某中溫次高壓垃圾焚燒爐結焦原因及對策分析

谷占軍

（原陽縣康恒環保能源有限公司 河南新鄉 453000）

垃圾焚燒發電在解決“垃圾圍城”難題的同時，還為經濟發展提供了綠色能源，率先在我國東南沿海經濟發達地區應用推廣。項目運行后，在助力當地經濟發展和生態文明建設方面發揮著重要作用，人們對垃圾焚燒發電行業的認知也有了提升，有效破解了“鄰避效應”。近年來，我國中西部經濟欠發達地區垃圾焚燒發電行業也得到長足發展。隨著這些地區的項目相繼投運，反饋鍋爐結焦問題普遍存在；分析發現受區域經濟發展影響，這些地區生活垃圾熱值相對較低，鍋爐焚燒工況調整難度大。結焦問題嚴重影響焚燒爐經濟、穩定運行，已成為經濟欠發達地區垃圾焚燒發電企業亟待解決的問題。

1 鍋爐概況

某垃圾焚燒發電廠設置2 臺300 t/d 垃圾焚燒機械爐排爐，余熱鍋爐為立式單汽包自然循環鍋爐，布置4 個垂直煙道，第一、二煙道為沒有對流的膜式壁，其中第一煙道由內襯耐火材料的膜式蒸發受熱面組成。第三煙道為膜式壁，內部沿煙氣流向布置高溫過熱器、中溫過熱器、低溫過熱器和蒸發管束。第四煙道為護板結構，內部裝有五級省煤器管束。第二、三煙道下設置非水冷式灰斗，內部襯有耐火材料，煙氣出口設計溫度為190 ℃～220 ℃。在低溫過熱器、中溫過熱器之間設置一級噴水減溫器，在中溫過熱器、高溫過熱器之間設置二級噴水減溫器，用來調節過熱器出口汽溫，汽包內部采用波形板和旋風分離器裝置。

該項目已投運3 年，運行發現，爐膛側墻及焚燒爐出口喉部易結焦，其中焚燒爐出口喉部位置結焦嚴重；在定期在線清焦的情況下，曾出現3 個月結焦量堵塞1/2 通流截面積的情況，2 臺焚燒爐均經歷過因結焦嚴重而被迫停爐。

2 結焦的機理

結焦的過程與灰分的熔融特性、爐內空氣動力場的組織、爐膛溫度等因素相關，其中灰分的熔融特性決定了其結焦性，通常用初始變形溫度DT、軟化溫度ST、半球溫度HT、流動溫度FT 來表征。在軟化溫度ST 下，受熱面上的積灰分就會粘結形成結焦［1］，灰分流動溫度FT 與初始變形溫度DT 的差值越小，越易在鍋爐受熱面形成熔融結焦。垃圾焚燒爐積灰熔融點測試結果表明，各部位灰渣中焦塊熔點最低，且ST-DT=4 ℃、FT-HT=6 ℃，差值較小；當積灰達到初始變形溫度后，會迅速軟化、流動，加速結焦進展，垃圾焚燒爐積灰的軟化溫度ST 為1 165 ℃［2］；如果煙氣中的灰分在鍋爐換熱面進行熱交換后自身的溫度仍未被冷卻至軟化溫度ST 以下，就會以熔融狀態附著在換熱面上，最終形成結焦。

飛灰的宏量成分為CaO 和SiO2，其氧化物共熔點一般為1 200 ℃～1 400 ℃［3］；俞海淼等［4］研究表明，灰分中CaO、Al2O3/MgO/ZnO、SiO2等反應生成的鈣化合物所形成的低熔點共熔物相的存在是結焦形成的主要原因；而在遠低于灰分熔點條件下，爐膛受熱面積灰的內部已經有部分礦物發生局部熔融燒結，引起礦物質顆粒相互粘連，為結焦創造了條件。爐內一旦有結焦跡象，灰分與受熱面傳熱受阻，呈熔融狀態的高溫渣層表面不斷粘結灰粒，結焦速度加快、能在較短時間內引起爐膛負壓減小、鍋爐傳熱惡化、煙氣溫度升高、爐膛溫度檢測熱電偶溫度傳輸異常等問題，甚至造成被迫停爐的嚴重后果。

3 結焦原因

3.1 燃料品質不佳

垃圾作為鍋爐的燃料，其成分決定著燃料熱值的大小，燃料的熱值低是造成鍋爐結焦的一個重要因素。該項目為北方經濟欠發達地區的縣域生活垃圾焚燒發電廠，主要收集城鎮和鄉村生活垃圾，城鎮生活垃圾以塑料、廢舊紙品、紡織衣物及廚余垃圾為主，熱值相對較高；而鄉村生活垃圾中除高熱值垃圾較少外，灰塵含量較大，垃圾整體熱值低。垃圾發酵質量直接影響燃料的含水率，垃圾倉管理因素有造成燃料含水率不穩定的可能。垃圾成分和含水率決定了燃料的品質，低品質燃料直接影響燃燒工況的調整頻次，對預防結焦不利。

3.2 爐膛溫度控制不當

為使垃圾焚燒過程產生的二噁英等有害物質徹底分解，需將爐膛煙氣溫度控制在850 ℃以上，停留至少2 s；當爐膛測量溫度在850 ℃時，火焰中心溫度已達1 100 ℃。在實際運行調整中，為滿足環保對爐膛溫度控制要求，爐膛溫度穩定在950 ℃以上，此溫度下火焰中心的溫度遠高于1 165 ℃的渣塊軟化溫度ST，灰分易軟化熔融產生流焦，并在鍋爐換熱面形成結焦。當監測爐溫的熱電偶掛灰或掛焦時，測點溫度與爐膛實際溫度存在負偏差，爐膛實際溫度會更高，灰分更易于熔融結焦。研究表明，燃燒調整致使爐膛溫度過高是導致垃圾焚燒發電廠鍋爐結焦的又一主要因素［5］。

