焚烧炉应对高热值垃圾措施分析

文_乐俊超 上海环境集团再生能源运营管理有限公司

为了实现生活垃圾“减量化、无害化、资源化”处置的目的，20 世纪80 年代末，我国引进生活垃圾焚烧技术，最大限度的减容并彻底破坏垃圾中的有毒有害物质，使处理后的产物稳定且无害，同时垃圾焚烧处理时产生的热量可用于供热或发电，实现垃圾资源化利用。垃圾焚烧炉是该技术的核心设备，生活垃圾都必须在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，通过一次风机将辅助燃烧空气输送进焚烧炉，再由二次风加强氧气气流的扰动，增强助燃空气量，在一定的温度条件下垃圾自燃并充分燃烧，垃圾中的有毒有害物质在高温下氧化、热解、燃烧而被破坏。因此，垃圾热值作为垃圾燃烧的必要条件，在设计垃圾焚烧炉时，必须要先进行预测。

1 生活垃圾焚烧现状

从2010 年开始，我国生活垃圾焚烧技术进入增长期；至2015 年，生活垃圾焚烧技术进入快速发展期。2010 年前，我国垃圾收集与转运均是混合装载的模式，垃圾中的含水率高，垃圾热值低。目前，我国建造的垃圾焚烧炉均以6000kJ/kg 左右热值设计，并在已有的生活垃圾焚烧炉的基础上进行技改，以满足高热值的生活垃圾处置需要。

2 扩能改造

2.1 必要性

垃圾热值的提高使得垃圾处理量在相同的情况下，焚烧炉的热负荷整体上升，导致进入到余热锅炉侧的烟气温度也随之升高，增加了锅炉的热负荷。为了保障生活垃圾能够得到及时有效处置，垃圾焚烧炉及余热锅炉的热负荷需要长期处于超负荷状态，从而引起焚烧炉出口的烟气温度过高，对后续受热面易造成结焦、堵灰和产生高温腐蚀。

对于建成时间较早的垃圾焚烧厂，由于当时国内设备生产商对垃圾余热锅炉的设计经验相对较少，设计时考虑不全面，如换热面积余量不足，采用的余热锅炉形式存在容易积灰的特点及选取的飞灰粘黏系数偏小（参照火点厂的飞灰选取粘黏系数）等因素，造成垃圾焚烧炉比火电厂的煤粉炉结焦频繁且严重，以及因余热锅炉中过热器堵灰而停炉的频率高于火电电厂的煤粉炉。

通常垃圾焚烧炉及余热锅炉在设计时会考虑10%的超负荷余量，但是为了保证锅炉运行的安全性，焚烧炉及余热锅炉不能长期维持超负荷运行状态。通过对锅炉内部相关汽水系统及结构等各方面进行研究，发现垃圾热值提高后，垃圾焚烧炉的燃烧温度会响应升高，导致焚烧炉出口烟气温度高于设计值，以至于后续的余热锅炉入口温度过高，引起烟气中的飞灰处于熔融状态，不容易沉降下来，而容易粘连在过热器、省煤器等换热器的表面，造成过热器、省煤器等换热器的管束磨损及腐蚀。

根据烟气温度高的特点，考虑减低烟气提高焚烧炉的垃圾处理量。在保证锅炉长期安全稳定运行的前提下，并在原垃圾焚烧炉及余热锅炉的基础上进行适当的改造，使垃圾焚烧炉不仅能满足高热值垃圾处理的需求，而且余热锅炉的热负荷能适当提高。

2.2 改造思路

2.2.1 控制炉膛温度

将垃圾焚烧炉两侧空冷炉墙及炉后拱拆除，安装水冷壁换热面，并敷设110mm 厚的耐火浇注料，焚烧炉部分的换热面积改造，增加受热面。焚烧炉炉墙的耐火绝热结构改为可吸热的膜式水冷壁结构，有助于解决炉膛温度长期高于1050℃的现象，起到控制焚烧炉膛温度的作用，同时在焚烧炉二次风喷入口的位置增设雾化喷枪，在炉温过高时，向炉膛内碰水，用于辅助控制炉温，有利于焚烧炉处理高热值垃圾时，控制锅炉热负荷不超过设计值。大面积的水冷壁结构能有效的吸收热量并降低炉膛温度，预防炉内结焦。

