生活垃圾焚燒余熱鍋爐二三煙道積灰原因分析及預(yù)防措施

鄭州滎澤環(huán)保能源有限公司 景玉博 朱夢(mèng)曼 王玉理 姚喜恩 鄭州東興環(huán)保能源有限公司 李向東 劉紅松

截至2023年，某城市生活垃圾每天產(chǎn)生量接近10000t。城市生活垃圾圍城的問(wèn)題日益突出；焚燒法處理生活垃圾對(duì)土地資源短缺、環(huán)境問(wèn)題日益突出的城市來(lái)說(shuō)成為必然選擇。某垃圾焚燒發(fā)電廠選用6×700t/d 的垃圾焚燒爐，配備3×30MW 汽輪發(fā)電機(jī)組，日處理生活垃圾量4200t/d。自2019年12月6爐3機(jī)投產(chǎn)以來(lái)，較好地推動(dòng)了某城市生活垃圾無(wú)害化、減量化、資源化的發(fā)展，緩解了城市垃圾圍城的燃眉之急。

1 鍋爐概況

焚燒爐采用重慶三峰卡萬(wàn)塔環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司生產(chǎn)的SITY2000逆推式機(jī)械爐排爐。如圖1所示，焚燒爐由給料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、燃燒空氣系統(tǒng)、啟動(dòng)及輔助燃燒器系統(tǒng)等組成。生活垃圾在垃圾坑中發(fā)酵5～7天后，通過(guò)起重機(jī)將垃圾送至焚燒爐的給料斗，給料器將垃圾推送到逆推式機(jī)械爐排上進(jìn)行干燥、燃燒、燃燼及冷卻。燃燒產(chǎn)生的煙氣全部進(jìn)入余熱鍋爐，垃圾燃燒后的爐渣經(jīng)撈渣機(jī)收集。

圖1 城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒爐和余熱鍋爐布置示意圖

余熱鍋爐采用南通萬(wàn)達(dá)鍋爐有限公司生產(chǎn)的單鍋筒、臥式布置、自然循環(huán)中壓鍋爐，采用懸吊結(jié)構(gòu)。額定蒸發(fā)量66.55t/h，額定蒸汽壓力4.0MPa，額定蒸汽溫度400℃。余熱鍋爐由一煙道、二煙道、三煙道、水平煙道、U 形尾部煙道組成。

2 案例

#4爐自2019年12月投運(yùn)以來(lái)，二、三煙道左右側(cè)溫度一直維持在600～650℃，省煤器出口負(fù)壓維持在-200～-100Pa；爐膛負(fù)壓-10Pa 時(shí)，引風(fēng)機(jī)變頻30～34Hz，電流24.5～26.8A；引風(fēng)機(jī)自2020年4月某日監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)二、三煙道溫度左側(cè)測(cè)點(diǎn)下降至400℃，右側(cè)測(cè)點(diǎn)下降至114℃；省煤器出口負(fù)壓上升-1200～-1500Pa；在負(fù)荷相同的情況下，低于#4爐正常溫度200～500℃左右；省煤器出口負(fù)壓上升1100～1300Pa；引風(fēng)機(jī)變頻器上升42Hz，電流上升至33.8A。

就地測(cè)溫槍測(cè)得二、三煙道卸灰閥處灰斗溫度25℃左右，判斷為積灰，聯(lián)系檢修清灰；由于檢修在線只能通過(guò)二、三煙道卸灰閥人孔處清灰，清灰后測(cè)點(diǎn)溫度依舊沒有上升趨勢(shì)；聯(lián)系熱工檢查此處熱電偶，通過(guò)更換新熱電偶，此處溫度仍舊沒有恢復(fù)正常，排除溫度測(cè)點(diǎn)故障，判斷為二、三煙道灰斗以上積灰比較嚴(yán)重，如圖2所示。申請(qǐng)停爐檢修；停爐后打開二、三煙道灰斗上人孔門，人孔處已經(jīng)堵滿，存在有澆注料脫落現(xiàn)象，如圖3所示，為防止灰塊堵塞下灰管道，采取人工搬運(yùn)的方法清灰；累計(jì)工作12天，將#4爐二、三煙道清灰完畢。

