王國(guó)琦 ，姚昌模，夏清剛

(1. 惠州綠色動(dòng)力環(huán)保有限公司，廣東 惠州 516269；2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)、生活中產(chǎn)生了越來(lái)越多的生活垃圾，這些垃圾的處理是迫在眉睫的事。目前生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)是處理生活垃圾的有效途徑，此措施既能夠解決垃圾處理難題，又能夠利用焚燒垃圾產(chǎn)生的余熱獲得熱能或電能，因此垃圾發(fā)電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。但垃圾發(fā)電中普遍存在結(jié)焦問(wèn)題，對(duì)鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)不良影響，解決這一問(wèn)題是本研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

惠州某垃圾焚燒發(fā)電廠工程建設(shè)規(guī)模日處理垃圾能力1 200 t/d，垃圾焚燒爐采用的是3×400 t/d三驅(qū)動(dòng)逆推往復(fù)式爐排爐，余熱鍋爐采用的是中溫中壓、單鍋筒自然循環(huán)爐。3臺(tái)鍋爐全部滿負(fù)荷運(yùn)行，年平均運(yùn)行時(shí)間均超過(guò)8 000 h。 長(zhǎng)周期持續(xù)的運(yùn)行致使鍋爐同樣存在超溫及結(jié)焦現(xiàn)象。

1 垃圾發(fā)電廠余熱鍋爐結(jié)焦原因[1]

1)垃圾品質(zhì)原因?；蓐?yáng)地區(qū)城市生活垃圾內(nèi)部含有工業(yè)垃圾及邊角料，垃圾含水率低、熱值高，低位熱值為8 000 kJ/kg左右,而焚燒爐設(shè)計(jì)低位熱值為L(zhǎng)HV=4 200 kJ/kg。實(shí)際燃燒垃圾熱值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鍋爐設(shè)計(jì)值,導(dǎo)致鍋爐超溫現(xiàn)象嚴(yán)重，鍋爐結(jié)焦。

2)鍋爐設(shè)計(jì)原因。鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，爐膛后拱設(shè)計(jì)偏低，沒(méi)有布置水冷壁吸熱，輻射熱不能及時(shí)被帶走，熱量直接作用于垃圾表面助燃；大量熱量集中在前后拱區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域熱量集中。該區(qū)域是結(jié)焦的主要區(qū)域，見(jiàn)圖1。

3)鍋爐配風(fēng)原因。鍋爐配風(fēng)是鍋爐運(yùn)行中的重要組成部分，配風(fēng)控制影響著鍋爐結(jié)焦。當(dāng)前，鍋爐運(yùn)行中配風(fēng)控制存在的問(wèn)題主要有兩點(diǎn)：一方面，配風(fēng)量明顯小于鍋爐運(yùn)行量，在煙氣氧量控制方面，運(yùn)行中的配風(fēng)量明顯過(guò)小，致使煙氣測(cè)試中一氧化碳含量偏高，降低了無(wú)機(jī)物灰渣熔點(diǎn)，造成爐壁結(jié)焦問(wèn)題；另一方面，二次風(fēng)機(jī)未投入運(yùn)行或投入量偏少，氧量長(zhǎng)期偏低，垃圾中的未燃燒顆粒在經(jīng)過(guò)焚燒爐出口時(shí)，容易因重量問(wèn)題而產(chǎn)生大面積沉積，在喉部上方結(jié)焦，并增加飛灰在喉部的沉積效果。有些二次風(fēng)長(zhǎng)期不投或投量較低，二次風(fēng)噴口區(qū)域結(jié)焦，見(jiàn)圖2。

圖1 爐膛內(nèi)壁結(jié)焦

圖2 二次風(fēng)孔結(jié)焦堵塞

4)燃燒調(diào)整不當(dāng)，配風(fēng)不均勻，火床位置偏上，沒(méi)有在燃燒區(qū)燃燒，燃燒提前，在干燥區(qū)甚至在退料器上著火，導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。如果鍋爐時(shí)常發(fā)生偏料現(xiàn)象，火焰偏斜，會(huì)導(dǎo)致局部燃燒過(guò)旺，溫度過(guò)高，而另一側(cè)溫度較低，動(dòng)力場(chǎng)不均衡，也會(huì)增加結(jié)焦的概率。