2.2.2 降低高温过热器入口烟温

在余热锅炉第二烟道增加水冷屏蒸发受热面，使高温过热器入口烟温控制在580℃左右。水冷屏蒸发受热面采用膜式水冷壁形式，屏的中部开孔，方便清灰及检修。高温过热器前增加水冷屏蒸发受热面，有利于降低高温过热器前烟气温度，缓解高温过热器的结焦、积灰和高温腐蚀，防止过热器因严重积灰及爆管而引起停炉。

2.2.3 降低烟气中氧含量

更换垃圾焚烧炉一次风机、二次风机及引风机。新的一次风机、二次风机及引风机需根据焚烧炉扩能后所需的风量及压差进行选型。由于垃圾热值和焚烧量提高，垃圾燃烧所需的风量也会响应升高。为了保证垃圾的充分燃烧，焚烧炉需要提高过剩空气量，并增加空气扰动，因此垃圾焚烧炉需要增大一次风和二次风的风量。由于垃圾处理能力提高，烟气量也随之增大，为了保证锅炉运行过程中的负压状态，需要加大引风机的风量。同时，合理的控制过量空气系数，降低烟气含氧量，有助于控制金属腐蚀反应的发生。

3 改造效果

以某生活垃圾焚烧厂为例。该厂建造2 条焚烧线，单炉焚烧生活垃圾量为350t/d，设计处理规模700t/d。

该厂2010 年开始建设，2012 年进入商业运行，设计入炉垃圾6280kJ/kg，主要设备技术参数详见表1。该厂由于设计时预估的垃圾热值变化范围不足，运行后垃圾热值已超出设计值，并呈逐年升高的趋势。至2017 年时，该厂的垃圾焚烧炉及余热锅炉已严重超温，因焚烧炉结焦或余热锅炉积会而停炉的非停现象屡有发生。

该生活垃圾焚烧厂通过对焚烧炉及余热锅炉增加换热面，更新大功率的一次风机后，在垃圾热值提高17%的情况下，仍能维持垃圾焚烧炉的额定处理量，并提高余热锅炉20%的热负荷。改造后的锅炉参数详见表2。

表 1 某生活垃圾焚烧厂主要设备技术参数

表2 某生活垃圾焚烧厂改造后锅炉主要技术参数

通过改造前后的运行数据对比，发现在垃圾焚烧处理量及发电量增加的情况下，1#、2#锅炉能维持长期稳定运行，且能保持余热锅炉温度降低的态势。改造后，1#炉炉膛平均温度从9340℃降低到9200℃，降低了1.5%，2#炉炉膛平均温度从9160℃降低到9130℃，降低了0.3%。1#炉高温过热器入口平均温度从567.40℃降低到496.20℃，降低了12.5%；2#炉高温过热器入口平均温度从5420℃降低到5010℃，降低了7.6%。1#炉省煤器出口烟温从213.40℃降低到209.30℃，降低了1.9%。2#炉省煤器出口烟温从205.60℃降低到161.60℃，降低了21.4%。

4 结语

垃圾焚烧炉及余热锅炉增加水冷壁后，增大了换热面积，能有效的降低炉膛温度及烟气温度，有利于焚烧炉处理高于设计热值的生活垃圾。从经济角度看，增加水冷壁、更换风机的费用相对于其它改造费用，投入较少。从技改角度看，该项改造措施对垃圾焚烧炉及余热锅炉的结构改动最小，安全系数最高，能保证原锅炉的性能特点。在余热锅炉设备维护方面，锅炉受热面的增加，不仅起到了高温过热器的降温作为，而且有助于水冷壁防止积灰，减少了锅炉因结焦或堵灰而停炉的次数。