圖2 二、三煙道灰斗人孔打開后內(nèi)部積渣

圖3 二、三煙道灰斗人孔內(nèi)清理出的脫落澆筑料塊

3 生活垃圾焚燒爐積灰機(jī)理

生活垃圾焚燒爐積灰結(jié)渣機(jī)理與垃圾種類有密切關(guān)系。李潤(rùn)東[1]、張衍國(guó)[2]等學(xué)者研究認(rèn)為，由于生活垃圾中含有部分的餐廚垃圾，因而焚燒物中含有堿金屬元素。在焚燒爐內(nèi)高溫環(huán)境下，堿金屬化合物會(huì)發(fā)生氣化混合在煙氣中，而且部分化合物還會(huì)發(fā)生熔融，誘發(fā)共融產(chǎn)物。當(dāng)遇到較低溫環(huán)境時(shí)，氣化的堿金屬化合物會(huì)發(fā)生凝結(jié)沉積，發(fā)生相態(tài)的轉(zhuǎn)化，形成積灰結(jié)渣。此外，垃圾焚燒爐存在超負(fù)荷運(yùn)行的情況，在這種情況下爐內(nèi)溫度容易超過(guò)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)溫度，加劇爐內(nèi)化合物的熔融，飛灰顆粒容易積聚在熔融體表面，導(dǎo)致積灰結(jié)渣。另外，在焚燒爐超負(fù)荷運(yùn)行的情況下，焚燒料容易燃燒不充分，氣相中還原性碳含量升高，也促進(jìn)了積灰結(jié)渣的生成。

4 原因分析

一是爐膛溫度過(guò)高是造成二、三煙道積灰板結(jié)的主要原因；高亮[3]、李濤[4]等學(xué)者研究表明高溫?zé)煔庥欣谠鼔K的形成，在試驗(yàn)過(guò)程中當(dāng)溫度高于450℃時(shí)，開始形成黏結(jié)性積灰，當(dāng)溫度高于460℃時(shí)，受熱面開始結(jié)渣。通過(guò)調(diào)取二、三煙道溫度曲線，查得此處最高溫度680℃，由于垃圾成分復(fù)雜，680℃已經(jīng)到了部分飛灰的灰熔點(diǎn)，造成飛灰黏結(jié)到受熱面的內(nèi)壁上，當(dāng)溫度下降后板結(jié)變硬；形成大塊掉落在灰斗平臺(tái)上，堵住下灰口，越積越多，最終堵死。

二是二、三煙道灰斗內(nèi)部澆注料脫落造成灰斗堵塞。二、三煙道灰斗爐內(nèi)側(cè)由抓釘、鐵絲網(wǎng)、隔熱澆注料、耐火澆注料等結(jié)構(gòu)組成，如圖4所示。設(shè)計(jì)選用的抓釘設(shè)計(jì)尺寸較小、V 型、Y 型抓釘選型不合理、灰斗爐內(nèi)側(cè)護(hù)板上焊接抓釘密度不足，造成抓釘承載力無(wú)法滿足灰斗內(nèi)壁保溫層的重量，導(dǎo)致灰斗內(nèi)部澆注料脫落；二、三煙道灰斗處空氣炮如圖5所示，使用頻率太高，產(chǎn)生的噴射氣流振動(dòng)擾動(dòng)澆筑料，加速澆筑料的脫落。

圖4 二、三煙道灰斗爐內(nèi)保溫典型結(jié)構(gòu)圖

圖5 二、三煙道卸灰閥處平臺(tái)和空氣炮

三是煙氣中水分含量高。蒸汽吹灰?guī)斐纱颂庯w灰板結(jié)，每臺(tái)余熱鍋爐前置蒸發(fā)器處布置有蒸汽吹灰，蒸汽吹灰時(shí)，蒸汽吹灰疏水不暢；鍋爐滲濾液回噴量過(guò)大，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法在爐膛中蒸發(fā)，造成煙氣中含水量增多；垃圾庫(kù)生活垃圾發(fā)酵時(shí)間短，造成入爐垃圾含水量大。

四是二、三煙道雙層卸灰閥由于機(jī)械故障和電氣故障導(dǎo)致卸灰閥電機(jī)跳閘，在此期間造成二、三煙道灰斗中的積灰不能正常進(jìn)入撈渣機(jī)，逐漸積累造成積灰嚴(yán)重。