2 垃圾發(fā)電廠余熱鍋爐結(jié)焦對(duì)策分析

2.1 控制鍋爐爐膛溫度[2-3]

通過(guò)以上分析可知，控制爐膛溫度是防止結(jié)焦的重要措施。爐膛溫度控制在850～950 ℃，其中850 ℃是較理想的溫度，在理論上，二噁英在750 ℃時(shí)便能分解，850 ℃是二噁英完全分解的保證值，因此，爐內(nèi)溫度控制在850 ℃以上較合適。傳統(tǒng)的控制爐膛溫度只能是減少負(fù)荷，導(dǎo)致垃圾不能及時(shí)燃燒，同時(shí)降低了鍋爐效率。

某廠通過(guò)濃水回噴控制鍋爐爐膛溫度，通過(guò)噴水控制爐膛溫度既快速又效果明顯，大大降低了爐膛結(jié)焦程度。同時(shí)，此技術(shù)利用的是鍋爐連續(xù)排污廢水，也減少了廢水的排放。

2.2 通過(guò)增加輔燃風(fēng)機(jī)，投入足夠的風(fēng)量[4]

某廠干燥風(fēng)機(jī)功率75 kW，風(fēng)量20 000 m3/h；燃燒風(fēng)機(jī)功率132 kW，風(fēng)量39 360 m3/h；二次風(fēng)機(jī)功率37 kW，風(fēng)量10 000 m3/h；燃燼段風(fēng)機(jī)功率15 kW，風(fēng)量5 910 m3/h；兩臺(tái)輔燃風(fēng)機(jī)功率7.5 kW，風(fēng)量約3 000 m3/h。由此可見(jiàn)，投運(yùn)輔燃風(fēng)機(jī)時(shí)，相當(dāng)于增加1臺(tái)燃燼風(fēng)機(jī)運(yùn)行，完全可以彌補(bǔ)二次風(fēng)量不足問(wèn)題。該廠于2016年9月26日投運(yùn)輔燃風(fēng)機(jī)至今，觀察發(fā)現(xiàn)結(jié)焦程度明顯降低，原因如下。

1)輔燃風(fēng)機(jī)能有效增加鍋爐的含氧量。原先鍋爐運(yùn)行含氧量一般維持在3%～5%，現(xiàn)基本在5%～7%運(yùn)行，增加約3%。能有效避免鍋爐低氧燃燒，減少還原性氣體的產(chǎn)生，從而避免灰熔點(diǎn)下降造成鍋爐結(jié)焦的問(wèn)題。

2)增加鍋爐二次風(fēng)量約6 000 m3/h，加強(qiáng)對(duì)鍋爐的對(duì)流換熱，提高了鍋爐蒸發(fā)量，現(xiàn)階段的鍋爐基本處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

3)輔燃風(fēng)位于二次風(fēng)孔上方1.5 m左右爐墻的左右兩側(cè)，且輔燃風(fēng)是直角吹入爐膛煙道中，與二次風(fēng)吹入爐膛的角度不一樣，剛好與二次風(fēng)充分混合，加強(qiáng)對(duì)煙氣的擾動(dòng)，延長(zhǎng)煙氣在爐膛停留的時(shí)間，對(duì)爐膛高溫區(qū)域存在降溫作用，減少爐膛結(jié)焦。

4)投運(yùn)輔燃風(fēng)機(jī)時(shí)，由于角度是從兩側(cè)吹入爐膛，對(duì)鍋爐起到類似貼壁風(fēng)的作用，可以有效防止火焰對(duì)爐墻造成直接的沖刷，同時(shí)也減少煙氣中揚(yáng)灰粘在爐墻上。

5)輔燃風(fēng)的加入降低了爐膛的溫度，降低了爐膛內(nèi)灰的溫度，同時(shí)也就減緩了鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象。2016年9月26號(hào)輔燃風(fēng)機(jī)投運(yùn)至今，在配合濃水回噴及鍋爐的燃燒調(diào)整后，結(jié)焦的情況基本在可控的范圍之內(nèi)。

