垃圾焚燒爐—余熱鍋爐燃燒熱效率試驗(yàn)研究

摘要：文中以福建某垃圾焚燒站兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐為樣本，針對兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐開展鍋爐熱效率試驗(yàn)以調(diào)查其運(yùn)行狀況，并分析焚燒爐-余熱鍋爐效率、定量計(jì)算各項(xiàng)熱損失，總結(jié)鍋爐運(yùn)行中存在的問題，探索提升鍋爐熱效率的有效技術(shù)措施，以期指導(dǎo)鍋爐使用單位實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效減排的目的。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒爐-余熱鍋爐；熱效率；熱損失；節(jié)能增效減排

Experimental Research on Combustion Thermal Efficiency of Waste Incinerator-Waste Heat Boiler

WANG Zhijian

（ Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fujian， China ）

Abstract： Based on two waste incinerators-waste heat boilers in a waste incineration station in Fujian province， the thermal efficiency test of two waste incinerators-waste heat boilers was carried out to investigate their operation status. The study also analyzes the efficiency of the incinerator-waste heat boiler， quantitatively calculates various heat losses， summarizes the problems existing in the operation of the boiler， and explores the effective technical measures to improve the thermal efficiency of the boiler， with a view to guiding the use of boiler units to achieve energy saving， efficiency and emission reduction purposes.

Key Words： Waste heat incinerator-waste heat boiler; Thermal efficiency; Heat loss; Energy conservation， efficiency and emission reduction

0引言

與傳統(tǒng)的垃圾填埋、堆肥處理方式相比，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)不但符合“資源化、無害化、減量化”優(yōu)勢，而且二次污染控制水平高，無害化程度高，同時技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)較為完善，是當(dāng)下我國城市生活垃圾處理的主導(dǎo)技術(shù)。福建某垃圾焚燒項(xiàng)目為掌握兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐的運(yùn)行狀況，開展鍋爐熱效率試驗(yàn)，測試?yán)贌隣t-余熱鍋爐效率，定量計(jì)算各項(xiàng)熱損失，總結(jié)鍋爐運(yùn)行中存在的問題，探索提升鍋爐熱效率的有效技術(shù)措施，以期指導(dǎo)鍋爐使用單位實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效減排的目的。

1 機(jī)組概況

以福建某垃圾焚燒項(xiàng)目垃圾處理規(guī)模日處理垃圾量2×750t/d，鍋爐型號SLC750-5.3/430的垃圾焚燒爐作為研究對象，鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)的次高壓鍋爐，采用π形布置，過熱蒸汽出口蒸汽壓力為5.30MPa，過熱蒸汽出口蒸汽溫度為430 ℃，垃圾燃料設(shè)計(jì)低位熱值為7535kJ/kg，鍋爐額定蒸發(fā)量為73t/h。垃圾焚燒鍋爐-余熱鍋爐主要技術(shù)參數(shù)具體如表1所示。

表1 垃圾焚燒爐-余熱鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

鍋爐燃燒流程如下：垃圾燃料在垃圾儲存池中抓拌均勻并堆酵2-5天后，由垃圾吊車抓斗送入前部料斗和給料槽后，通過垃圾推送器將垃圾燃料送入爐排燃燒室。垃圾燃料在爐排床面上不斷推進(jìn)翻滾，按垃圾燃料燃燒進(jìn)程大致分為四個階段：干燥段、燃燒Ⅰ段、燃燒Ⅱ段及燃燼段[1]。垃圾燃料經(jīng)脫水烘干、高溫燃燒、放熱、燃盡的灰渣后落入除渣機(jī)，最后排入渣池。垃圾儲存池的臭氣通過一次風(fēng)機(jī)送入爐膛，垃圾燃料燃燒后的高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^三個垂直膜式水冷壁通道（即爐室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）、一個水平對流煙道和兩個尾部豎直鋼煙道，在水平通道從前至后依次經(jīng)過（一、二級）蒸發(fā)器、（高溫、中溫、低溫）三級過熱器、五級省煤器換熱后進(jìn)入脫酸塔。高溫過熱器采用雙繞順流布置，中溫過熱器和低溫過熱器采用雙繞逆流布置，并設(shè)置二級噴水減溫裝置，用來調(diào)節(jié)過熱器出口汽溫。具體如圖1所示。

圖1 垃圾焚燒爐-余熱鍋爐簡圖

2 測試方法及設(shè)備

垃圾焚燒爐的熱效率測試依據(jù)GB/T 18750《生活垃圾焚燒鍋爐》中第7.4條規(guī)定：垃圾焚燒爐及余熱鍋爐按照GB/T 10184《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行熱效率測試，采用反平衡法進(jìn)行測試[2]。鍋爐熱效率試驗(yàn)采用反平衡法，即熱損失法測定鍋爐熱效率。試驗(yàn)過程中，鍋爐尾部煙氣成分采用德圖Testo 350煙氣分析儀進(jìn)行實(shí)時測量，采用美國安捷倫公司型號為34972型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及K型熱電偶溫度計(jì)對排煙溫度進(jìn)行測量。垃圾燃料的采樣與制樣方法參照CJ/T 313-2009《生活垃圾采樣和分析方法》標(biāo)準(zhǔn)，灰渣取樣及制樣方法參照CJ/T 531-2018《生活垃圾采樣和分析方法》標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐主蒸汽流量、過熱蒸汽溫度、過熱蒸汽壓力等部分參數(shù)采用電廠（Distributed Control System，DCS）數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1垃圾焚燒爐-余熱鍋爐熱效率

