文_張瑾 福建龍凈環(huán)保股份有限公司、 龍凈能源發(fā)展有限公司

跟傳統(tǒng)的煤燃燒鍋爐相比，生活垃圾成分復(fù)雜，燃燒后的灰熔點(diǎn)相對較低，垃圾焚燒鍋爐運(yùn)行一段周期后，會造成高溫段空煙道水冷膜式壁表面形成嚴(yán)重的積灰或結(jié)焦現(xiàn)象，導(dǎo)致膜式壁受熱面的吸熱量下降，余熱鍋爐蒸發(fā)量降低，同時(shí)還會對水冷壁造成熔鹽腐蝕。此外，由于高溫段吸熱量下降，過熱器的入口煙溫會增加，會造成過熱器的使用壽命降低。積灰嚴(yán)重時(shí)，只能通過采用人工在線爆破清灰方式或者停爐人工清灰，因此會帶來不必要的清灰風(fēng)險(xiǎn)以及停爐損失。本文以A項(xiàng)目為例分析垃圾焚燒項(xiàng)目余熱鍋爐的二、三煙道設(shè)置在線清灰系統(tǒng)必要性和經(jīng)濟(jì)性。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目配置2×500t/d爐排焚燒線，其中余熱鍋爐采用單鍋筒、自然循環(huán)、室內(nèi)布置、四通道臥式結(jié)構(gòu)，過熱器采用三級布置、二級噴水減溫的結(jié)構(gòu)型式，并布置有省煤器。

2 鍋爐主要參數(shù)

2.1 鍋爐基本設(shè)計(jì)參數(shù)

焚燒爐垃圾處理量為 500t/d，額定蒸汽出口壓力為4.0MPa，額定蒸汽出口溫度為450℃，鍋爐給水溫度為130℃，排煙溫度為190℃。

2.2 鍋爐高溫段基本尺寸

本項(xiàng)目主要考慮在鍋爐高溫段的二、三煙道設(shè)置清灰裝置，各煙道的尺寸規(guī)格如下：

第二煙 道為 長 方形結(jié) 構(gòu)，其尺寸為11860mm×9040mm×2720mm（高度×寬度×深度），中間設(shè)置有膜式壁隔墻?？紤]第一煙道側(cè)的開口、耐火材料的鋪設(shè)情況，理論可設(shè)置除灰區(qū)域尺寸7860mm×9040mm×2720mm（高度×寬度×深度）。

第三煙道尺寸均為11860mm×9040mm×2720mm（高度×寬度×深度），考慮水平煙道測的開口、耐火材料的鋪設(shè)情況，理論可設(shè)置除灰區(qū)域尺寸5810mm×9040mm×2720mm（高度×寬度×深度）。

3 鍋爐高溫段清灰的必要性

3.1 鍋爐積灰的產(chǎn)生

焚燒爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐時(shí)，與水和蒸汽進(jìn)行熱量交換后煙氣溫度降低，煙氣中微粒若因溫度降低在接觸受熱面時(shí)已凝固，則會在受熱面管壁面形成積灰；若顆粒在接觸受熱面時(shí)仍為熔化狀態(tài)，則在受熱面管壁上冷凝形成結(jié)焦層，同時(shí)熔融狀態(tài)的顆粒會起到類似粘合劑的作用，抓取煙氣中的固體顆粒形成大塊的難以清除的結(jié)焦層。

3.2 鍋爐積灰的危害

余熱鍋爐積灰、結(jié)焦后，會導(dǎo)致受熱面熱阻增加，鍋爐熱效率降低；會增加煙氣流通的阻力，造成煙氣通道內(nèi)負(fù)壓降低甚至正壓，只能通過降低負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行或者停爐清灰，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)高溫的煙氣進(jìn)入過熱器區(qū)域會造成高溫腐蝕（研究表明過熱器入口煙溫高于650℃時(shí)，則高溫腐蝕程度加劇），爆管風(fēng)險(xiǎn)加大，過熱器的壽命下降。

實(shí)踐證明，在鍋爐運(yùn)行過程中，有規(guī)律地對受熱面進(jìn)行清灰，能較好地預(yù)防鍋爐的結(jié)焦、積灰和受熱面腐蝕，保障鍋爐安全運(yùn)行，提高機(jī)組可用率。

