影響爐排式垃圾焚燒鍋爐長周期運行的問題研究

運嘉寧

（保利協鑫徐州再生能源發電有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 引言

隨著我國社會經濟的進一步發展，垃圾處理的問題也日益突出。據《人民日報》報道，我國600多座主要城市每年產生垃圾1.6億t，人均垃圾年產量440kg，且以每年超過10%的速度增長，其中能夠進行無害化處理的占66%，近1／3的垃圾只能進行簡單填埋。這些城市已堆放或填埋各類垃圾80億t，垃圾堆存累計侵占土地5億m2，有2／3的城市被垃圾群包圍。治理城市垃圾不僅是我國也是世界各國面臨的重大環境問題。

采取垃圾焚燒方法可使生活垃圾減容85%以上，而且燃燒后的爐渣也是可再次利用的資源，因此垃圾焚燒處理能最大限度地延長現有垃圾填埋場的使用壽命。同時，由于人們生活水平的不斷提高，生活垃圾中的可燃物、易燃物的含量大幅增長，提高了生活垃圾的熱值，為發展生活垃圾焚燒技術提供了先決條件。而且，通過垃圾焚燒處理，也節約了其他不可再生能源［1］，為國家和社會的可持續發展做出了巨大的貢獻。

二噁英類化合物的生成溫度為180～400℃，分解溫度在750℃，一般在800℃以上即可大量分解［2］。現代的垃圾焚燒爐一般都可以保證煙氣溫度在850℃持續2s以上，這樣的高溫環境足以讓大多數二噁英分解，同時煙氣凈化系統進一步處理，理論上能夠滿足國家要求的合格排放標準。

我國東部地區垃圾的平均熱值大約在4200～5000 kJ／kg左右，進入焚燒爐時的垃圾熱值還有不同程度的提高［3］。較高的熱值為鍋爐爐溫和蒸發量的穩定打下了堅實的基礎。目前，垃圾焚燒成本較高，但是在政府財政補貼的幫助下，垃圾焚燒處理還是有一定的利潤空間的。而且在2011年3月23日，溫家寶總理主持召開的國務院常務會議上，要求推廣廢舊商品回收利用、焚燒發電、生物處理等生活垃圾資源化利用方式［4］。所以有充足的理由認為，垃圾焚燒行業會取得進一步的發展。

2 垃圾焚燒鍋爐運行技術

綜合國內多家垃圾電廠運行情況以及國外垃圾電廠的統計數據分析，爐排式鍋爐所出現的運行問題集中體現在3個方面：第一是非計劃停爐次數較多；第二是連續運行周期短；第三是爐溫不穩定，波動較大。

2.1 垃圾吊崗位原因

在垃圾焚燒發電廠，為了提高垃圾池的使用率，也為了更好地發酵垃圾，滿足鍋爐燃燒所需要的垃圾入爐量，必然要求垃圾吊車運行人員具備較高的工作強度，同時垃圾吊車磨損速度比較快。一般而言，垃圾吊主要負責以下幾方面：將入廠垃圾抓放至發酵區合理堆放發酵并清理出不同發酵區之間的排水溝；翻松并混合不同發酵程度的垃圾，將之合理投入鍋爐；清理轉移垃圾池底部過于潮濕的垃圾至新垃圾發酵區［5］。

垃圾吊工作人員在高強度的工作條件下，極容易疲勞，如果垃圾吊設備質量和安裝質量較差，再加上由于垃圾池內惡臭極重，檢修和運行人員很少進去巡檢，容易發生一些故障。比較典型的狀況包括：垃圾吊電纜掛斷破損、鋼絲繩掛斷破損、抓斗損壞、油缸漏油、行車軌道損壞、垃圾吊限位器故障、垃圾吊變頻器故障等狀況。這些狀況都將導致垃圾吊不能運行，鍋爐無法投入垃圾，即使勉強能投，也不能保證所投垃圾是合理的垃圾。這直接導致了鍋爐運行的不穩定，甚至不得不壓火停爐。

2.2 推料器故障

垃圾焚燒爐一般包括進料斗、落料槽、推料器、爐排、爐排下灰斗和風室。而推料器作為鍋爐運行承前啟后的一環，作用顯得尤為重要。在運行期間一旦發生故障則很難處理。因此，大多數垃圾焚燒發電（供熱）廠家都會在啟爐前對推料器做詳細檢查并做活動實驗。但是，所做的活動實驗是沒有垃圾負荷，沒有高溫膨脹的。