試驗(yàn)開始前，鍋爐試驗(yàn)負(fù)荷需按試驗(yàn)約定的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，并在鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行1h后方可開展試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，鍋爐應(yīng)保持燃燒工況穩(wěn)定，受熱面應(yīng)停止吹灰及禁止進(jìn)行可能干擾試驗(yàn)的運(yùn)行操作，如排污等。試驗(yàn)測試時間為4h。設(shè)計(jì)燃料與試驗(yàn)燃料的特性數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。垃圾焚燒爐-余熱鍋爐試驗(yàn)熱效率結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，1#垃圾焚燒爐-余熱鍋爐熱效率為73.32%，2#垃圾焚燒爐-余熱鍋爐熱效率為72.29%，兩臺鍋爐測試的熱效率均低于設(shè)計(jì)值（81.5%）；兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐排煙熱損失所占份額均最大，其計(jì)算值分別為16.04%和15.79%。排煙熱損失是鍋爐熱效率主要熱損失之一，主要取決于排煙溫度和排煙體積[3]。降低排煙熱損失主要通過降低排煙溫度和降低過量空氣系數(shù)兩種方式。一般排煙溫度提高10～15℃，排煙熱損失約增加1%[3]。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐的省煤器出口排煙溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)排煙溫度（190℃），其中1#垃圾焚燒爐-余熱鍋爐實(shí)測排煙溫度為234.4℃超過設(shè)計(jì)排煙溫度44.4℃，2#垃圾焚燒爐-余熱鍋爐實(shí)測排煙溫度為226.1℃，超過設(shè)計(jì)排煙溫度33.6℃，過高的排煙溫度會導(dǎo)致排煙熱損失增大。其主要原因有以下兩個方面：1）燃料熱值不匹配。試驗(yàn)期間垃圾燃料化驗(yàn)熱值分別為6133kJ/kg、6011kJ/kg，而設(shè)計(jì)垃圾熱值為7535kJ/kg，燃料熱值越高，燃燒過程越容易進(jìn)行，焚燒效果就越好，反之，當(dāng)試驗(yàn)燃料熱值低于設(shè)計(jì)燃料熱值時，會導(dǎo)致爐膛溫度變低，造成爐膛內(nèi)輻射傳熱不夠，同時也會增加煙氣量，導(dǎo)致燃料在爐內(nèi)停留時間變短，使鍋爐排煙溫度升高，增加排煙熱損失[2]；2）尾部受熱面布置不夠或存在積灰、結(jié)渣等情況。為進(jìn)一步提高垃圾焚燒爐-余熱鍋爐的燃燒熱效率，筆者建議采取如下措施，具體包括：垃圾燃料焚燒前應(yīng)進(jìn)行堆酵處理，保證垃圾燃料得到充分發(fā)酵，降低垃圾燃料的含水率，提高垃圾低位熱值，有利于降低省煤器出口煙氣溫度，減少排煙熱損失；對尾部余熱加以充分利用，如增設(shè)低溫省煤器加熱凝結(jié)水或采用煙氣換熱器等[4]；鍋爐定期停爐檢修時，應(yīng)重點(diǎn)對鍋爐受熱面的污損情況進(jìn)行檢查，對爐排結(jié)渣、煙管腐蝕問題進(jìn)行處理；增加對省煤器、預(yù)熱器、對流管束的清灰頻次，提高受熱面換熱系數(shù)[5]。

由表3可以看出，兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐各項(xiàng)熱損失中僅次于排煙熱損失是固體未完全燃燒熱損失，其計(jì)算值分別為6.92%和8.52%。固體未完全燃燒熱損失是在固體燃料的燃燒過程中，部分燃料沒有燃盡所產(chǎn)生的損失。由表2可知，相比于灰分的設(shè)計(jì)值，兩臺鍋爐的實(shí)測灰分?jǐn)?shù)值比設(shè)計(jì)值分別高了10.89%和9.98%。一般而言，灰分所占比例越大，燃料的發(fā)熱量就越低，會造成燃料著火困難和著火延遲；同時高灰分會使?fàn)t膛燃燒溫度降低，使燃料的可燃性變差，造成飛灰可燃物高；另外，灰分含量越大，碳粒會被灰層包裹，碳粒表面燃燒速率降低，火焰的傳播速度減小，會造成燃燒不良[2]。固體未完全燃燒熱損失同樣不容忽視，建議采取如下措施，具體包括：爐排增設(shè)風(fēng)口，進(jìn)一步強(qiáng)化一次風(fēng)與爐床料層的混合、攪拌，有利于布風(fēng)均勻；鍋爐使用單位運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)燃料及燃燒負(fù)荷的變化，及時調(diào)整一、二次風(fēng)量，保證合理的過量空氣系數(shù)，確保垃圾燃料穩(wěn)定燃燒并燃盡，減少爐渣及飛灰熱損失[1，4]。

4結(jié)論

兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐熱效率分別為73.32%、72.29%，均低于設(shè)計(jì)值（81.5%），主要原因是排煙溫度過高，導(dǎo)致排煙熱損失較大。

兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐排煙熱損失所占份額最大，分別為16.04%和15.79%，其次為固體未完全燃燒熱損失，分別為6.92%和8.52%。

兩臺垃圾焚燒爐-余熱鍋爐提升熱效率的措施：提高垃圾燃料入爐熱值、對尾部余熱進(jìn)一步深化利用，如增設(shè)低溫省煤器、增加清灰頻次以及優(yōu)化一、二次風(fēng)的比例，使垃圾燃料與空氣充分混合。

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