3.3 高溫段清灰的重要性

對于垃圾焚燒鍋爐，由于水平煙道通道積灰現(xiàn)象顯著，鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)在水平煙道的過熱器、蒸發(fā)器、省煤器前均會設(shè)置蒸汽或激波清灰裝置，可有效緩解這些管束上的積灰、結(jié)焦現(xiàn)象。高溫段設(shè)置清灰裝置同樣具有重要的意義：①增加膜式壁吸熱量，提高整體鍋爐效率，增加垃圾處理量以及蒸發(fā)量；②有利于降低其對膜式壁的腐蝕；③可有效降低過熱器入口煙溫，減小過熱器超溫風(fēng)險(xiǎn)，提高過熱器壽命；④降低水平煙道的結(jié)焦程度，有效減少停爐清灰次數(shù)，提高年運(yùn)行時(shí)間；⑤煙道清灰作為一種主動調(diào)節(jié)手段，在鍋爐運(yùn)行工況或燃料變化時(shí)，可靈活調(diào)整清灰范圍和頻率，穩(wěn)定鍋爐出力以及蒸汽參數(shù)，降低控制難度。

4 清灰方式的選擇

4.1 清灰方式的主要類型

鍋爐的清灰方式主要有機(jī)械振打清灰、激波清灰、蒸汽清灰等。其中機(jī)械振打清灰對管接頭和集箱焊接質(zhì)量的要求較高，故目前國內(nèi)運(yùn)用較少。激波清灰只限于第一排偏兩側(cè)管束，存在較大的吹灰盲區(qū)，只能去除沉積在受熱面表面的浮灰，且存在一定的安全隱患。蒸汽清灰可去除積灰和結(jié)渣，但因其會對受熱面造成損傷，需再裝防磨瓦板，目前主要用作管束的清灰，不適用于膜式壁上積灰的清除。而水力清灰利用水噴淋到膜式壁表面瞬間氣化產(chǎn)生的爆炸激波來清除其表面的積灰與結(jié)渣，比較適用于清除鍋爐高溫段膜式壁面的積灰和結(jié)焦。

垃圾鍋爐高溫段水力清灰在歐洲已經(jīng)成熟應(yīng)用，很大一部分垃圾焚燒余熱鍋爐上都有安裝使用，目前該技術(shù)在國內(nèi)正大力推廣，清灰效果較好。

4.2 水力清灰的組成及實(shí)施

水力清灰系統(tǒng)主要包括桁架鋼軌、移動小車、金屬網(wǎng)軟管、噴頭、套管、套管入口密封擋板等。該裝置的清灰過程是在鍋爐的高溫段頂部安裝桁架鋼軌，鋼軌上安裝有可移動小車，小車可通過鋼軌移動到爐頂水冷壁上各個(gè)導(dǎo)管的位置，盤繞在小車內(nèi)的軟管可沿著導(dǎo)管下降進(jìn)入煙道內(nèi)。軟管末端的噴頭進(jìn)入煙道后，在水力推動下開始旋轉(zhuǎn)，形成傘狀水幕，當(dāng)水遇到高溫膜式壁表面會瞬間氣化膨脹產(chǎn)生爆炸激波，利用激波來清除水冷壁表面的積灰與結(jié)焦。同時(shí)噴頭由軟管牽引在煙道內(nèi)可上升和下降，實(shí)現(xiàn)膜式壁不同部位的積灰與結(jié)焦的清除。

4.3 水力清灰的運(yùn)行效果

水力清灰技術(shù)在歐洲已經(jīng)有成熟應(yīng)用。圖1為三個(gè)歐洲項(xiàng)目在鍋爐設(shè)計(jì)階段的熱力計(jì)算結(jié)果，圖2 是某項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行水力清灰后過熱器入口煙溫監(jiān)測（每24h清灰一次）?？芍η寤夷苊黠@降低過熱器的入口煙溫，而在二、三煙道同時(shí)清灰下，過熱器入口煙溫可降低近100℃左右。鑒于清理二、三煙道的投資與僅清理三煙道的投資相比增加不大，故建議同時(shí)清洗二、三煙道。

圖1 不同項(xiàng)目高溫段水力清灰對過熱器入口煙溫的影響（理論計(jì)算）

圖2 某項(xiàng)目水力清灰對過熱器入口煙溫的影響（每24h運(yùn)行一次）

過熱器入口煙溫對過熱器壽命有著至關(guān)重要的影響，一般400℃主汽溫度，過熱器入口設(shè)計(jì)溫度600℃；420～440℃主汽溫度，過熱器入口設(shè)計(jì)煙溫610℃。如果初始設(shè)計(jì)和后期運(yùn)行都以此為參考，過熱器壽命一般在5年以上。

