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        大爐型生活垃圾焚燒爐燃燒工況的影響因素及調(diào)整方式探討

        2021-08-27 07:36:36張軻囝王高尚
        機(jī)電工程技術(shù) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:料器爐排三段式

        張軻囝,王高尚,孟 亮

        (上??岛悱h(huán)境股份有限公司,上海 201703)

        0 引言

        中國(guó)垃圾焚燒發(fā)電應(yīng)用始于1985 年的深圳[1],并在21 世紀(jì)后得到快速發(fā)展。2019 年4 月底處置規(guī)模達(dá)到36.36 萬(wàn)t/d(即1.33 億t/a),平均單廠處理規(guī)模也不斷上升,從2003 年的319 t/d發(fā)展到2018 年的1 101 t/d[2]。同時(shí),單廠單臺(tái)爐排最大規(guī)模不斷提高,某項(xiàng)目單臺(tái)爐處理規(guī)模達(dá)1 000 t/d。在處理規(guī)模日漸上升及“運(yùn)行為王”的時(shí)代下,對(duì)大爐型生活垃圾焚燒爐的燃燒控制方法進(jìn)行探討顯得尤為重要,現(xiàn)有燃燒控制方法多為適用于調(diào)整500 t/d的生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐,無(wú)法滿足對(duì)當(dāng)下大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐(750 t/d及以上)運(yùn)行調(diào)整的指導(dǎo)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)三段式大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐的調(diào)整方式研究較少,對(duì)三段式大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐的燃燒工況調(diào)整起指導(dǎo)作用的文章也比較少。本文綜合多條單爐處理量750 t/d的三段式生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐生產(chǎn)線實(shí)際情況,從垃圾焚燒的基本工藝流程著手,得到影響燃燒工況的影響因素,并在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行分析,采取調(diào)整措施進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整,總結(jié)出對(duì)應(yīng)影響因素下的調(diào)整方式,以此得到對(duì)三段式大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐運(yùn)行的關(guān)鍵把控點(diǎn),有利于爐膛燃燒工況的持續(xù)穩(wěn)定,從而提高垃圾焚燒發(fā)電廠連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效益。

        1 三段式機(jī)械生活垃圾焚燒爐的基本工藝流程

        生活垃圾經(jīng)統(tǒng)一運(yùn)送、稱重進(jìn)入垃圾倉(cāng),經(jīng)過(guò)發(fā)酵,由垃圾抓斗投入進(jìn)料斗[3],通過(guò)推料器均勻適量送至爐內(nèi)爐排燃燒。三段式機(jī)械焚燒爐爐排為三段,分為干燥段爐排、燃燒段爐排和燃燼段爐排,每段之間均設(shè)有1.2 m 左右高度的落差墻[4],每段每列爐排下設(shè)有風(fēng)室,垃圾倉(cāng)抽出的空氣經(jīng)預(yù)熱系統(tǒng)加熱[5],作為一次風(fēng)由此處送入爐內(nèi)助燃及提供燃燒所需的氧量。通過(guò)調(diào)整各段爐排速度及一次風(fēng)風(fēng)量,完成進(jìn)爐垃圾的干燥、燃燒及燃燼3 個(gè)過(guò)程。三段式機(jī)械焚燒爐的三段式設(shè)計(jì)、每段之間的落差墻及爐排塊的大風(fēng)孔,使得垃圾在爐排上能夠更好地破碎,被風(fēng)穿透得到充分燃燒,最終燃燼段燃燼的垃圾經(jīng)落渣斗由出渣機(jī)推入渣坑。

        2 影響燃燒工況的因素及調(diào)整方式

        從焚燒的基本工藝流程上看,影響燃燒工況的因素有垃圾發(fā)酵情況,抓料、投料方式,推料器的運(yùn)行方式,爐排速度(即垃圾在爐內(nèi)的停留時(shí)間)的設(shè)定,一次風(fēng)系統(tǒng)及爐膛的負(fù)壓控制。

        2.1 垃圾發(fā)酵情況的影響及調(diào)整

        三段式機(jī)械焚燒爐不需要對(duì)生活垃圾進(jìn)行預(yù)處理(篩選、破碎等),因生活垃圾含水量大,若直接入爐會(huì)吸收爐膛內(nèi)大量熱量,造成爐膛溫度下降。

        在入爐前,新運(yùn)輸至垃圾倉(cāng)的生活垃圾需經(jīng)7~10 天發(fā)酵[6](可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r及季節(jié)做相應(yīng)調(diào)整)。相應(yīng)地做好垃圾倉(cāng)的管理工作,主要措施為對(duì)垃圾倉(cāng)進(jìn)行分區(qū),可分為新料區(qū)、發(fā)酵區(qū)、投料區(qū)3 個(gè)區(qū),并進(jìn)行來(lái)回輪轉(zhuǎn)。每日需定期將每區(qū)之間以挖出排水溝的方式劃出明顯的界線,垃圾倉(cāng)門前也需清理出水篦子,保證好滲濾液的排出,入爐垃圾的品質(zhì)得到保障,對(duì)燃燒工況的不利影響可大幅降低。

