南山垃圾發電廠垃圾處理設施升級改造

蘇　雷（深圳市能源環保有限公司，廣東　深圳　518000）

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南山垃圾發電廠垃圾處理設施升級改造

蘇雷
（深圳市能源環保有限公司，廣東深圳518000）

摘要：目前國內大多數的垃圾發電廠在鍋爐啟動階段和助燃階段均使用油燃燒器進行啟動或助燃，油燃燒過程中污染較大，因此，升級改造現有的余熱鍋爐以及汽輪發電機組系統是應對節能減排、應對能源和環境問題的首要任務。本文通過分析對余熱鍋爐以及汽輪發電機組的擴容改造，以滿足未來垃圾熱值繼續升高情況下，提高焚燒線垃圾處理能力。關鍵詞：垃圾焚燒；余熱鍋爐；汽輪發電機組改造

1. 改造背景

近年來，隨著深圳城市化水平的不斷提高，生活垃圾熱值普遍升高，機組現有容量較小，垃圾焚燒線的處理能力隨之下降，同時造成爐膛出口溫度普遍升高，同時造成爐膛出口溫度普遍升高，水冷壁受高溫腐蝕、管壁減薄速率加快，嚴重限制了垃圾焚燒處理量。我廠及時抓住這個良好的契機，抓緊實施天然氣燃燒器改造工程。大幅削減污染負荷量，改善和提高生態環境質量，具有較好的環境效益。

2. 垃圾焚燒余熱鍋爐改造

余熱鍋爐進行擴容改造，在第一煙道水冷壁管利用Inconel625鎳基焊接材料，采用冷金屬堆焊技術（CMT冷焊），降低爐膛出口溫度，解決水冷壁高溫腐蝕同時及鍋爐蒸發量。

（1）南山廠#2余熱爐第一煙道前、后墻及左右側墻水冷壁向火側內表面（包括水冷壁管（20G，GB5310-1995）及鰭片（Q235））CMT冷焊材料的采購、焊層表面預處理及施工，堆焊施工面積373.1㎡，施工面積分別從前墻上聯箱至下聯箱間管屏，后墻上聯箱至下聯箱間管屏，左右側墻下聯箱往上11.245m范圍管屏（不含上下聯箱），從管屏右側向左側開始計算。

（2）材料選擇及焊接規范

堆焊層材料選用進口的INCONEL625實芯焊絲（0.8mm～1.2mm），焊接材料含有制造廠的質量合格證書，質量要求符合JB/T3223-1996《焊接材料質量管理規程》的規定。

水冷壁管焊接前進行表面機加工處理，露出金屬光澤；使用CMT焊接系統，選用CMT焊接工藝模式，采用直流反接焊接規范，采用氬氦混合氣體保護，進行冷焊施工，堆焊層厚度小于2.5mm。

CMT冷焊（堆焊）技術是ColdMetal Transfer的縮寫，是在短路過渡基礎上開發的，同傳統的MIG/MAG等氣體保護焊相比熱輸出量更小。CMT技術必須結合Inconel625鎳基材料才能制作出最佳的垃圾鍋爐受熱面腐蝕防護層。Inconel625是一種對各種腐蝕介質都具有優良耐蝕性的低碳鎳鉻鉬鈮合金，但要保證其抗腐蝕性能，對鉬、鎳、鉻、鐵等金屬材料的含量都有嚴格要求，因此選擇合適的工藝參數是發揮其作用的關鍵，CMT焊接模式很好地解決了以上難題。采用CMT焊接系統在鍋爐主要零部件膜式水冷壁上堆焊一層高溫耐腐蝕鎳基Inconel625材料，堆焊層厚度控制在2mm左右，稀釋率可以控制在5%以下。

采用CMT焊接設備系統，采用直流反接焊接規范，氬氦混合氣體保護，核心為冷金屬過渡技術—全新的MIG/MAG焊接工藝，實現了送絲監控與過程控制的統一，低熱輸入量，無飛濺過渡。數字控制，程序多選，保證了自動焊接的準確性；氬氦混合氣保證優良的焊層性能，強制水冷系統控制焊接變形量并及時校正，脈沖同步氣體保護弧逆變電源的應用大大提升了使用鎳基焊材的自動化程序；盤繞填充金屬焊絲的機械特性，保證高效焊接的清潔度和優異的物理性能。CMT焊接選用離線方式組織施工。離線堆焊由于是在專用施工平臺進行操作，在合理的裝夾，穩定的軌道平臺，科學的施工界面、良好的冷卻循環等綜合因素的影響下能最大限度地保證堆焊質量，較之在線堆焊有著不可比擬的優勢。

（3）結合南山廠鍋爐實際運行狀況，取垃圾熱值1800Kcal/kg，給水側溫度、壓力與蒸汽側參數按額定設計狀況下計算，堆焊前后蒸發量由32t/h提高至37.2t/h，垃圾處理量由330t/d提高至380t/d，堆焊后垃圾處理能力和鍋爐蒸發量均有15%左右的提升，排煙溫度略有下降，鍋爐效率略有提高，受熱面部件平均溫壓降低，一二級減溫水噴量下降；另外爐膛出口上段出口煙溫堆焊前931℃，堆焊后799℃，堆焊后高溫腐蝕區溫度下降132℃，大大減弱了第一煙道上部水冷壁高溫腐蝕速率同時，實現了對余熱鍋爐進行增容改造。

