文_姚冰 樂俊超

1.上海東石塘再生能源有限公司 2.上海環(huán)境集團(tuán)再生能源運(yùn)營(yíng)管理有限公司

1 垃圾焚燒爐的研究現(xiàn)狀及過熱器節(jié)能改造的意義

1.1 垃圾焚燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀

垃圾焚燒技術(shù)，就是一種將垃圾中有機(jī)可燃物質(zhì)與氧氣接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而轉(zhuǎn)變?yōu)榛以⑴懦龅募夹g(shù)，這種技術(shù)在使用過程中會(huì)放出大量的熱并應(yīng)用到電力生產(chǎn)中，可有效地對(duì)垃圾進(jìn)行資源化、減量化處理。目前，我國(guó)使用的垃圾焚燒技術(shù)有流化床焚燒爐技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)、垃圾熱解氣化焚燒爐技術(shù)以及機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)，這些技術(shù)都有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

1.2 垃圾焚燒爐的應(yīng)用需求

垃圾焚燒爐是垃圾處理過程中非常重要的一類設(shè)備，在具體的應(yīng)用中，隨著焚燒規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，其應(yīng)用需求也不斷的嚴(yán)格。首先，要保證垃圾焚燒爐具有完整的焚燒爐結(jié)構(gòu)和性能。對(duì)于熱值不同的垃圾，需要不同的焚燒爐結(jié)構(gòu)才能夠有效提高燃燒效率。其次，要有完整的煙氣凈化系統(tǒng)，為了保證環(huán)境不受到干擾，需要對(duì)焚燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行處理和凈化，目前典型的煙氣處理工藝是半干法/干法脫酸/濕法脫酸+布袋除塵+選擇性/非選擇性催化脫硝工藝。最后是完善的檢測(cè)控制系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)外的垃圾焚燒廠使用較為廣泛的控制系統(tǒng)是DCS控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠全面有效地控制工藝過程，并有較好的應(yīng)急能力。

1.3 垃圾焚燒爐過熱器節(jié)能改造的意義

在垃圾焚燒過程中，鍋爐高溫過熱器區(qū)域會(huì)逐漸結(jié)焦積灰，達(dá)到一定程度就會(huì)導(dǎo)致高溫過熱器區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，在長(zhǎng)期吸熱不均勻的情況下會(huì)使得鍋爐過熱區(qū)域的溫度異常升高，導(dǎo)致過熱器管超溫?fù)p壞，給垃圾處理企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要對(duì)垃圾焚燒爐過熱器進(jìn)行節(jié)能改造，徹底解決結(jié)焦積灰問題，保障工作人員的安全和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 垃圾焚燒爐過熱器現(xiàn)有問題及影響因素

2.1 影響灰粒沉積的主要因素

所謂積灰，就是燃燒過程中產(chǎn)生的灰分不斷地發(fā)生形的變化以及輸送效果，而這也是過熱器出現(xiàn)堵塞的主要原因，而目前能夠影響灰粒沉積的因素包括有熱遷移、慣性撞擊、凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)。前兩種直接與固體顆粒相關(guān)，而后兩者則主要是與氣體有關(guān)。在熱遷移和慣性碰撞情況中，以10Lm 的顆粒為分界線。當(dāng)顆粒小于10Lm 時(shí)，主要是由于爐內(nèi)溫度梯度的存在而使小粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)，發(fā)生熱遷移。而對(duì)于大于10Lm 的顆粒來說，慣性撞擊時(shí)造成灰粒向受熱面的壁面輸送。當(dāng)含有灰粒氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，具有較大慣性動(dòng)量的灰粒離開氣流而撞擊到受熱面的壁面上。在凝結(jié)和化學(xué)反應(yīng)情況中，堿金屬、硫和氯元素以氣體的形態(tài)相互撞擊，并且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)物則凝結(jié)在飛灰顆粒和受熱面的壁面上，這些產(chǎn)物大多都是硫酸鹽或者氯化物，導(dǎo)致積灰層逐漸增厚，也就是凝結(jié)現(xiàn)象。

