垃圾焚燒余熱鍋爐受熱面改造實踐

郗青旗

（上海嘉定再生能源有限公司，上海201808）

我國在生活垃圾處理方面經過數十年的摸索逐漸形成了以焚燒為主，填埋和堆肥為輔的處理方式，同時在行業(yè)內也逐步達成了通過生活垃圾的高溫焚燒，利用其產生的余熱發(fā)電，能夠全面實現垃圾處理減量化、資源化、無害化目標。對于生活垃圾焚燒發(fā)電項目，最關鍵的設備就是垃圾焚燒爐，垃圾焚燒爐的型式和運行工況直接影響到整個垃圾焚燒發(fā)電項目各項環(huán)保和經濟運營指標，而對垃圾焚燒爐的運行工況產生最主要的影響就是焚燒爐垃圾設計熱值的選取。如果生活垃圾設計熱值與實際焚燒生活垃圾的熱值偏差較大，則焚燒爐在運行中就非常容易出現超溫和結焦。目前國內大部分垃圾焚燒發(fā)電項目都存在超溫結焦的問題，因此如何減緩生活垃圾熱值偏差帶來的影響就成了關鍵所在。國內某垃圾焚燒發(fā)電項目對此進行了嘗試并取得了一定的效果，同時也為其他垃圾焚燒發(fā)電項目如何應對生活垃圾分類后的影響提供了技術改造思路。

1 某垃圾焚燒發(fā)電項目設計參數

某垃圾焚燒發(fā)電項目設計規(guī)模為日處理生活垃圾1500 噸，配置三臺500 噸/日三菱馬丁機械爐排焚燒爐，配套四川川鍋鍋爐廠CG-500-54.17/4.0/400-LJ 余熱鍋爐，余熱鍋爐型式為單汽包、自然循環(huán)、臥式布置，額定蒸發(fā)量54.17t/h。

煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+袋式除塵器+濕法脫酸+GGH+ SCR（預留）”工藝，煙氣排放指標達到并全面優(yōu)于歐盟2000 標準和國家《生活垃圾焚燒污染控制標準》GB18485-2014 標準（表1）。

該垃圾焚燒余熱鍋爐型式為單鍋筒自然循環(huán)水管鍋爐，前吊后支、室內布置、微負壓運行的鍋爐。余熱鍋爐設置在焚燒爐上方，用來回收焚燒所產生的熱量。

2 焚燒爐技術改造的原因及目的

該垃圾焚燒發(fā)電項目在投運半年后，發(fā)現焚燒爐設計熱值與實際生活垃圾熱值存在一定的偏差，焚燒爐MCR 設計低位熱值為7315kj/kg，而實際入爐生活垃圾低位熱值超過8360kj/kg，造成爐膛溫度超溫致使鍋爐結焦較為嚴重，爐膛結焦影響受熱面換熱，并產生了以下一系列的影響：

余熱鍋爐蒸發(fā)量達不到額定蒸發(fā)量。因焚燒爐受熱面結焦影響換熱效率，運行中為了遏制焚燒爐結焦的速度，避免對焚燒爐安全和長周期穩(wěn)定運行造成影響，因此控制爐膛溫度，減弱了燃燒調整，導致運行負荷達不到設計的額定負荷；

余熱鍋爐高溫過熱器入口煙溫較設計值升高近30℃，兩級噴水減溫水量達到7t/h（減溫水調門開度接近70%，可調余量較少）；

由于焚燒爐結焦，鍋爐在運行過程中會發(fā)生焦塊掉落的現象，造成焚燒爐下方爐排機械損傷，形成一定的安全隱患。

圖1

圖2

針對上述問題，經多方面研究探討，決定在現有的焚燒爐基礎上對受熱面進行改造。計劃在焚燒爐內增加受熱面，增加鍋爐的換熱面積從而增加換熱量，以降低進入高溫過熱器區(qū)域的煙氣溫度，并可減少過熱器兩級噴水減溫水量，提升安全運行系數，同時也可以在處理同等垃圾量的情況下增加鍋爐運行負荷。

3 受熱面改造方案選擇與實施

該型號鍋爐在焚燒爐爐排上方布置有膜式水冷壁，高溫煙氣在水冷壁中經過三個垂直輻射通道和1 組蒸發(fā)器后進入臥式布置的水平對流區(qū)域，在水平對流區(qū)域煙氣依次經過三級五組過熱器，煙氣經過過渡煙道后進入立式支撐布置的兩級六組省煤器，最后排入煙氣凈化處理設備。三組過熱器之間分別設置兩級噴水減溫器（圖1）。