五是二、三煙道下部灰斗設(shè)計(jì)不合理，二、三煙道下灰斗與雙層卸灰閥連接處，存在一個(gè)平臺(tái)，通過(guò)打開平臺(tái)處的插板閥，二、三煙道的積灰才能進(jìn)入撈渣機(jī)；插板閥的面積只占平臺(tái)面積的1/3；正常運(yùn)行時(shí)此處積灰不能全部落下。

六是管理不到位。監(jiān)盤人員不認(rèn)真，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)二、三煙道測(cè)點(diǎn)溫度和省煤器出口負(fù)壓，以及引風(fēng)機(jī)處理變化情況，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)匯報(bào)、及時(shí)處理；就地巡檢人員巡檢不到位，通過(guò)點(diǎn)溫槍或手摸卸灰閥都能發(fā)現(xiàn)是否積灰；檢修人員維護(hù)不到位，運(yùn)行人員通知堵會(huì)后，沒有清理干凈。

5 預(yù)防措施

一是燃燒調(diào)整方面，通過(guò)控制好入爐垃圾發(fā)熱量、調(diào)整給料量、料層厚度、上下爐排速度、一二次風(fēng)量、一二次風(fēng)溫、氧量等方法，控制好爐膛溫度在950～1050℃，進(jìn)入二、三煙道的煙氣溫度＜620℃。

二是二、三煙道灰斗爐內(nèi)澆注料施工時(shí)，爐內(nèi)側(cè)焊接抓釘按照最大受力荷載選擇尺寸，選用雙面承載力的Y 型抓釘，如圖6和圖7所示，提高抓釘承載力，滿足灰斗內(nèi)壁保溫層的重量要求，適當(dāng)增加灰斗爐內(nèi)側(cè)護(hù)板焊接密度，減少空氣炮的使用頻率。

圖6 二、三煙道修復(fù)過(guò)程新焊抓釘

圖7 二、三煙道灰斗修復(fù)后圖片

三是保持煙氣中水分含量在正常范圍。嚴(yán)格按照蒸汽吹灰的要求執(zhí)行，吹灰前檢查蒸汽吹灰疏水手動(dòng)門全開，蒸汽吹灰壓力1.0～1.3MPa，疏水溫度＞240℃，程控時(shí)疏水時(shí)間＞600s，保證蒸汽吹灰的過(guò)熱度；滲濾液回噴投入的量宜控制在1.0～1.2t/h，建議滲濾液回噴泵出口再循環(huán)管手動(dòng)門改造為電動(dòng)調(diào)整門，此設(shè)計(jì)根據(jù)需要調(diào)整壓力；做好垃圾庫(kù)管理，投爐垃圾滿足正常的發(fā)酵時(shí)間5～7天，垃圾庫(kù)存明顯減少時(shí)，通過(guò)停爐、增加垃圾入庫(kù)量等手段調(diào)節(jié)。

四是在二、三煙道灰斗處卸灰閥故障后盡快恢復(fù)正常，對(duì)故障后卸灰閥加大巡檢力度。

五是優(yōu)化二、三煙道下灰斗與雙層卸灰閥連接處的設(shè)計(jì)，減少灰斗和卸灰閥連接處的積灰。

六是做好運(yùn)維管理措施。運(yùn)行人員加大參數(shù)監(jiān)視力度，發(fā)現(xiàn)二、三煙道溫度比正常溫度下降50～80℃，省煤器處負(fù)壓比正常大100～200Pa 時(shí)，引風(fēng)機(jī)出力變大等異常情況，如果不是測(cè)點(diǎn)問(wèn)題，就地用點(diǎn)溫槍測(cè)溫異常，及時(shí)聯(lián)系檢修清灰，清灰后要驗(yàn)收，記錄清灰情況；檢修人員除了做好日常維護(hù)，還要將二、三煙道清灰作為停爐檢修的重要保養(yǎng)項(xiàng)目，進(jìn)入爐膛清灰做好防護(hù)措施。

綜上，垃圾焚燒鍋爐控制進(jìn)入二、三煙道的煙氣溫度和水分在正常范圍；二、三煙道灰斗爐內(nèi)側(cè)澆注料施工時(shí)，做好抓釘尺寸、焊接密度、抓釘型號(hào)的選擇；二、三煙道灰斗處有空氣炮等振達(dá)裝置時(shí)，減少振達(dá)裝置的使用頻率；加強(qiáng)運(yùn)維人員的管理。這些措施能夠有效地解決余熱鍋爐二、三煙道積灰問(wèn)題，保持鍋爐長(zhǎng)周期安全環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。