5 安裝水力清灰系統(tǒng)的可行性

對于新建項(xiàng)目建議最好在項(xiàng)目初期就安裝此設(shè)備，或者在設(shè)計(jì)的時(shí)候預(yù)留好爐頂開孔和位置，一般需要預(yù)留離爐頂3.5m左右的高度，預(yù)留寬度應(yīng)該約為所清洗煙道的深度。余熱鍋爐設(shè)計(jì)階段，熱力計(jì)算以及布置受熱面的時(shí)候，就應(yīng)該把水力清洗的效果考慮進(jìn)去。A項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工基本已經(jīng)完成，要考慮安裝水噴淋清灰，只能從技改角度入手，現(xiàn)分析其可行性。

5.1 安裝位置及空間

A項(xiàng)目的垃圾焚燒鍋爐采用臥式鍋爐形式，爐膛以及第一煙道由于安裝了耐火材料以及必須保證停留時(shí)間（850℃，2s）的原因，一般不能清洗；其第二、三煙道沒有安裝耐火材料的位置，可考慮設(shè)置水力清灰裝置。A項(xiàng)目的鍋爐頂部平臺高度37.5m，鋼結(jié)構(gòu)頂部梁高度約42m，頂部空間約4.5m，且此高度區(qū)域鍋爐二、三煙道無其他設(shè)備，故A項(xiàng)目具備水力清灰系統(tǒng)安裝空間條件。

5.2 對鍋爐性能的影響分析

根據(jù)當(dāng)前A項(xiàng)目余熱鍋爐的設(shè)計(jì)，通過熱力計(jì)算得到水力清灰前后各受熱面入口的溫度分布情況見表1。

表1 A項(xiàng)目水力清灰前后各受熱面入口的溫度計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算可知，水力清灰后高溫過熱器入口溫度可降低40℃（高溫段受熱面布置中可清灰受熱面較小，降溫幅度相對較低），有助于延長過熱器的壽命，同時(shí)及時(shí)清灰可降低高溫膜式壁面的熔鹽腐蝕，降低爆管風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，各級鍋爐噴水減溫量都減少，可保證鍋爐負(fù)荷波動時(shí)的穩(wěn)定性，可見水力清灰的實(shí)施有利于鍋爐的運(yùn)行和維護(hù)。另外，在校核熱力結(jié)果時(shí)，發(fā)現(xiàn)A項(xiàng)目廠家所提供的熱力可能存在高溫段受熱面較小、換熱量不足的問題，若積灰嚴(yán)重，則污垢熱阻增加，換熱量更小。增加水力清灰系統(tǒng)可一定程度上緩解該設(shè)計(jì)上的不足。

6 水力清灰裝置設(shè)備構(gòu)成及性能參數(shù)

6.1 水力清灰裝置設(shè)備構(gòu)成（見表2）

表2 水力清灰裝置設(shè)備構(gòu)成

6.2 水力清灰裝置性能參數(shù)（見表3）

表3 水力清灰裝置性能參數(shù)

密封空氣壓力(MPa) 0.6～0.7電機(jī)總功率（kW） 8絕緣等級 F防護(hù)等級 IP55

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

鍋爐高溫段清灰后，高溫段及水平段結(jié)焦結(jié)渣情況會有所改善，污垢熱阻減小，總傳熱系數(shù)增加，鍋爐發(fā)電效率增加；另外進(jìn)入過熱器的煙溫減少，過熱器使用壽命延長，同時(shí)高溫腐蝕現(xiàn)象得到改善，非計(jì)劃停爐減少，各項(xiàng)均帶來運(yùn)行成本減少或經(jīng)營收入增加。以500t/d的焚燒爐為例各項(xiàng)收益估算見表4。

表4 增加水力清灰后鍋爐經(jīng)濟(jì)效益分析

由表4可知水力清灰后帶來的鍋爐系統(tǒng)總收益為36.25萬元/a，考慮水力清灰系統(tǒng)的總投資約150萬元，則該方案約4a可回本，可見水力清灰系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益顯著，建議增設(shè)。

8 結(jié)語

綜上，水力清灰裝置能顯著改善高溫段的積灰結(jié)焦現(xiàn)象，降低過熱器入口煙溫，從而提高過熱器壽命，緩解水平段的結(jié)焦問題，降低鍋爐的控制難度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。