        2.2 抓料、投料方式的影響及調(diào)整

        抓料、投料是整個(gè)焚燒工藝流程的開(kāi)始,垃圾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間堆積、發(fā)酵,在首次抓取時(shí)比較夯實(shí),若不進(jìn)行多次拋撒、松散[7],入爐后包裹在內(nèi)部的垃圾無(wú)法短時(shí)間內(nèi)烘干及被穿透;在投料過(guò)程中,單側(cè)的投入會(huì)造成爐內(nèi)垃圾給料不均,導(dǎo)致在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏料、鼓包現(xiàn)象,影響爐膛溫度、燃燒工況及火焰監(jiān)視器呈現(xiàn)的實(shí)際燃燒畫面的美感。抓料、投料不當(dāng),更嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致進(jìn)料斗架橋造成緊急停爐。

        在抓料時(shí),需將斗內(nèi)垃圾進(jìn)行2~3 次拋撒,讓夯實(shí)的垃圾在入爐前變得松散。投料過(guò)程中,要從左到右投下并使垃圾沿料斗斜坡滑入落料井,以此投入的垃圾經(jīng)重力及推料器作用,緩慢均勻地送入爐內(nèi),有效避免了因給料不均及垃圾密實(shí)無(wú)法被風(fēng)穿透而造成的爐內(nèi)偏料及鼓包現(xiàn)象。

        2.3 推料器的運(yùn)行方式

        垃圾進(jìn)入落料井后由推料器送到爐排,750 t/d 的三段式機(jī)械焚燒爐配備3 臺(tái)推料器,推料器的控制方式對(duì)焚燒爐的鋪料、料層厚度都存在較大的影響,為保證3 臺(tái)推料器送入爐膛的料分布均勻且足夠(即適當(dāng)?shù)睦蠈雍穸龋?,采用?fù)合控制方式[8]可大幅提升大爐排下多臺(tái)推料器推料的均勻性,從而保證爐排料層厚度,達(dá)到燃燒工況的穩(wěn)定。

        2.4 爐排速度的影響及調(diào)整

        為保證垃圾的充分燃燒,滿足《GB18485-2014 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》爐渣熱灼減率小于或等于3%的要求,通過(guò)控制各段爐排速度,讓垃圾在爐內(nèi)有充足的停留時(shí)間(1.5~2 h)。新入爐垃圾在干燥段停留期間,通過(guò)吸收爐膛內(nèi)部輻射熱達(dá)到烘干效果。三段式機(jī)械焚燒爐燃燒Ⅰ段為著火區(qū),燃燒Ⅱ、Ⅲ段為主燃區(qū),燃燼Ⅰ段基本燃燼,在爐排速度設(shè)定及調(diào)整過(guò)程中,為達(dá)到穩(wěn)定負(fù)荷及穩(wěn)定工況的運(yùn)行目的,要盡量滿足垃圾焚燒的過(guò)程是在對(duì)應(yīng)區(qū)域完成。

        在不考慮一次風(fēng)的影響下,各段爐排速度設(shè)置不恰當(dāng),會(huì)影響火床位置及燃燒工況[9]。三段式機(jī)械焚燒爐爐排一個(gè)往復(fù)周期為25 s。以下列舉幾種由于爐排速度設(shè)定不恰當(dāng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及對(duì)燃燒工況的影響(下列所述前后左右以垃圾在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榍埃?/p>

        (1)干燥段、燃燒段、燃燼段速度太快(長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置25 s)。這種情況下,入爐垃圾在干燥段不能得到充分干燥,導(dǎo)致在燃燒Ⅰ段無(wú)法正常著火,在燃燒Ⅱ段著火時(shí)主燃區(qū)只有燃燒Ⅲ段,造成火床位置偏短,爐排速度太快,也會(huì)導(dǎo)致料層薄?;鸫参恢闷碳叭霠t處理量不足會(huì)造成爐膛溫度、鍋爐負(fù)荷無(wú)法保證,若此段時(shí)間入爐垃圾品質(zhì)不好,極易導(dǎo)致工況急劇下降。