其典型故障主要包括活動部件卡死、滾動部件或軸承損壞、推料器不同步、限位器故障。造成這些故障的原因有推料器嚴重超負荷運行、檢修不到位、設備有質量缺陷、垃圾夾雜有過大過硬過重塊狀物、限位器脫落。

通過查閱歷史運行日志，筆者發現很多臺垃圾焚燒爐曾在啟爐過程中因為推料器故障而不得不終止啟爐。在正常運行時，也會因為推料器不動或行程故障導致無法及時向爐排提供垃圾，造成鍋爐運行的起伏波動過大甚至不得不停爐。

2.3 爐排故障

目前國內應用較多的爐排式焚燒爐有逆推式爐排焚燒爐、順推式爐排焚燒爐、水平雙向推動式爐排焚燒爐、滾筒式機械爐排焚燒爐、組合式爐排焚燒爐、兩段式爐排焚燒爐、三驅動逆推式爐排焚燒爐，等等。因篇幅有限，筆者只就SLC－400－4.0／400兩段式爐排焚燒爐進行分析，該型鍋爐包括逆推爐排14級、順推爐排6級，爐排片的材料為耐熱鑄鋼，爐排傳動采用的是液壓驅動，其單列爐排結構見圖1。

圖1 單列爐排實例

如圖1所示，該型爐排結構是目前我國爐排爐應用最為廣泛的爐排類型之一，其故障情況具有很強的代表性。

爐排發生的典型故障包括爐排行程故障、爐排動作卡澀、爐排風孔結焦堵塞、爐排片翹起并偏移、推力機械系統故障。故障原因為運行調整理念和方式錯誤、嚴重過負荷、檢修水平不足、設備老化以及質量問題。

爐排作為垃圾焚燒爐最為昂貴的部件之一，它的磨損和故障率在生產成本中占有重大比重，甚至有可能因此而大量占用生產管理部的檢修資金。而且，運行中的爐排一旦發生機械故障，即使是靠近入孔門的順推爐排故障，也將帶來極大的額外工作量，甚至不得不因為無法繼續運行導致停爐。由于爐排的貴重程度，部分企業在停爐檢查的時候對爐排非常認真地檢查，但對風室內的爐排工字梁等活動部件以及風孔的暢通檢查程度有所不足。

需要強調的是，目前爐排的故障多數都是由于停爐期間檢修水平不足，鍋爐運行人員調整不合理、運行理念錯誤導致的。以爐排風孔結焦堵塞故障為例，檢修人員在停爐期間務必要認真清理，保證暢通。同時運行人員要保證運行期間一次風壓合理，爐排溫度正常。圖2為爐排風孔堵塞后高溫腐蝕的情況。

圖2 爐排高溫腐蝕實例

2.4 受熱面積灰嚴重

受熱面積灰是制約鍋爐運行周期最嚴重的問題之一，通常情況下垃圾焚燒爐運行半個月左右的時候，在尾部煙道受熱面即可觀察到顯著的積灰現象。其顯著特征是蒸發器前煙氣溫度顯著升高，在省煤器后的排煙溫度基本不變的情況下，鍋爐負荷嚴重降低。

積灰的形成和性質：正常的高溫燒結灰，屬于粘結性積灰。在鍋爐運行時，爐排上的垃圾被下部風室的一次風通過風孔和爐排間隙向上吹，大量的揮發分和細小顆粒被帶到了高溫煙氣中，為了保證煙氣中的揮發分能夠完全燒掉并增強煙氣擾動，也為了保證煙氣在800℃持續2s以上，投用的二次風使揮發分在第一燃燒室中上部再次燃燒，使煙氣溫度在受熱面前溫度一直比較高。所以說積灰主要是在各種管道迎風面形成，并沿著氣流方向大量生長。由此可見，積灰的程度主要受兩點影響：一是一次風量，決定了煙氣流速、揮發分以及細小顆粒量；二是煙氣溫度，決定了煙氣中的灰分是否會達到熔點溫度，在受熱面上燒結，圖3為凝渣管的積灰圖片。

