文_樂俊超 上海環(huán)境集團再生能源運營管理有限公司

為了實現(xiàn)生活垃圾“減量化、無害化、資源化”處置的目的，20 世紀80 年代末，我國引進生活垃圾焚燒技術(shù)，最大限度的減容并徹底破壞垃圾中的有毒有害物質(zhì)，使處理后的產(chǎn)物穩(wěn)定且無害，同時垃圾焚燒處理時產(chǎn)生的熱量可用于供熱或發(fā)電，實現(xiàn)垃圾資源化利用。垃圾焚燒爐是該技術(shù)的核心設(shè)備，生活垃圾都必須在焚燒爐內(nèi)進行氧化燃燒反應(yīng)，通過一次風(fēng)機將輔助燃燒空氣輸送進焚燒爐，再由二次風(fēng)加強氧氣氣流的擾動，增強助燃空氣量，在一定的溫度條件下垃圾自燃并充分燃燒，垃圾中的有毒有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解、燃燒而被破壞。因此，垃圾熱值作為垃圾燃燒的必要條件，在設(shè)計垃圾焚燒爐時，必須要先進行預(yù)測。

1 生活垃圾焚燒現(xiàn)狀

從2010 年開始，我國生活垃圾焚燒技術(shù)進入增長期；至2015 年，生活垃圾焚燒技術(shù)進入快速發(fā)展期。2010 年前，我國垃圾收集與轉(zhuǎn)運均是混合裝載的模式，垃圾中的含水率高，垃圾熱值低。目前，我國建造的垃圾焚燒爐均以6000kJ/kg 左右熱值設(shè)計，并在已有的生活垃圾焚燒爐的基礎(chǔ)上進行技改，以滿足高熱值的生活垃圾處置需要。

2 擴能改造

2.1 必要性

垃圾熱值的提高使得垃圾處理量在相同的情況下，焚燒爐的熱負荷整體上升，導(dǎo)致進入到余熱鍋爐側(cè)的煙氣溫度也隨之升高，增加了鍋爐的熱負荷。為了保障生活垃圾能夠得到及時有效處置，垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的熱負荷需要長期處于超負荷狀態(tài)，從而引起焚燒爐出口的煙氣溫度過高，對后續(xù)受熱面易造成結(jié)焦、堵灰和產(chǎn)生高溫腐蝕。

對于建成時間較早的垃圾焚燒廠，由于當時國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商對垃圾余熱鍋爐的設(shè)計經(jīng)驗相對較少，設(shè)計時考慮不全面，如換熱面積余量不足，采用的余熱鍋爐形式存在容易積灰的特點及選取的飛灰粘黏系數(shù)偏?。▍⒄栈瘘c廠的飛灰選取粘黏系數(shù)）等因素，造成垃圾焚燒爐比火電廠的煤粉爐結(jié)焦頻繁且嚴重，以及因余熱鍋爐中過熱器堵灰而停爐的頻率高于火電電廠的煤粉爐。

通常垃圾焚燒爐及余熱鍋爐在設(shè)計時會考慮10%的超負荷余量，但是為了保證鍋爐運行的安全性，焚燒爐及余熱鍋爐不能長期維持超負荷運行狀態(tài)。通過對鍋爐內(nèi)部相關(guān)汽水系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)等各方面進行研究，發(fā)現(xiàn)垃圾熱值提高后，垃圾焚燒爐的燃燒溫度會響應(yīng)升高，導(dǎo)致焚燒爐出口煙氣溫度高于設(shè)計值，以至于后續(xù)的余熱鍋爐入口溫度過高，引起煙氣中的飛灰處于熔融狀態(tài)，不容易沉降下來，而容易粘連在過熱器、省煤器等換熱器的表面，造成過熱器、省煤器等換熱器的管束磨損及腐蝕。

根據(jù)煙氣溫度高的特點，考慮減低煙氣提高焚燒爐的垃圾處理量。在保證鍋爐長期安全穩(wěn)定運行的前提下，并在原垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的基礎(chǔ)上進行適當?shù)母脑欤估贌隣t不僅能滿足高熱值垃圾處理的需求，而且余熱鍋爐的熱負荷能適當提高。

