郗青旗

（上海嘉定再生能源有限公司，上海201808）

我國在生活垃圾處理方面經(jīng)過數(shù)十年的摸索逐漸形成了以焚燒為主，填埋和堆肥為輔的處理方式，同時(shí)在行業(yè)內(nèi)也逐步達(dá)成了通過生活垃圾的高溫焚燒，利用其產(chǎn)生的余熱發(fā)電，能夠全面實(shí)現(xiàn)垃圾處理減量化、資源化、無害化目標(biāo)。對(duì)于生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，最關(guān)鍵的設(shè)備就是垃圾焚燒爐，垃圾焚燒爐的型式和運(yùn)行工況直接影響到整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目各項(xiàng)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)運(yùn)營指標(biāo)，而對(duì)垃圾焚燒爐的運(yùn)行工況產(chǎn)生最主要的影響就是焚燒爐垃圾設(shè)計(jì)熱值的選取。如果生活垃圾設(shè)計(jì)熱值與實(shí)際焚燒生活垃圾的熱值偏差較大，則焚燒爐在運(yùn)行中就非常容易出現(xiàn)超溫和結(jié)焦。目前國內(nèi)大部分垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目都存在超溫結(jié)焦的問題，因此如何減緩生活垃圾熱值偏差帶來的影響就成了關(guān)鍵所在。國內(nèi)某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目對(duì)此進(jìn)行了嘗試并取得了一定的效果，同時(shí)也為其他垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目如何應(yīng)對(duì)生活垃圾分類后的影響提供了技術(shù)改造思路。

1 某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)

某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理生活垃圾1500 噸，配置三臺(tái)500 噸/日三菱馬丁機(jī)械爐排焚燒爐，配套四川川鍋鍋爐廠CG-500-54.17/4.0/400-LJ 余熱鍋爐，余熱鍋爐型式為單汽包、自然循環(huán)、臥式布置，額定蒸發(fā)量54.17t/h。

煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+袋式除塵器+濕法脫酸+GGH+ SCR（預(yù)留）”工藝，煙氣排放指標(biāo)達(dá)到并全面優(yōu)于歐盟2000 標(biāo)準(zhǔn)和國家《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485-2014 標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

該垃圾焚燒余熱鍋爐型式為單鍋筒自然循環(huán)水管鍋爐，前吊后支、室內(nèi)布置、微負(fù)壓運(yùn)行的鍋爐。余熱鍋爐設(shè)置在焚燒爐上方，用來回收焚燒所產(chǎn)生的熱量。

2 焚燒爐技術(shù)改造的原因及目的

該垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目在投運(yùn)半年后，發(fā)現(xiàn)焚燒爐設(shè)計(jì)熱值與實(shí)際生活垃圾熱值存在一定的偏差，焚燒爐MCR 設(shè)計(jì)低位熱值為7315kj/kg，而實(shí)際入爐生活垃圾低位熱值超過8360kj/kg，造成爐膛溫度超溫致使鍋爐結(jié)焦較為嚴(yán)重，爐膛結(jié)焦影響受熱面換熱，并產(chǎn)生了以下一系列的影響：

余熱鍋爐蒸發(fā)量達(dá)不到額定蒸發(fā)量。因焚燒爐受熱面結(jié)焦影響換熱效率，運(yùn)行中為了遏制焚燒爐結(jié)焦的速度，避免對(duì)焚燒爐安全和長周期穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，因此控制爐膛溫度，減弱了燃燒調(diào)整，導(dǎo)致運(yùn)行負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)的額定負(fù)荷；

余熱鍋爐高溫過熱器入口煙溫較設(shè)計(jì)值升高近30℃，兩級(jí)噴水減溫水量達(dá)到7t/h（減溫水調(diào)門開度接近70%，可調(diào)余量較少）；

由于焚燒爐結(jié)焦，鍋爐在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生焦塊掉落的現(xiàn)象，造成焚燒爐下方爐排機(jī)械損傷，形成一定的安全隱患。

圖1

圖2

針對(duì)上述問題，經(jīng)多方面研究探討，決定在現(xiàn)有的焚燒爐基礎(chǔ)上對(duì)受熱面進(jìn)行改造。計(jì)劃在焚燒爐內(nèi)增加受熱面，增加鍋爐的換熱面積從而增加換熱量，以降低進(jìn)入高溫過熱器區(qū)域的煙氣溫度，并可減少過熱器兩級(jí)噴水減溫水量，提升安全運(yùn)行系數(shù)，同時(shí)也可以在處理同等垃圾量的情況下增加鍋爐運(yùn)行負(fù)荷。

3 受熱面改造方案選擇與實(shí)施

該型號(hào)鍋爐在焚燒爐爐排上方布置有膜式水冷壁，高溫?zé)煔庠谒浔谥薪?jīng)過三個(gè)垂直輻射通道和1 組蒸發(fā)器后進(jìn)入臥式布置的水平對(duì)流區(qū)域，在水平對(duì)流區(qū)域煙氣依次經(jīng)過三級(jí)五組過熱器，煙氣經(jīng)過過渡煙道后進(jìn)入立式支撐布置的兩級(jí)六組省煤器，最后排入煙氣凈化處理設(shè)備。三組過熱器之間分別設(shè)置兩級(jí)噴水減溫器（圖1）。

