高參數垃圾焚燒余熱鍋爐的設計分析

喬月平　張建東

摘? 要：在我國社會經濟不斷發展的背景下，我國城市人口數量逐漸增多，城市運行壓力也在不斷增加，垃圾處理作為城市基礎建設中的重要環節，需要采用焚燒措施將垃圾進行處理，但是我國城市垃圾生產總量在不斷增加，對于垃圾焚燒余熱鍋爐的性能要求在不斷提高，所以需要具有更高參數的垃圾焚燒鍋爐，才能夠滿足城市垃圾實際處理需求。因此，本文對高參數垃圾焚燒余熱鍋爐的設計進行深入地研究與分析，并提出一些合理的意見和措施，旨在進一步促進我國城市垃圾處理效率和質量提升。

關鍵詞：高參數;垃圾焚燒;余熱鍋爐;設計方案;優化措施

1垃圾焚燒處理的基本特點分析

垃圾焚燒處理方式具有處理量較大、無害化、減量化以及資源化的特點，且通過焚燒垃圾所產生的熱量能夠回收利用，所以在我國城市垃圾處理中的應用日益廣泛，具有以下幾項技術優勢：（1）焚燒處理方式的綜合效率較高，且受到外界環境影響較小，能夠實現不間斷處理。（2）焚燒處理方式的消毒更為徹底，且處理穩定化程度較高，衛生條件較好，垃圾經過焚燒處理后，其中村子的病毒、細菌等會在高溫條件下被徹底消滅，氨氣以及有機質會被高溫條件所分解，處理后的殘渣可以回收利用或采用填埋處理方式，綜合效益較好。（3）焚燒處理方式減容效果較少，減容量可以達到80%左右，能夠節省垃圾儲存用地，從而提高土地資源利用率[1]。（4）焚燒處理方式具有較高的經濟效益，且不需要占用過大的場地，具有良好的發展前景，近些年來衛生填埋費用不斷增加，焚燒處理方式也就相應地被采用，且垃圾通過充分燃燒后，熱量以及殘渣等都能夠被回收利用，整體資源利用率較高，且能夠在市區內建設垃圾焚燒處理廠，節省垃圾運輸費用，具有較高的綜合經濟效益[2]。

2高參數垃圾焚燒余熱鍋爐設計分析

2019年H市市政垃圾處理廠需要一臺參數較高的垃圾焚燒余熱鍋爐，根據其實際的處理情況需要，設計了單臺處理能力為500t/天的垃圾焚燒生產線，1臺9MW發電機組，能夠處理的生活垃圾總量約為18萬t/a，年額定運行時間為8000h。

2.1燃料垃圾特性分析

燃料垃圾主要是沒回、陶瓷、磚瓦、泥土、廚余垃圾、動物殘渣、紙張以及織物等，下表為其具體元素分析。

2.2高參數垃圾焚燒余熱鍋爐參數

（1）余熱鍋爐型式：單鍋筒自然循環和臥式布置結構

（2）數量：1套

（3）鍋爐技術參數：

垃圾焚燒處理量：500t/天

余熱鍋爐入口煙氣量（設計）：93kNm?/h

余熱鍋爐入口煙溫度（設計）：1050攝氏度

總熱量（設計）：36MW

額定蒸發量（設計）：42t/h（低位發熱值8000kJ/kg）

過熱蒸汽溫度：450攝氏度

過熱蒸汽壓力：9.8MPa（壓力表）

鍋筒工作壓力：4.5MPa（壓力表）

鍋爐效率：≥85%

一次風溫度（設計）：250攝氏度

二次風溫度（設計）：150攝氏度

給水溫度：120攝氏度

2.3余熱鍋爐設計概述

該高參數垃圾焚燒余熱鍋爐采用自然循環水管鍋爐、臥式結構與頂部懸吊結構，余熱鍋爐主要由鍋筒、水管系統、上升管系統、下降管系統、兩級蒸發管系統、過熱器系統、省煤器系統以及汽水管理系統所構成。余熱鍋爐整體采用路墻結構，內部有耐高溫、耐腐蝕以及耐磨保護層，外部有保溫、防腐保護層。在上方，設計為具有耐火性、耐磨性以及抗腐蝕性的內襯膜式水冷壁所組成的垂直輻射煙道，從而能夠保證850攝氏度煙溫度不低于2s的焚燒條件，從而能夠保證垃圾充分燃燒[3]。水冷壁材質和高溫過熱器材質采用310S高抗腐蝕合金，從而能夠提高水冷壁防腐效果。過熱器沿煙氣方向的布置優化，設計4組過熱器結構：3級-4級-2級-1級布置方式，將過熱器放置在高溫過熱器之前，有利于保護高溫過熱器。過熱器節距的設計沿寬度方向3級節距220mm-4級節距200mm-2級節距150mm-1級節距150mm，以防止積灰，運行更加可靠。在煙氣溫度達到507攝氏度時，最大壁溫出現在第一排管，通過計算此時壁溫為451.5攝氏度，超過了腐蝕點。在對結構優化前，三次過熱器最大壁溫出現在煙氣入口區域，煙氣溫度為620攝氏度。在結構優化后，三次過熱器最大壁溫出現在煙氣口，煙氣溫度約為495攝氏度，相比于改進前降低了約125攝氏度，從而能夠降低高溫腐蝕作用。

為了保障鍋爐第一通道膜式水冷壁與爐體的膨脹性，采用了膨脹節連接方式。因為爐體焚燒設計結合了H市垃圾特點采用了風冷式結構，出口煙溫度較高，所以對膨脹節采用了耐高溫、耐磨以及耐腐蝕性的金屬材料，并且采用可較為可靠的保溫方式。第二和第三煙道設計為兩個耐火材料內襯形式，并在其下部設置水冷漏斗，從而能夠收集鍋爐焚燒所產生的飛灰。

在鍋爐的第一回程的垂直輻射段，采用具有耐火性的內襯材料，耐火材料覆蓋第一回程出口;在第三回程的垂直輻射段，主要采用膜式蒸發受熱面;在第四回程的水平對流區域，采用膜式蒸發受熱面、過熱器以及減溫器。

余熱鍋爐所產生的蒸汽溫度控制主要由減溫器負責，蒸汽溫度不能超過450攝氏度，否則會影響使用壽命，過熱器設置在一級蒸發管系統之后，能夠對入口煙氣溫度進行控制，使其溫度保持在600攝氏度以下，從而能夠延長余熱鍋爐使用壽命。本次余熱鍋爐內部結構設計良好，具有較高的垃圾焚燒效率，能夠滿足H市垃圾焚燒處理基本需求。

結束語

綜上所述，水冷壁煙氣溫度在600攝氏度以上區域采用堆焊，主要用在第二垂直煙道，第一垂直煙道采用澆筑材料進行保護，第三垂直垂直煙道的裸受熱面采用310S高抗腐蝕合金材料進行保護，同時在過熱器高溫端采用堆焊，這種設計方案能夠保證余熱鍋爐穩定運行，從而提高鍋爐運行穩定性和安全性，防止出現因腐蝕引起的爆炸等危險問題。

參考文獻：

[1]歐陽升.高參數垃圾焚燒余熱鍋爐技術問題分析[J].應用能源技術，2020，（002）：32-35.

[2]謝軍.垃圾焚燒發電余熱鍋爐設計額定負荷影響因素研究[J].發電設備，2020，（004）：253-256.

[3]焦志武，王小平.簡談500t/d機械爐排垃圾焚燒余熱鍋爐的設計[J].能源研究與管理，2020，42（01）：109-112.