焚燒爐的高溫熱煙氣是經三個垂直輻射通道進入臥式布置的水平對流區(qū)域（三級五組過熱器）。

第一垂直輻射通道，由于垃圾焚燒爐在設計時要求焚燒垃圾產生的高溫煙氣必須在850℃環(huán)境下在第一垂直輻射通道滯留2 秒以上才能確保二英的完全分解，若在第一通道增加受熱面，勢必會降低高溫煙氣的流速，會增加不滿足垃圾焚燒爐控制二英技術要求的風險，影響到煙氣的環(huán)保達標排放。從專業(yè)角度出發(fā)，也可將第一通道內的澆注料去除部分以增加水冷壁的換熱面積，這也是最簡單的辦法，但同樣存在會降低爐溫的風險，尤其是在生活垃圾發(fā)酵不充分的情況下。因此在第一通道增加受熱面是不可行的，至于去除部分澆注料的方法，通過與鍋爐廠家技術人員探討，在滿足熱力計算和爐膛溫度的要求下可將第一通道頂部澆筑料去除部分，但是應嚴格控制在1 米左右。

第二垂直輻射通道，由于第二通道是由左右兩側模式水冷壁及前后側隔墻組成并無其它換熱設備，在第二通道增加受熱面將單獨增加下降管聯(lián)箱、上集箱及汽包聯(lián)絡管、下降管等設備。理論上雖然可行，但二通道內部空間較小，增加上述設備沒有空間，在設計和實際施工方面難度較大，因此在第二通道增加受熱面也不可行。

第三垂直輻射通道，第三通道由左右兩側模式水冷壁、前后側隔墻以及對流蒸發(fā)器組成，其中對流蒸發(fā)器占整個垂直通道1/5 左右，預留空間較大，可以利用現有蒸發(fā)器循環(huán)回路設備，再增加一組蒸發(fā)器，該改造無額外增加其他水循環(huán)回路設備，施工難度較小，因此在第三通道增加受熱面是可行的。

表2 受熱面改造設計參數

表3 受熱面改造前后參數對比

通過與各方溝通，經過理論計算最終選擇在第三垂直通道增加一組受熱面。如圖2 所示，在原來一組蒸發(fā)器的基礎上再增加1 組蒸發(fā)受熱面，虛線部分為新增受熱面。

單臺爐增加蒸發(fā)器受熱面管屏共計48 屏，每屏長*寬尺寸約2707mm*1547mm，受熱面管材材質采用20G，規(guī)格為φ42×5mm，經過理論計算增加的蒸發(fā)受熱面積約113m2（表2）。

另外考慮到第三通道煙氣阻力增加，易造成受熱面管束積灰，本次改造在新增的蒸發(fā)器上部兩側標高25400mm 水冷壁爐墻位置上增設兩臺蒸汽吹灰器，以確保清除蒸發(fā)器受熱面的積灰。

4 改造效果及運行數據

經過對受熱面進行一系列改造，通過近半年的數據收集，較改造前運行效果得到了如下提升。

改造后進入高溫過熱器區(qū)域煙氣溫度比改造前降低約30℃，兩級噴水減溫水量可減少約2t/h，達到減少過熱器吸熱量，減少兩級噴水減溫水量的目的；

增加了蒸發(fā)器受熱面積，鍋爐蒸發(fā)吸熱能力得到了有效提高，鍋爐負荷從改造前的90%左右提高到改造后超過額定負荷，入爐噸垃圾產汽量指標明顯上升；

余熱鍋爐排煙溫度比改造前下降3.17℃，排煙熱損失降低，使鍋爐效率有所提高（表3）。

該項技術改造總投資約300 萬元，從改造后的數據分析得出，三臺鍋爐的蒸發(fā)量平均每天增加100 噸左右，按汽輪發(fā)電機組汽耗4.7kg/kWh 和年運行8000 小時測算，在生活垃圾焚燒發(fā)電電價0.65 元/kWh 的基礎上，年增加售電收入約400 余萬元，該項目在保證安全效益和環(huán)保效益的基礎上，經濟效益明顯，達到了改造的預期。

結束語

生活垃圾焚燒鍋爐以生活垃圾為燃料，隨著我國居民生活水平的逐步提高，國內較多垃圾焚燒發(fā)電項目的入爐垃圾低位熱值相對設計（MCR 點）熱值會產生上偏差，導致運行鍋爐超溫結焦等一系列問題。通過對受熱面進行一系列合理的改造，可減緩因垃圾熱值MCR 點上偏差造成的不利影響，減緩超溫、結焦，減緩余熱鍋爐高溫承壓部件高溫腐蝕，提高鍋爐安全性和經濟性。

與此同時，隨著國內生活垃圾分類的逐步推進和完善，進入垃圾焚燒發(fā)電項目的垃圾將以干垃圾為主要成分，入爐的垃圾的熱值還會更高，因此隨著熱值逐步提高，生活垃圾焚燒項目也會采取一些技術改進措施，希望本文能對今后焚燒爐的改造帶來借鑒和引導意義。