焚燒爐的高溫?zé)釤煔馐墙?jīng)三個(gè)垂直輻射通道進(jìn)入臥式布置的水平對(duì)流區(qū)域（三級(jí)五組過熱器）。

第一垂直輻射通道，由于垃圾焚燒爐在設(shè)計(jì)時(shí)要求焚燒垃圾產(chǎn)生的高溫?zé)煔獗仨氃?50℃環(huán)境下在第一垂直輻射通道滯留2 秒以上才能確保二英的完全分解，若在第一通道增加受熱面，勢(shì)必會(huì)降低高溫?zé)煔獾牧魉伲瑫?huì)增加不滿足垃圾焚燒爐控制二英技術(shù)要求的風(fēng)險(xiǎn)，影響到煙氣的環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。從專業(yè)角度出發(fā)，也可將第一通道內(nèi)的澆注料去除部分以增加水冷壁的換熱面積，這也是最簡(jiǎn)單的辦法，但同樣存在會(huì)降低爐溫的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在生活垃圾發(fā)酵不充分的情況下。因此在第一通道增加受熱面是不可行的，至于去除部分澆注料的方法，通過與鍋爐廠家技術(shù)人員探討，在滿足熱力計(jì)算和爐膛溫度的要求下可將第一通道頂部澆筑料去除部分，但是應(yīng)嚴(yán)格控制在1 米左右。

第二垂直輻射通道，由于第二通道是由左右兩側(cè)模式水冷壁及前后側(cè)隔墻組成并無其它換熱設(shè)備，在第二通道增加受熱面將單獨(dú)增加下降管聯(lián)箱、上集箱及汽包聯(lián)絡(luò)管、下降管等設(shè)備。理論上雖然可行，但二通道內(nèi)部空間較小，增加上述設(shè)備沒有空間，在設(shè)計(jì)和實(shí)際施工方面難度較大，因此在第二通道增加受熱面也不可行。

第三垂直輻射通道，第三通道由左右兩側(cè)模式水冷壁、前后側(cè)隔墻以及對(duì)流蒸發(fā)器組成，其中對(duì)流蒸發(fā)器占整個(gè)垂直通道1/5 左右，預(yù)留空間較大，可以利用現(xiàn)有蒸發(fā)器循環(huán)回路設(shè)備，再增加一組蒸發(fā)器，該改造無額外增加其他水循環(huán)回路設(shè)備，施工難度較小，因此在第三通道增加受熱面是可行的。

表2 受熱面改造設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 受熱面改造前后參數(shù)對(duì)比

通過與各方溝通，經(jīng)過理論計(jì)算最終選擇在第三垂直通道增加一組受熱面。如圖2 所示，在原來一組蒸發(fā)器的基礎(chǔ)上再增加1 組蒸發(fā)受熱面，虛線部分為新增受熱面。

單臺(tái)爐增加蒸發(fā)器受熱面管屏共計(jì)48 屏，每屏長*寬尺寸約2707mm*1547mm，受熱面管材材質(zhì)采用20G，規(guī)格為φ42×5mm，經(jīng)過理論計(jì)算增加的蒸發(fā)受熱面積約113m2（表2）。

另外考慮到第三通道煙氣阻力增加，易造成受熱面管束積灰，本次改造在新增的蒸發(fā)器上部?jī)蓚?cè)標(biāo)高25400mm 水冷壁爐墻位置上增設(shè)兩臺(tái)蒸汽吹灰器，以確保清除蒸發(fā)器受熱面的積灰。

4 改造效果及運(yùn)行數(shù)據(jù)

經(jīng)過對(duì)受熱面進(jìn)行一系列改造，通過近半年的數(shù)據(jù)收集，較改造前運(yùn)行效果得到了如下提升。

改造后進(jìn)入高溫過熱器區(qū)域煙氣溫度比改造前降低約30℃，兩級(jí)噴水減溫水量可減少約2t/h，達(dá)到減少過熱器吸熱量，減少兩級(jí)噴水減溫水量的目的；

增加了蒸發(fā)器受熱面積，鍋爐蒸發(fā)吸熱能力得到了有效提高，鍋爐負(fù)荷從改造前的90%左右提高到改造后超過額定負(fù)荷，入爐噸垃圾產(chǎn)汽量指標(biāo)明顯上升；

余熱鍋爐排煙溫度比改造前下降3.17℃，排煙熱損失降低，使鍋爐效率有所提高（表3）。

該項(xiàng)技術(shù)改造總投資約300 萬元，從改造后的數(shù)據(jù)分析得出，三臺(tái)鍋爐的蒸發(fā)量平均每天增加100 噸左右，按汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗4.7kg/kWh 和年運(yùn)行8000 小時(shí)測(cè)算，在生活垃圾焚燒發(fā)電電價(jià)0.65 元/kWh 的基礎(chǔ)上，年增加售電收入約400 余萬元，該項(xiàng)目在保證安全效益和環(huán)保效益的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)效益明顯，達(dá)到了改造的預(yù)期。

結(jié)束語

生活垃圾焚燒鍋爐以生活垃圾為燃料，隨著我國居民生活水平的逐步提高，國內(nèi)較多垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的入爐垃圾低位熱值相對(duì)設(shè)計(jì)（MCR 點(diǎn)）熱值會(huì)產(chǎn)生上偏差，導(dǎo)致運(yùn)行鍋爐超溫結(jié)焦等一系列問題。通過對(duì)受熱面進(jìn)行一系列合理的改造，可減緩因垃圾熱值MCR 點(diǎn)上偏差造成的不利影響，減緩超溫、結(jié)焦，減緩余熱鍋爐高溫承壓部件高溫腐蝕，提高鍋爐安全性和經(jīng)濟(jì)性。

與此同時(shí)，隨著國內(nèi)生活垃圾分類的逐步推進(jìn)和完善，進(jìn)入垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的垃圾將以干垃圾為主要成分，入爐的垃圾的熱值還會(huì)更高，因此隨著熱值逐步提高，生活垃圾焚燒項(xiàng)目也會(huì)采取一些技術(shù)改進(jìn)措施，希望本文能對(duì)今后焚燒爐的改造帶來借鑒和引導(dǎo)意義。