3.3 鍋爐配風不合理

配風方式和配風量對燃料穩定燃燒至關重要。在運行調整中，為了控制煙氣中NOx 濃度，多維持低氧運行。當爐膛內部氧含量相對較低時，爐膛內局部形成還原性氣體，灰分熔點降低，加劇鍋爐結焦［6］；配風量過大，爐膛內部煙氣溫度迅速升高，就會有高溫腐蝕、結焦的風險；風壓或風速偏低，灰分氣流速度變慢，灰分容易粘附在受熱面上形成積灰，影響換熱效果，若吹灰不及時或不徹底就易結焦［7］。爐膛漏風會使進入爐內風量增大，爐膛溫度降低，為維持爐膛溫度往往會采取投用輔燃的措施，輔燃周圍局部溫度升高，易造成輔燃附近爐墻結焦。

3.4 吹灰清焦不及時

煙道受熱面吹灰不及時或吹灰不徹底，積灰阻礙煙氣換熱，煙氣溫度升高，為鍋爐結焦創造條件。即使發現受熱面有結焦跡象，因受爐溫控制等條件限制，在線清焦工作進展緩慢，在線清焦不及時或不徹底均有造成鍋爐大面積結焦可能［8］。

4 應對策略

4.1 加強垃圾倉管理，提供高品質燃料

盡可能減少鄉村垃圾收集過程中渣土的摻入，從源頭減少垃圾粉塵的含量，提高垃圾熱值。投料前，將高熱值城鎮垃圾與低熱值鄉村垃圾進行充分攪拌，混合均勻，穩定燃料熱值。加強垃圾倉管理，根據季節和氣溫變化情況適當調整垃圾發酵時間，確保垃圾發酵充分，滲濾液導排順暢，減少燃料的含水率，提高燃料熱值的均勻度。

4.2 調整燃燒工況，嚴控爐膛溫度

加強運行監視，實時調整鍋爐燃燒工況，使爐膛出口煙氣溫度明顯低于灰分熔點。在鍋爐負荷變化時，及時調整給料量和風量，當提高鍋爐蒸發量時，應先加大配風量，后增加燃料投加，當減少蒸發量時，先減少燃料投加，后減少配風量，并保持鍋爐汽壓和汽溫穩定，避免調整幅度過大。在滿足垃圾焚燒爐膛溫度不低于850 ℃的環保在線監控指標的前提下，盡可能控制爐膛溫度在較低溫度水平運行；加強熱電偶巡查保養，避免因溫度測點掛灰或結焦造成監測爐溫與實際爐膛溫度偏差過大情況的出現。加強鍋爐熱負荷控制，避免鍋爐長時間超負荷運行，提高鍋爐運行效率，減少鍋爐結焦。

4.3 合理配風，消除鍋爐漏風

平衡配風量，避免出現缺氧燃燒情況的發生，減少爐膛局部還原性氣體環境出現的頻次，根據鍋爐運行情況選擇合理的過量空氣系數，使鍋爐出口氧含量保持在6%～8%范圍內。爐排干燥加熱區、熱解燃燒區和燃盡區按3∶5∶2 的比例進行配風，并控制爐排溫度不超過350 ℃。

鍋爐停運檢修啟爐前，須進行正壓試驗，并加大對鍋爐漏風點的查找，確保所有看火門、人孔門、除灰門等關閉嚴密，發現漏風點及時采取堵塞措施，減少爐膛的漏風量；正常運行時，應保持各段爐排有相應的風量通過，控制鍋爐燃燒室上部負壓在-30 Pa～-50 Pa 之間。加大對爐膛側墻風機運行巡檢的力度，確保其對焚燒間爐排夾道及給料爐排處的吸風冷卻效果，抑制爐墻結焦。

4.4 強化運行管理，定期吹灰和清焦

鍋爐結焦是一個緩慢的過程，運行司爐要熟知預防結焦的措施，實時觀察運行情況并優化運行方式，有效應對鍋爐運行中出現的問題，積極開展鍋爐最佳燃燒工況調整，盡可能避免結焦問題的發生。當發現有結焦跡象時，司爐應具備分析結焦原因，并具備通過燃燒調整最大限度減少結焦量、減緩結焦速度［9］的能力。為避免積灰因素所導致換熱受阻，煙氣溫度較高造成的結焦，需提高吹灰質量，使受熱面盡可能少的殘留灰分［10］。當發現有結焦時，應及時組織在線清焦作業，避免出現結焦進程加速，錯過在線清焦的最佳時機，造成事故擴大。

5 結語

該垃圾焚燒發電廠因生活垃圾熱值相對較低，鍋爐燃燒工況調整難度較大，爐膛積灰結焦問題嚴重，甚至出現被迫停爐，打亂企業既定停爐檢修計劃，影響生產計劃落實。該項目在保證鍋爐燃燒工況穩定，且滿足二噁英控制所需爐膛溫度的前提下，通過采取提高燃料品質、控制爐膛溫度、合理配風、加強運行管理等措施，有效抑制鍋爐結焦問題，爐膛結焦速度減緩、焦塊易于清除，鍋爐各運行參數穩定。