圖3 凝渣管積灰實例

積灰一般呈土黃色，表層相對疏松，有很多的間隙，底層比較堅硬密實，具有很高的燒結強度。積灰整體呈梳狀，硬而脆，一旦形成后一般吹灰器很難清除［6］。這種積灰會引起管束阻力不斷地迅速增長，從煙道蒸發器前后的負壓壓差的數值能夠很明顯地看出，甚至會發現煙道幾乎完全堵塞，最終被迫停爐。

2.5 燃燒理念的影響

垃圾作為一種相對低熱值的燃料，其運行理念主要體現在對不同類型的垃圾采用不同的調整方式。垃圾焚燒爐所燒的生活垃圾主要以熱值來區分，細化起來有4大類，分別是春、夏、秋、冬4類垃圾。在每一類里又有5種不同的細化方式，分別是發酵時間、堆放層面、含水量、含灰量，以及垃圾的可燃成分的比例。其中又有極端天氣造成入廠垃圾熱值波動較大。所以統計起來，鍋爐運行值班員要對至少20種垃圾采取不同的運行調整方式。

例如在冬季燒垃圾時，典型特征是含灰量大、發酵環境溫度低、含水量較少。如果發酵時間不足，垃圾揮發分較少。部分鍋爐運行值班員為了達到入爐能量的穩定，會增加爐排燃燒垃圾的厚度，而為了保證一次風能穿透垃圾，又需要加大一次風量。但是由于垃圾含灰量大，所需要的一次風量非常大。這樣的結果主要有3點危害：一是一次風量變化特別大，需要不斷地調整風室的風門和爐排速度，不利于鍋爐值班員的調整，因為爐排爐反應的滯后性，任何調整都會在一段時間后表現得很明顯，爐溫和負荷非常難以有效掌握。二是較高的一次風，會造成煙氣中的顆粒物非常多，造成受熱面積灰加快，同時增加煙氣凈化系統負荷，降低鍋爐運行周期，提高煙氣凈化物料消耗。三是增加推料器和爐排的負荷，筆者曾見過推料器連接件10mm厚的槽鋼在運行期間被硬生生撕裂，因此推料器和爐排過負荷后果十分嚴重。

垃圾焚燒的調整理念以穩定運行為主，從源頭把握好垃圾的質量，及時清理垃圾池導排溝、保證發酵時間（一般而言發酵時間夏季不少于3d，冬季不少于7d），在鍋爐燃燒調整上以滿足環保指標為前提，加強去現場看火，及時調整爐排速度和一次風量，一切調整以勤調整、微調整為主，合理布料，根據料層的穿孔程度進行一次合理風量配比。

燃燒理念的科學正確與否對垃圾焚燒日常運行的穩定和效率非常重要，直接表現在爐溫和負荷的起伏波動，一旦調整得不及時，甚至需要投用噴油燃燒器才能調整過來。另外，燃燒理念對環保指標的影響可以說是決定性的，二噁英的分解大部分還是靠高溫煙氣來進行，環保是垃圾焚燒發電廠生存的根本，因此進一步推廣科學燃燒理念至關重要。

2.6 其他相關輔助設備故障

影響垃圾焚燒爐的長期運行的重要輔助設備主要包括一次風機、二次風機、引風機、冷渣機、冷渣機出渣的振動輸送機、煙氣處理系統。這些設備沒有備用設備，其故障率對鍋爐正常穩定的運行是致命性的。運行值班員和檢修人員要對這些重要設備勤于巡檢、認真巡檢，嚴密注意潤滑油位、電機和軸承等溫度。

3 結語

我國的垃圾大多數都沒有經過分類，由于成分復雜，導致處理成本一直居高不下。目前國外發達國家已經在努力推廣燃燒分類垃圾。分類過的垃圾在處理上能有更好的針對性。目前我國已經在部分城市開始試點垃圾分類處理，相信在不久的將來，我國的分類垃圾焚燒行業會普及到各大城市，為社會和自然的和諧相處做出巨大貢獻。

［1］李建政.環境毒理學［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［2］張 益，趙由才.生活垃圾焚燒技術［M］.北京：化學工業出版社，2000.

［3］白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［4］付 龍，袁 悅.溫家寶主持召開國務院常務會議［N］.人民日報，2011－03－24.

［5］保利協鑫徐州再生能源發電有限公司.鍋爐設備運行標準［R］.徐州：保利協鑫徐州再生能源發電有限公司，2011.

［6］孫 巍，馬增益，嚴建華，等.垃圾焚燒爐尾部受熱面積灰及其抑制方法分析［J］.能源工程，2006（1）：27～29.