行。鍋爐通過燃燒，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，在水和燃料之間進行著強烈的熱交換，如果水質(zhì)不達標，運行一段時間后，水中的難溶，微溶物質(zhì)在鍋爐的水冷璧上會形成固態(tài)沉積物。鍋爐內(nèi)結(jié)垢不僅危害鍋爐的運行安全，還會因傳熱遇到阻力而降低鍋爐的熱效率，從而影響鍋爐系統(tǒng)的整體經(jīng)濟效益。

5.2.2 注重結(jié)垢影響

結(jié)垢的不良后果主要是3 個方面：①損壞鍋爐水冷壁受熱面。水垢附著在受熱面上，導(dǎo)致其兩側(cè)傳熱溫差大大增加，為了使得鍋爐參數(shù)達標，必須增加鍋爐燃料投入量，這會大大增加鍋爐內(nèi)濕度，使得金屬水冷壁局部溫度升高，該會威脅到鍋爐水冷壁的安全，容易發(fā)生鼓包，甚至引起爆管。②降低鍋爐出力。水垢附著在鍋爐受熱管內(nèi)部，減少了管內(nèi)過水通道截面，增大了水循環(huán)的流動阻力，嚴重的時候甚至?xí)扇軣峁?，使鍋爐水循環(huán)不能通暢進行，降低鍋爐內(nèi)部熱交換。③水垢危害著鍋爐的安全經(jīng)濟運行，為了保證鍋爐的良好運行，鍋爐受熱面上的水垢必須得到徹底有效的清除。常用的除垢方法是采用酸等化學(xué)藥劑，但酸會腐蝕鍋爐金屬管，頻繁的酸洗會嚴重影響到鍋爐的使用壽命，而且還會污染環(huán)境。由于繡蝕作用，金屬被氧化、截面不規(guī)整應(yīng)力集中等現(xiàn)象，鍋爐內(nèi)部金屬機構(gòu)遭到破壞，影響鍋爐的安全使用。

6 優(yōu)化垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計效果的有效策略

6.1 規(guī)范鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計流程與規(guī)則

立足于鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計的基本需求，遵循鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計原則，在相關(guān)技術(shù)標準與規(guī)范約束范圍內(nèi)，完善鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計體系構(gòu)建流程，做好對鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計方案的編制、修改及校核，提高鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計的安全性、科學(xué)性和穩(wěn)定性指標。在鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計方案初步完成后，應(yīng)結(jié)合設(shè)計預(yù)期，對其符合性狀況進行校對，對整體設(shè)計成效作出評價，開展數(shù)據(jù)模擬實驗，構(gòu)建形成以現(xiàn)代化技術(shù)方法為主要工具，以鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計總目標為主要導(dǎo)向的設(shè)計流程。充分考慮垃圾焚燒發(fā)電廠的使用環(huán)境，細化相關(guān)技術(shù)參數(shù)的分析，提升設(shè)計以及使用期限的匹配度，提高鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量。

6.2 鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中的信息化技術(shù)的有效運用

重視信息化設(shè)計技術(shù)方法在鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中的重要價值，豐富鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計手段，充分運用信息化環(huán)境下鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計的新思維、新理念。引進現(xiàn)代信息化技術(shù)，搭建基于計算機技術(shù)與軟件技術(shù)的鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計信息平臺，將抽象的鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計要素進行分類整合，將垃圾焚燒發(fā)電廠的各類技術(shù)參數(shù)進行仿真模擬，生成相應(yīng)的功能模塊，構(gòu)建形成具有層次性的整體布局模型，實現(xiàn)鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計資源要素布局的標準化。對垃圾焚燒發(fā)電廠結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)等進行優(yōu)化提升，謀求鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟效果、構(gòu)造效果、外觀效果的一致性[3]。

6.3 提高鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計人員專業(yè)技能

定期組織鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計人員參加專項培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，由業(yè)內(nèi)專業(yè)人士為其講解新形勢下鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，比如鍋爐給水系統(tǒng)模塊化設(shè)計、節(jié)點設(shè)計及元件設(shè)計等，形成全面系統(tǒng)的知識架構(gòu)體系，為破解鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計難點問題奠定基礎(chǔ)。強化鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計人員的實操技能，熟練應(yīng)用精細化、集約化、全面化的設(shè)計手段與工具，設(shè)計出符合實際的鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計方案。采用整體環(huán)境的協(xié)同作業(yè)方式，對各種復(fù)雜情況予以處理，有效避免設(shè)計沖突。強化鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中的創(chuàng)新意識、系統(tǒng)意識，重視現(xiàn)場調(diào)查與交流，進行仔細現(xiàn)場勘察，杜絕設(shè)計缺陷性問題，盡可能減少資源消耗。

6.4 實施具有針對性的設(shè)計效果評價

選擇最具有代表性的設(shè)計效果評價技術(shù)參數(shù)，形成相應(yīng)的設(shè)計效果績效評價體系，對最終形成的鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計方案進行專項技術(shù)評價，準確把握鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計中的缺陷與不足，并針對特定預(yù)期效果進行修訂完善與改進。在鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計效果評價中，應(yīng)有效杜絕人為主觀意志的干涉，防止效果評價結(jié)果受到影響，充分確保其結(jié)果的客觀性與公平性。強化對鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計效果評價結(jié)果的價值運用，將其作為調(diào)整設(shè)計方法，充實設(shè)計工具，完善設(shè)計手段的重要參考，進而輔助于鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計整體模式改進。依據(jù)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，計算和整理各類技術(shù)參數(shù)，充分考慮鍋爐給水系統(tǒng)的疲勞設(shè)計和耐久性設(shè)計，保障鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計的可行性和穩(wěn)定性。

7 結(jié)語

總之，鍋爐給水系統(tǒng)的關(guān)鍵作用決定了其在垃圾焚燒發(fā)電廠體系中的重要現(xiàn)實地位。因此，技術(shù)人員應(yīng)從垃圾焚燒發(fā)電廠的客觀運行環(huán)境出發(fā)，靈活運用鍋爐給水系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)方法，強化對管道與支吊架的布置優(yōu)化，有效排除給水除氧和給水系統(tǒng)外部影響因素，充分提高鍋爐給水系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，為提高垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐運行效益奠定基礎(chǔ)，不斷開辟垃圾焚燒發(fā)電事業(yè)新局面。