2.2 堿金屬的影響

在飛灰中，堿金屬很容易受到高溫而氣化，特別是一些水溶性的堿金屬化合物，而這些氣化的堿金屬化合物容易與揮發(fā)性的氯結(jié)合形成堿金屬氯化物。當(dāng)產(chǎn)生的煙氣中含有較多的硫，這些堿金屬氯化物將會(huì)與硫發(fā)生反應(yīng)，從而生成硫酸鹽，這些硫酸鹽在焚燒爐過熱器中受到高溫并積灰，并具有一定的粘性。比如硫酸鈉的熔點(diǎn)要低于硫酸鉀，所以其也是主要的凝結(jié)物質(zhì)，在凝結(jié)之后由于長(zhǎng)時(shí)間與三氧化硫、氧化鐵等物質(zhì)接觸而導(dǎo)致其容易生成堿金屬?gòu)?fù)合硫酸鹽，這種鹽類的熔點(diǎn)要低于高溫對(duì)流受熱面的溫度，所以其呈現(xiàn)出熔融的形態(tài)，從而更具粘性，在管道表面進(jìn)行粘結(jié)。另外，如果一些已經(jīng)氣化的堿金屬在凝結(jié)的過程中會(huì)進(jìn)一步加大接觸面積，并且少部分會(huì)存在液相，這也使得飛灰之間有著較快的燒結(jié)。

2.3 高溫爆管現(xiàn)象研究

高溫過熱器區(qū)域堵塞如果過于嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致爆管現(xiàn)象，而過熱器的高溫段爆管后僅能夠進(jìn)行堵焊處理，而堵焊處理則會(huì)消耗有效管數(shù)，使得流通面積和換熱面積逐漸縮小，過熱器的壓差增大，蒸發(fā)量減小，嚴(yán)重?fù)p害了垃圾處理企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前，對(duì)于高溫爆管現(xiàn)象的直接原因是因?yàn)檫^熱器的高溫段底部彎頭有結(jié)晶物質(zhì)，這部分的結(jié)晶物質(zhì)使得熱阻增大，這也就使得其局部過熱，最終使得爆管現(xiàn)象。而出現(xiàn)大規(guī)模爆管的原因則比較復(fù)雜，包括有汽包內(nèi)旋風(fēng)分離器數(shù)量不足和分離效果不好導(dǎo)致飽和蒸汽含水量大、旋風(fēng)分離器法蘭連接處密封不足使?fàn)t水在過熱器管中蒸發(fā)致使鹽類堆積、水冷段受熱面積小使得過熱器入口煙氣溫度抬高、減溫器采用鍋爐用水，其含鹽量較大導(dǎo)致堆積等原因。

3 改造工藝設(shè)計(jì)

3.1 裝置改造研究

垃圾焚燒爐過熱器裝置的改造包括對(duì)過熱器下集箱、管排弧彎、水冷壁、機(jī)械打清灰、管組密封盒、管屏下聯(lián)箱疏水管、水平煙道、蒸發(fā)器和各級(jí)過熱器、省煤器等結(jié)構(gòu)或者裝置的改造，本文不做贅述。

3.2 煙氣工藝流程設(shè)計(jì)

在具有較高溫度的煙氣從燃燒爐進(jìn)入組合除塵器后，需要對(duì)其進(jìn)行分離工作，將大部分的粉塵清除后再進(jìn)入鍋爐的本體中，并且保證清除后的煙氣能夠按照一定的次序通過水冷段、蒸汽過熱器、蒸發(fā)管束、省煤器以及空氣預(yù)熱器，從而達(dá)到降低溫度的目的，一般在溫度降低至150℃左右就可以進(jìn)入除塵器。

3.3 汽水工藝流程設(shè)計(jì)

汽水的處理是非常重要的一項(xiàng)工藝。一般來說，汽水一般都是來自于除鹽水系統(tǒng)的除鹽水，通過水泵來增加壓力，并由此進(jìn)入熱力除氧器。在除氧之后，汽水將會(huì)經(jīng)過鍋爐加壓后的水泵，并分為三個(gè)部分。第一部分就是直接通過省煤器來進(jìn)入鍋筒，并且充當(dāng)鍋爐的補(bǔ)充水。第二部分則直接送入蒸汽過熱器的中部減溫帶，作為溫度調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)蒸汽過熱器中的蒸汽溫度。在鍋筒中，爐水將直接通過下降管輸送到對(duì)流管束下部集箱和水冷段下部集箱以及燃燒爐水冷組件下集箱。經(jīng)過加熱后，爐水將上升到鍋筒中，而鍋筒中的飽和蒸汽則通過分離裝置進(jìn)入蒸汽過熱器，進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電或供給熱用戶使用。