        (2)干燥段、燃燒段、燃燼段偏慢(長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置160 s 以上),入爐垃圾干燥充分后,著火點(diǎn)后移,干燥段垃圾開(kāi)始著火,導(dǎo)致主燃區(qū)前移至燃燒Ⅰ段、Ⅱ段,火床位置后移,垃圾在燃燒Ⅲ段已經(jīng)燃盡。火床長(zhǎng)時(shí)間在燃燒Ⅰ段、Ⅱ段運(yùn)行,推料器及落料井區(qū)域溫度會(huì)高于正常情況,對(duì)推料器設(shè)備造成影響,同時(shí)容易導(dǎo)致落料井內(nèi)垃圾受熱成團(tuán),造成垃圾架橋,對(duì)鍋爐負(fù)荷及燃燒工況造成影響。

        (3)各段設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間相差較大(差值在50 s 左右),比如干燥段120 s、燃燒段70 s、燃燼段120 s,燃燒段速度與干燥段相差較大,燃燒段的補(bǔ)料不夠充足會(huì)造成斷料,火床長(zhǎng)度縮短,同時(shí)垃圾無(wú)法在燃燒段充分燃燒,火床位置移至燃燼段,燃燼段長(zhǎng)時(shí)間大面積著火對(duì)余熱爐后拱澆注料造成影響。

        (4)爐排速度的正確配置,要根據(jù)當(dāng)?shù)乩闆r,摸索一套適合本項(xiàng)目的時(shí)間配比。在調(diào)整過(guò)程中,要做到同步調(diào)整,即改變推料器給料量時(shí),需相應(yīng)調(diào)整干燥段爐排,保證垃圾在干燥段有充分的干燥時(shí)間,同時(shí)燃燒段爐排時(shí)間配比不宜長(zhǎng)時(shí)間與干燥段相差較大(50 s 以上),保證主燃區(qū)火床長(zhǎng)度,一般情況下燃燼段爐排可長(zhǎng)時(shí)間保持在120~150 s。若出現(xiàn)燃燒段Ⅲ段有大量垃圾未燒透,需相應(yīng)調(diào)整燃燼Ⅰ段爐排速度,保證垃圾燃燼,爐渣符合國(guó)標(biāo)要求。

        2.5 一次風(fēng)系統(tǒng)的影響及調(diào)整

        一次風(fēng)系統(tǒng)包括一次風(fēng)總風(fēng)量、一次風(fēng)空預(yù)器、各風(fēng)室進(jìn)風(fēng)風(fēng)量(各擋板及執(zhí)行機(jī)構(gòu))等。一次風(fēng)在焚燒中起到輔助燃燒及提供燃燒所需氧量的作用,同時(shí)足夠的一次風(fēng)還可以吹透垃圾。

        (1)垃圾熱值較為穩(wěn)定及一次風(fēng)風(fēng)溫滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),在一次風(fēng)總風(fēng)量不足的情況下,對(duì)鍋爐負(fù)荷影響較大,對(duì)垃圾沒(méi)有穿透力[10]。圖1 所示為調(diào)取了浙江某750 t/d 垃圾焚燒項(xiàng)目5~8 月一次風(fēng)風(fēng)溫、一次風(fēng)總風(fēng)量及鍋爐負(fù)荷數(shù)據(jù)形成的折線圖,隨著一次風(fēng)總風(fēng)量的升高,鍋爐負(fù)荷有了較為明顯的提升(項(xiàng)目設(shè)計(jì)風(fēng)量為127 689 Nm3/h)。一次風(fēng)總風(fēng)量大小也影響著對(duì)爐內(nèi)垃圾的穿透效果,在相同給料情況下,一次風(fēng)風(fēng)量偏小,爐內(nèi)實(shí)際料層會(huì)偏厚,火焰無(wú)法穿透垃圾,爐內(nèi)會(huì)出現(xiàn)鼓包,垃圾無(wú)法在燃燒Ⅱ、Ⅲ段完成燃燒過(guò)程,火床位置前移,導(dǎo)致可能會(huì)出現(xiàn)垃圾未燒透出生料的情況。

        圖1 一次風(fēng)量與鍋爐蒸發(fā)量的關(guān)系Fig.1 Relationship between primary air volume and boiler evaporation

        (2)一次風(fēng)溫對(duì)燃燒工況的影響[11]。在一次風(fēng)總風(fēng)量正常,一次風(fēng)溫未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),垃圾熱值較高的情況下對(duì)燃燒工況造成的影響較小,垃圾熱值較低時(shí),對(duì)爐膛溫度影響較明顯,爐內(nèi)著火情況也會(huì)較差。一次空氣加熱溫度與垃圾熱值參考如表1 所示。

        表1 一次空氣加熱溫度與垃圾低位熱值參考Tab.1 Reference of primary air heating temperature and low calorific value of garbage

