爐排垃圾焚燒爐受熱面結焦分析及控制措施

宋劍華，鄭小騰，虞惠豐

（紹興市特種設備檢測院，浙江紹興 312071）

0 引言

隨著國內經濟的高速發展，生活垃圾產生量不斷增加，侵占了大量的土地資源，很多大中型城市面臨著“垃圾圍城”的困擾。垃圾焚燒處理是目前國內外應用最普遍的垃圾處理方法，此方法的最大優點是垃圾無害化、減容化、資源化處理。目前，垃圾焚燒處理使用較多且運行較為穩定的是機械式爐排垃圾焚燒鍋爐，該爐最大特點是單爐日處理垃圾容量大，入爐垃圾不需分揀，適應中國目前高水分、低熱值城市生活垃圾的焚燒[1]。然而由于國內垃圾分類推廣仍然處于初級階段，垃圾混合收集模式使得入爐的垃圾成分復雜、水分高、熱值波動大，對鍋爐連續穩定運行提出了很大的挑戰，垃圾焚燒鍋爐實際運行過程中經常出現結焦問題。

1 結焦對鍋爐運行的影響

結焦對鍋爐運行造成以下3個方面的影響：①經濟性方面：鍋爐運行中出現結焦情況，會造成鍋爐蒸發量降低，從而影響鍋爐的出力[2]。同時，結焦還會降低鍋爐效率，尾部煙道受熱面積灰會導致熱阻上升，降低鍋爐出力，同時會增加煙氣流動阻力，導致鍋爐用電率上升；②安全性方面：鍋爐清焦多為有限空間作業，有時為了搶時間而伴隨著高溫、高空作業，對作業人員的生命安全及身體健康都有潛在的風險；③環保性方面：由于結焦導致鍋爐運行周期縮短，間接增加了鍋爐壓火及啟停爐次數，在這些工況下，由于爐膛內溫度偏低，垃圾未完全燃燒的概率大大增加，使得CO、二噁英等污染物生成量顯著提高[3]。

2 受熱面焦塊特性分析

以某熱電廠一臺垃圾焚燒鍋爐（型號SLC400-5.3/450）為研究對象，采集該鍋爐受熱面結焦最嚴重的蒸發器灰斗處焦塊作為樣品，采用X射線衍射儀對樣品進行物相測試，并通過軟件對物相進行定性及定量分析。

（1）對樣品進行處理，用研缽研磨后采用D8 Advance X射線衍射儀對樣品進行物相測試，測試參數：掃描角度范圍20°～100°，步長0.02°，每步時間0.3 s，測試結果見圖1。

圖1 XRD原始測試圖譜

（2）采用Bruker Diffrac EVA軟件進行物相定性分析，定性分析結果見圖2。

圖2 物相定性分析結果

（3）采用Bruker Diffrac Topas軟件進行Rietveld全譜擬合精修處理，由于衍射峰嚴重重疊，利用單峰定量困難，經過全譜擬合精修處理，得到各礦物量的含量：該樣品主要由石英、硅灰石、輝石、歪長石和鎂黃長石組成（含量超過80%），其余礦相含量不超過10%（圖3）。

圖3 物相定量分析結果

雖然煤和生活垃圾差異很大，但生活垃圾與煤結焦的成分相似，用煤結焦判別指數判別生活垃圾的結焦程度具有很高的參考價值。

結合表1，根據焦塊樣本測試數據計算判別指數，得出硅鋁比SiO2/Al2O3為2.57，可以得出該鍋爐垃圾焚燒有較重的積焦傾向。而實際運行中的垃圾焚燒爐由于運行工況、垃圾成分變化較大，產生的粘結性積灰對受熱面的影響較大，生長快且難以清除，這將增加鍋爐結焦的程度[4]。

表1 煤結焦判別指數

3 延緩鍋爐結焦的措施

在日常運行過程中，通過采取以下積極措施，可以有效降低鍋爐結焦的速度，提高鍋爐的運行周期。

3.1 控制爐膛溫度

有時為了追求負荷、垃圾焚燒量等經濟指標，可能會投燒超過鍋爐設計焚燒量的垃圾，導致爐排爐的爐膛溫度超過1100℃甚至到1200℃，因此控制爐膛溫度能大大降低爐膛結焦的可能性。

3.2 合理配風

風量過大，會造成排煙熱損失增加，同時將更多的飛灰從爐排帶到上部爐膛，甚至尾部煙道，提高結焦的可能性；風量過小，一方面垃圾燃燒不完全，造成燃料熱值的損失，另一方面爐膛中形成還原性氣氛，降低灰渣的軟化熔融溫度，使結焦過程更容易發生。因此，鍋爐運行中應時刻關注爐膛出口煙氣含氧量的變化，將其控制在5%～8%。

3.3 定期吹灰

現實中存在因生產管理上的疏忽，對鍋爐吹灰制度的貫徹落實沒有進行有效監督，導致出現鍋爐停爐檢修后短短十幾天就因受熱面積灰而必須停爐清灰的情況。因此，鍋爐運行中應保證每個班至少1～2次吹灰，及時吹掉較為松散的初始積灰層。

3.4 垃圾預處理

積極推行垃圾堆垛管理和垃圾均質化工作，降低入爐垃圾熱值的波動性。首先通過垃圾堆垛管理，降低垃圾的水分和熱值波動性；然后通過垃圾磁選、粗破、細破等一系列預處理措施，使入爐垃圾熱值逐步提高，熱值波動性逐步降低。

3.5 使用結焦抑制劑

電廠使用了某公司的結焦抑制劑產品，將鍋爐結焦抑制劑噴入結焦前側，鍋爐結焦抑制劑迅速轉化為藥劑煙霧，附著在受熱面上并與焦渣發生化學反應，使用一段時間后有以下兩方面的明顯作用。

（1）與高溫干式結渣發生化學反應使結渣變酥松易粉化，隨煙氣排走；中和低溫濕式結渣的硫酸，抑制劑的含鈉成分濺射在焦渣硬積物上形成低熔物，使焦塊的分解溫度降低，分解速度加快。改變焦塊，使焦塊變多孔酥松翹起，在煙氣沖擊下形成瞬間分解微爆，使焦塊自動脫落。

（2）各部分受熱面上形成一層防腐膜，降低煙氣硫酸露點，保護受熱面免遭腐蝕，延長鍋爐使用壽命。防止和除去爐膛火磚面上的焦碳，減輕除垢工作量，延長耐火磚使用壽命。催化燃燒并減少受熱面上的結碳，延長打煙管周期，減小勞動強度。受熱面傳熱道全面改善，提高鍋爐熱效率，降低能源消耗，提高經濟效益。