3.4 過熱器爆管問題應(yīng)對(duì)策略

過熱器爆管問題主要是由結(jié)焦和積灰導(dǎo)致。目前需要采取措施有爐膛溫度控制、焚燒爐的熱負(fù)荷和蒸發(fā)量控制、風(fēng)量和風(fēng)溫控制、清灰措施控制、入爐垃圾熱值穩(wěn)定性控制、爐膛出口負(fù)壓控制、煙氣攜帶飛灰量減小措施、清焦措施優(yōu)化、使用清灰除焦劑等。本文主要探討垃圾焚燒器過熱器改造策略，下面主要對(duì)設(shè)備改造和清灰除焦劑進(jìn)行研究。

3.4.1 一次風(fēng)溫調(diào)整

提高一次風(fēng)溫可以有效地加強(qiáng)干燥效果，并避免風(fēng)溫隨汽機(jī)負(fù)荷大幅度變動(dòng)的情況，這可以通過在一抽雙減出門口前引一個(gè)單獨(dú)蒸汽接到空預(yù)器母管門后，從而使得其作為空預(yù)器一級(jí)單獨(dú)供氣，達(dá)到提高一次風(fēng)溫的效果。一次風(fēng)溫提高可有效減少一次風(fēng)量的使用，降低爐膛內(nèi)飛灰產(chǎn)生，從而間接減少過熱器處的飛灰積聚。

3.4.2 吹灰器的選擇

焚燒爐過熱器吹灰方式有蒸汽吹灰、激波吹灰、聲波清灰、機(jī)械振打清灰等多種方式。利用多種清灰方式相結(jié)合的方法，可有效去除熱器管壁附著的飛灰，降低飛灰結(jié)塊的幾率，防止堵塞煙氣通廊。同時(shí)可在相應(yīng)的吹灰效果下減少吹灰器管道的維護(hù)量，從而達(dá)到更好的機(jī)組效率。

3.4.3 清灰除焦劑

本文對(duì)清灰除焦劑的討論主要在于堿金屬脫除劑。國(guó)內(nèi)外對(duì)于堿金屬脫除劑的研究眾多，比如說在1988 年就有學(xué)者針對(duì)于澳大利亞低品質(zhì)煤在燃燒時(shí)加入某些試劑來達(dá)到減小積灰情況進(jìn)行研究。而當(dāng)時(shí)的研究表明，高嶺土、白云石、粗砂、很細(xì)的礬土等添加劑都可以有效地降低其燒結(jié)強(qiáng)度。而在國(guó)內(nèi)，通過對(duì)高溫?zé)煔饽M實(shí)驗(yàn)的研究可以得到，通過活性礬土、二氧化硅、硅藻土、煤灰等在高溫下都有一定的堿金屬脫除效果，而在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中得出了高嶺土的堿金屬容量更好的結(jié)論。目前，眾多研究表面堿金屬脫除劑的效果與吸附劑的化學(xué)成分、吸附劑的孔結(jié)構(gòu)等都有非常緊密的關(guān)系，目前清灰除焦劑在國(guó)內(nèi)部分企業(yè)針對(duì)爐膛及過熱器清焦清灰，已經(jīng)進(jìn)行使用。

4 效果評(píng)價(jià)

通過上述改造，可以使焚燒爐各部分煙氣側(cè)壓差會(huì)有相應(yīng)的降低，煙氣的流動(dòng)更加流暢，煙氣的阻力減小，降低管排和管排之間積灰的可能性。

在經(jīng)濟(jì)方面，通過對(duì)堿金屬的有效脫出，焚燒爐過熱器能夠減輕積灰，延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，減少非計(jì)劃停爐檢修，可為垃圾處理企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

過熱器結(jié)焦積灰是垃圾處理企業(yè)經(jīng)常遇到的運(yùn)行問題，會(huì)導(dǎo)致非停增加、降低運(yùn)行效率，增加運(yùn)行廠用電等問題，增加企業(yè)運(yùn)行成本，嚴(yán)重者會(huì)造成設(shè)備損毀等事故危及企業(yè)安全運(yùn)行，因此必須對(duì)垃圾焚燒過熱器進(jìn)行研究和優(yōu)化。本文即以此為核心進(jìn)行了探討，希望能夠?qū)τ嘘P(guān)人員提供參考。