        (3)火床位置不僅受爐排速度影響,各段爐排下部風(fēng)室的配風(fēng)對(duì)火床位置的控制也至關(guān)重要。各風(fēng)室的配風(fēng)也需要根據(jù)著火區(qū)在燃燒Ⅰ段,主燃區(qū)在燃燒Ⅱ、Ⅲ段,燃燼Ⅰ段基本燃燼的各區(qū)分布情況來(lái)進(jìn)行。

        一般燃燒工況穩(wěn)定情況下,對(duì)各段爐排下風(fēng)室的配風(fēng)比例可按如下進(jìn)行:干燥段風(fēng)門開(kāi)度為20%~50%;燃燒Ⅰ段風(fēng)門開(kāi)度為50%~100%;燃燒Ⅱ段風(fēng)門開(kāi)度為50%~100%;燃燒Ⅲ段風(fēng)門開(kāi)度為40%~100%;燃燼Ⅰ段風(fēng)門開(kāi)度為10%~30%;燃燼Ⅱ段風(fēng)門開(kāi)度為10%~15%。這樣可以達(dá)到把火床位置控制在燃燒Ⅱ、Ⅲ段的效果。項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中,具體開(kāi)度要隨著火床位置的變化進(jìn)行調(diào)整確定,同時(shí)要勤去現(xiàn)場(chǎng)看火,直觀了解爐內(nèi)垃圾著火情況[12]。根據(jù)看火情況,可對(duì)應(yīng)調(diào)整每一段各列的風(fēng)門開(kāi)度,避免配風(fēng)不準(zhǔn)造成的偏燒,以達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

        2.6 爐膛負(fù)壓的影響及調(diào)整

        爐膛負(fù)壓的變化反應(yīng)著爐膛內(nèi)燃燒情況的變化,在未改變一、二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)功率的情況下,可根據(jù)負(fù)壓的大幅變化情況作為爐膛內(nèi)燃燒情況的參照。同時(shí)爐膛負(fù)壓也作為影響因素,影響著燃燒的工況。較大的負(fù)壓會(huì)將大量煙氣快速地帶走,爐膛內(nèi)熱量損失加劇,影響爐膛的蓄熱及熱量交換,也會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞;較小的負(fù)壓或者正壓,首先影響鍋爐的安全運(yùn)行,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有大量的煙灰冒出,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及附近設(shè)備造成影響。正常運(yùn)行中,負(fù)壓保持在-30~-50 Pa較佳。

        在系統(tǒng)上,主要影響負(fù)壓的為一、二次風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)功率的配比情況,各輔助系統(tǒng)對(duì)爐膛負(fù)壓情況也存在影響。出渣機(jī)水封對(duì)負(fù)壓影響較大,出渣機(jī)長(zhǎng)時(shí)間缺水運(yùn)行時(shí),渣坑冷空氣會(huì)被大量抽送至爐內(nèi),引起負(fù)壓變化,對(duì)燃燒工況造成影響。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        抓料、投料,推料器的運(yùn)行模式是為運(yùn)行提供正常的給料,是穩(wěn)定運(yùn)行的大前提,也是影響燃燒工況的重要因素。運(yùn)行中對(duì)燃燒工況進(jìn)行調(diào)整,需從爐排速度、一次風(fēng)的配比入手。尤其大爐型的三段式機(jī)械爐排爐,該爐型處理量大、蓄熱能力較強(qiáng),在給料正常情況下,火床位置的控制是該爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn),通過(guò)對(duì)爐排速度的設(shè)定和各段一次風(fēng)量配比的調(diào)整,可以較快地改變火床位置,從而達(dá)到調(diào)整當(dāng)前燃燒工況的目的。

        正常運(yùn)行中,因?yàn)槿紵c調(diào)整之間存在滯后性,為避免大幅調(diào)整帶來(lái)工況的急劇變化,需進(jìn)行微調(diào)來(lái)調(diào)整燃燒工況,即在燃燒工況較為穩(wěn)定、火床位置在主燃區(qū)時(shí),不大幅改變一次風(fēng)總風(fēng)量,頻繁變動(dòng)各段爐排下風(fēng)室風(fēng)量的配比,根據(jù)爐膛溫度、含氧量變化情況,通過(guò)燃燼Ⅱ段風(fēng)量配比降低爐膛溫度和提供燃燒所需氧量(結(jié)合二次風(fēng)的配比)。不更換投料區(qū)時(shí),推料器及各段爐排速度配比不進(jìn)行變動(dòng),在更換投料區(qū)前,要及時(shí)掌握料區(qū)發(fā)酵信息,各段爐排速度放緩保持垃圾厚度,適當(dāng)延長(zhǎng)火床長(zhǎng)度,適當(dāng)提高爐膛溫度,積蓄熱量作為新料進(jìn)入后的溫度緩沖。

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