（4）堆焊后過熱蒸汽參數滿足運行參數要求，爐膛出口“850℃，2S”符合設計標準，采用插值法，按高度平均溫度場，煙溫850℃，爐膛標高為：25039mm，煙氣停留時間在2s以上。堆焊前后熱力計算匯總結果理論上驗證了“通過第一煙道水冷壁堆焊延長水冷壁管屏使用壽命的可行性”。

3. 汽輪發電機改造

汽輪發電機組增容改造主要包括汽輪機部分及發電機部分。

3.1汽輪機部分改造內容主要包括：

（1）更換整個噴嘴組，增加噴嘴組個數，更換2-4級隔板及汽封，以適應改造后增加蒸汽流量。

（2）重新設計加工新的配汽機構、蒸汽室蓋、調節閥、提升板、提桿、配汽機構、油動機及附件等。以適應擴容后，在更大蒸汽流量下的運行要求。

（3）更換前汽封第一級套筒及汽封圈，平衡改造后的軸向推力。

（4）消除機組缺陷部分，如修復盤車系統，恢復機組自投退功能等。

3.2發電機部分考慮到現有發電機容量擴容量有限、改造工程量大及時間周期長等問題，經研究決定將購買新發電機替換現有小容量機組。

4. 天然氣燃燒器設備改造

原8套油燃燒器設備需全部拆除，重新購置8套全新的天然氣燃燒器設備。4臺啟動燃燒器采用緊湊的一體式結構。每臺燃燒器額定流量為160NM3/H，功率為1.5MW。4臺輔助燃燒器采用分體式結構，每臺燃燒器額定流量為600NM3/H，功率為6MW。

5. 垃圾處理設施整體提標改造效果

5.1垃圾焚燒余熱鍋爐

（1）可實現的預期成果

垃圾處理量及鍋爐蒸發量提升15%，爐膛出口溫度下降，解決水冷壁高溫腐蝕同時，實現對余熱鍋爐擴容改造，滿足未來垃圾熱值繼續升高情況下，焚燒線滿足垃圾處理能力，另外水冷壁CMT冷焊（堆焊）后延長水冷壁管屏使用壽命，保證機組長周期穩定運行。

（2）改造關鍵技術指標

堆焊前后蒸發量由32t/h提高至37.2t/h，垃圾處理量由330t/d提高至380t/d，堆焊后垃圾處理能力和鍋爐蒸發量均有15%左右的提升，排煙溫度略有下降，鍋爐效率略有提高，受熱面部件平均溫壓降低，一二級減溫水噴量下降。

爐膛出口上段出口煙溫堆焊前931℃，堆焊后799℃，堆焊后高溫腐蝕區溫度下降132℃，大大減弱第一煙道上部水冷壁高溫腐蝕速率。

堆焊后主汽參數滿足運行要求，爐膛出口“850℃，2S”符合設計標準，采用插值法，按高度平均溫度場，煙溫850℃，爐膛標高為：25039mm，煙氣停留時間在2s以上。

堆焊前后水冷壁管屏使用壽命由2年延長至至少6年，避免水冷壁泄漏事件發生，保證鍋爐長周期安全穩定運行。

（3）改造完成后可以達到的經濟、環境指標

①余熱鍋爐擴容15%，日均焚燒量增加50t，年增加垃圾處理量16650t，增加經濟效益246萬元，年發電量增加633萬度，增加經濟效益367萬元，合計增加經濟效益613萬元。

②水冷壁管屏使用壽命延長至6年（原使用周期不足2年），至少減少3次因水冷壁泄漏導致機組停運事件造成的經濟損失，每次停運從檢修到啟動至少需3天時間，間接增加垃圾焚燒量1140t，增加經濟效益17萬；間接增加發電量46.8萬度，增加經濟效益27萬，合計間接增加經濟效益44萬。

以上共計增加垃圾處理量17790t，增加發電量679.8萬度電，共計增加經濟效益657萬元。

5.2汽輪發電機組部分

南山廠垃圾焚燒處理量因垃圾熱值的提高及汽輪發電機組容量限制的影響，目前日均實際焚燒量約為660t/d，按汽輪機帶額定負荷12MW，蒸發量為64t/h，可以計算得出噸垃圾蒸汽量約為2.3t（蒸汽）/t（垃圾），意味著焚燒一噸垃圾產生約為2.3t的蒸汽量。

汽機增容改造后，鍋爐額定蒸發量將會由額定的64t/h，增加至78t/h，每小時蒸發量增加接近14t，按南山廠設計年有效運行時間8000小時計算，可得如下數據：

增加年焚燒垃圾量=14×8000/t垃圾蒸汽量=48696t，增加經濟效益720萬。

結論

綜上所述，垃圾處理設施整體改造后，可實現年垃圾處理量增加66486t，增加發電量679.8萬度電，共計增加經濟效益1377萬元，上述數據反映了，整體改造后，垃圾焚燒處理量大大增加，發電量也有了很明顯的提升，社會的環境效益十分明顯，經濟效益十分可觀。

參考文獻

［1］張忠凱，林英，敖建軍.余熱鍋爐的綜合節能技術改造［J］.石油和化工節能，2008（1）：24-26.

［2］楊利民，李愛華.汽輪機節能和增容改造的可行性分析［J］.中國電業（技術版），2013（1）：30-32.

中圖分類號：TM619

文獻標識碼：A