6)主燃風(fēng)機(jī)會(huì)把鍋爐燃燼段基本已經(jīng)完全燃燒的灰吹起，混入煙氣，經(jīng)二三煙道、水平煙道進(jìn)入煙氣?；烊氲娘w灰直接沖刷后拱、爐墻及水冷壁管道，造成管道磨損及鍋爐本體嚴(yán)重的積灰，吹灰效果差就會(huì)影響傳熱，容易造成堵灰。投用輔燃風(fēng)機(jī)配合二次風(fēng)對(duì)燃燒充分的擾動(dòng)，延長(zhǎng)煙氣在爐膛的停留時(shí)間，能有效減少煙氣中的灰直接沖刷后拱及管道，同時(shí)也減小了二三煙道、水平煙道、反應(yīng)塔及布袋的下灰量，鍋爐整體的下灰量得到改善。這也避免了經(jīng)常性的堵灰情況，有效減輕了鍋爐人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

7)因增加輔燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,輔燃口有足夠的冷卻風(fēng)，可以防止輔燃口因高溫而結(jié)焦，從而避免輔助燃燒器無(wú)法投運(yùn)的情況發(fā)生。

但是，輔燃風(fēng)機(jī)的投運(yùn)也有以下缺點(diǎn)需要注意。

1)增大煙氣量的同時(shí)，使得引風(fēng)機(jī)的電耗率升高，引風(fēng)機(jī)由原先的33 Hz增加至現(xiàn)階段的37 Hz運(yùn)行。每班約增加200 kW·h，造成廠用電量增高。

2)增大了鍋爐的排煙熱損失。

3)煙氣流速增大，容易造成過(guò)熱器管壁溫度上升。

因此, 輔燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小應(yīng)盡可能與控制結(jié)焦之間達(dá)到平衡。

2.3 維持風(fēng)量平衡并減少爐膛漏風(fēng)[5]

合理而良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)是防止鍋爐結(jié)焦的前提，維持鍋爐的風(fēng)量平衡對(duì)于保持爐內(nèi)合理的空氣動(dòng)力場(chǎng)至關(guān)重要。在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，煙氣平穩(wěn)地沿固定的設(shè)計(jì)流線流過(guò)鍋爐的豎直煙道和水平煙道，灰顆粒聚集在煙氣中的位置處于爐膛的中心范圍。當(dāng)一次風(fēng)給風(fēng)急劇增大或減小而引風(fēng)機(jī)未能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，煙氣的流線會(huì)急劇發(fā)生變化，熔融的灰顆粒會(huì)因慣性力作用而甩向水冷壁。二次風(fēng)的急劇變化同樣會(huì)對(duì)焚燒爐出口的煙氣產(chǎn)生極大的干擾，使原本處于平流狀態(tài)的氣流產(chǎn)生紊流，這樣就會(huì)有大量熔融的灰顆粒撞擊在爐墻上。在運(yùn)行鍋爐的調(diào)整中，風(fēng)量的調(diào)節(jié)應(yīng)平穩(wěn)緩慢。實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)焚燒爐出口處是爐膛結(jié)焦最嚴(yán)重的地方。

爐膛漏風(fēng)會(huì)破壞正常的垃圾燃燒工況，造成火焰的充滿度和燃料與一次風(fēng)的攪拌混合情況惡化，導(dǎo)致火焰中心升高或偏斜、局部還原性氣氛增強(qiáng)等，進(jìn)而加速結(jié)焦的形成。因此， 運(yùn)行中要注意爐底漏灰輸送機(jī)和撈渣機(jī)水封的水位，避免冷風(fēng)從這些部位漏入爐膛。

3 總結(jié)

該項(xiàng)目地區(qū)城市生活垃圾熱值高，在設(shè)計(jì)二次風(fēng)容量偏小的情況下，為保證鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，提高垃圾處理量，采用輔燃風(fēng)機(jī)配合濃水回噴，用以幫助鍋爐的燃燒調(diào)整和降低爐溫減緩爐膛結(jié)焦。同時(shí)，提高鍋爐的產(chǎn)汽量，電廠運(yùn)行時(shí)每班多產(chǎn)生的上網(wǎng)電量完全可以彌補(bǔ)輔燃風(fēng)機(jī)投運(yùn)帶來(lái)廠用量增加的不足。因此，采用輔燃風(fēng)機(jī)配合濃水回噴投運(yùn)方案，有利于整個(gè)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，對(duì)于出現(xiàn)類似的垃圾焚燒爐超溫及結(jié)焦問(wèn)題的解決具有一定的參考價(jià)值。