2.2 改造思路

2.2.1 控制爐膛溫度

將垃圾焚燒爐兩側(cè)空冷爐墻及爐后拱拆除，安裝水冷壁換熱面，并敷設(shè)110mm 厚的耐火澆注料，焚燒爐部分的換熱面積改造，增加受熱面。焚燒爐爐墻的耐火絕熱結(jié)構(gòu)改為可吸熱的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，有助于解決爐膛溫度長期高于1050℃的現(xiàn)象，起到控制焚燒爐膛溫度的作用，同時在焚燒爐二次風(fēng)噴入口的位置增設(shè)霧化噴槍，在爐溫過高時，向爐膛內(nèi)碰水，用于輔助控制爐溫，有利于焚燒爐處理高熱值垃圾時，控制鍋爐熱負荷不超過設(shè)計值。大面積的水冷壁結(jié)構(gòu)能有效的吸收熱量并降低爐膛溫度，預(yù)防爐內(nèi)結(jié)焦。

2.2.2 降低高溫過熱器入口煙溫

在余熱鍋爐第二煙道增加水冷屏蒸發(fā)受熱面，使高溫過熱器入口煙溫控制在580℃左右。水冷屏蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁形式，屏的中部開孔，方便清灰及檢修。高溫過熱器前增加水冷屏蒸發(fā)受熱面，有利于降低高溫過熱器前煙氣溫度，緩解高溫過熱器的結(jié)焦、積灰和高溫腐蝕，防止過熱器因嚴重積灰及爆管而引起停爐。

2.2.3 降低煙氣中氧含量

更換垃圾焚燒爐一次風(fēng)機、二次風(fēng)機及引風(fēng)機。新的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機及引風(fēng)機需根據(jù)焚燒爐擴能后所需的風(fēng)量及壓差進行選型。由于垃圾熱值和焚燒量提高，垃圾燃燒所需的風(fēng)量也會響應(yīng)升高。為了保證垃圾的充分燃燒，焚燒爐需要提高過?？諝饬?，并增加空氣擾動，因此垃圾焚燒爐需要增大一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)量。由于垃圾處理能力提高，煙氣量也隨之增大，為了保證鍋爐運行過程中的負壓狀態(tài)，需要加大引風(fēng)機的風(fēng)量。同時，合理的控制過量空氣系數(shù)，降低煙氣含氧量，有助于控制金屬腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

3 改造效果

以某生活垃圾焚燒廠為例。該廠建造2 條焚燒線，單爐焚燒生活垃圾量為350t/d，設(shè)計處理規(guī)模700t/d。

該廠2010 年開始建設(shè)，2012 年進入商業(yè)運行，設(shè)計入爐垃圾6280kJ/kg，主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)詳見表1。該廠由于設(shè)計時預(yù)估的垃圾熱值變化范圍不足，運行后垃圾熱值已超出設(shè)計值，并呈逐年升高的趨勢。至2017 年時，該廠的垃圾焚燒爐及余熱鍋爐已嚴重超溫，因焚燒爐結(jié)焦或余熱鍋爐積會而停爐的非停現(xiàn)象屢有發(fā)生。

該生活垃圾焚燒廠通過對焚燒爐及余熱鍋爐增加換熱面，更新大功率的一次風(fēng)機后，在垃圾熱值提高17%的情況下，仍能維持垃圾焚燒爐的額定處理量，并提高余熱鍋爐20%的熱負荷。改造后的鍋爐參數(shù)詳見表2。

表 1 某生活垃圾焚燒廠主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表2 某生活垃圾焚燒廠改造后鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

通過改造前后的運行數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)在垃圾焚燒處理量及發(fā)電量增加的情況下，1#、2#鍋爐能維持長期穩(wěn)定運行，且能保持余熱鍋爐溫度降低的態(tài)勢。改造后，1#爐爐膛平均溫度從9340℃降低到9200℃，降低了1.5%，2#爐爐膛平均溫度從9160℃降低到9130℃，降低了0.3%。1#爐高溫過熱器入口平均溫度從567.40℃降低到496.20℃，降低了12.5%；2#爐高溫過熱器入口平均溫度從5420℃降低到5010℃，降低了7.6%。1#爐省煤器出口煙溫從213.40℃降低到209.30℃，降低了1.9%。2#爐省煤器出口煙溫從205.60℃降低到161.60℃，降低了21.4%。

4 結(jié)語

垃圾焚燒爐及余熱鍋爐增加水冷壁后，增大了換熱面積，能有效的降低爐膛溫度及煙氣溫度，有利于焚燒爐處理高于設(shè)計熱值的生活垃圾。從經(jīng)濟角度看，增加水冷壁、更換風(fēng)機的費用相對于其它改造費用，投入較少。從技改角度看，該項改造措施對垃圾焚燒爐及余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)改動最小，安全系數(shù)最高，能保證原鍋爐的性能特點。在余熱鍋爐設(shè)備維護方面，鍋爐受熱面的增加，不僅起到了高溫過熱器的降溫作為，而且有助于水冷壁防止積灰，減少了鍋爐因結(jié)焦或堵灰而停爐的次數(shù)。