垃圾焚燒電廠鍋爐優(yōu)化設(shè)計(jì)措施摘要：近年來垃圾焚燒發(fā)電在我國有了很大發(fā)展，鍋爐是垃圾焚燒發(fā)電過程中最關(guān)鍵的設(shè)備，鍋爐受熱面腐蝕、堵灰結(jié)焦、磨損減薄、爆管泄露防治，鍋爐熱效率提高及長周期穩(wěn)定運(yùn)行是鍋爐設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮的問題，以便確保垃圾焚燒發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：垃圾焚燒電廠、鍋爐、優(yōu)化設(shè)計(jì)垃圾焚燒發(fā)電廠已經(jīng)成為垃圾處理的主要方式，為了確保二期(垃圾焚燒爐：6X900t/d爐排焚燒爐，余熱鍋爐額定蒸發(fā)量97t/h；汽輪發(fā)電機(jī)組：3X50MW汽輪發(fā)電機(jī)組)垃圾焚燒發(fā)電廠能夠安全、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，總結(jié)一期(垃圾焚燒爐：6X750t/d爐排焚燒爐，余熱鍋爐額定蒸發(fā)量67.5t/h；汽輪發(fā)電機(jī)組:4X25MW汽輪發(fā)電機(jī)組)運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鍋爐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制定出合理的鍋爐設(shè)計(jì)方案，從源頭解決鍋爐影響鍋爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行的問題［1、2］。1防止高溫和低溫腐蝕的措施由于垃圾焚燒鍋爐的煙氣中含有許多氯化氫和氧化硫物質(zhì)，需要注意受熱面的高溫腐蝕和低溫腐蝕［3、4］。采取如下措施：通過溫度場、流場、速度場等分析，控制煙氣流速，防止過快或過慢，選擇合適的煙溫區(qū)間，布置恰當(dāng)?shù)氖軣崦?；在防止局部燃燒引起高溫的同時(shí)，對(duì)必要的面積采用耐火材料涂覆處理，所以在第一煙道高溫區(qū)用耐火材料進(jìn)行涂覆處理，并在第一煙道上部及二煙道全部進(jìn)行水冷壁鎳基合金堆焊，堆焊面積約1030平方米。合理布置爐膛及二三煙道的受熱面，設(shè)計(jì)足夠的面積，嚴(yán)格控制高過入口煙溫，防止煙溫太高而導(dǎo)致金屬壁溫過高；考慮到過熱器的高溫腐蝕，將高溫過熱器布置在煙氣溫度較低的區(qū)域，在高溫過熱器前布置了一組蒸發(fā)器，可有效控制進(jìn)高溫過熱器的煙器溫度，并且高溫過熱器采用了順流布置，盡可能地降低高溫過熱器的管子壁溫，從而有效地避免了高溫腐蝕；■管壁盅虎與息性1￡成的%<害:金)律.艮膏更15坷&中岬仁七欠■和隊(duì)婷#虢畢年同而異一L■管壁盅虎與息性1￡成的%<害:金)律.艮膏更15坷&中岬仁七欠■和隊(duì)婷#虢畢年同而異一L如」知匚，勺俱*：E求號(hào)的：!<!■而5口》志;￡I甘切皿?】朝m片*牛了時(shí)變■.備.舊1￡L爭了iX.4￡宇豹建.*±凡KK"JtOJit-X).1為管壁溫度與腐蝕速度的曲線圖，在設(shè)計(jì)過熱器、省煤器等受熱面的時(shí)候，充分考慮了管壁腐蝕的問題。為了提高鍋爐的安全性和可靠性，在鍋爐計(jì)算及結(jié)構(gòu)布置等方面控制好煙氣溫度區(qū)域，確保管壁溫度避開金屬高溫腐蝕和低溫腐蝕的區(qū)域。圖1管壁溫度與腐蝕速度的曲線圖2防止鍋爐堵灰結(jié)焦的措施由于垃圾成分非常復(fù)雜，經(jīng)過焚燒后的高溫?zé)煔庵械恼掣参镱w粒非常多，隨著煙氣的流動(dòng)，在受熱面的迎風(fēng)面非常容易形成粘性積灰，一定時(shí)間后，隨著積灰越來越厚，會(huì)形成“搭橋”現(xiàn)象，甚至全面堵死的情況，煙氣前后壓差非常大，煙氣溫度上升，加快受熱面的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鍋爐安全運(yùn)行，而導(dǎo)致被動(dòng)停爐清灰，這是影響鍋爐運(yùn)行周期的最主要因素，也是增加鍋爐運(yùn)行成本的主要因素5］。因此，如何防止上述現(xiàn)象發(fā)生，延長運(yùn)行周期，降低運(yùn)行成本，主要通過以下措施實(shí)現(xiàn)：在進(jìn)入管束之前，使煙氣的流動(dòng)以足夠的速度翻轉(zhuǎn)，盡可能地離心分離煙氣中的飛灰;（2）在進(jìn)入管束之前，保持足夠的煙道長度，使可燃?xì)怏w充分燃燒，且將煙氣降低到合適的溫度；（3）受熱管的水循環(huán)保持良好狀態(tài)，管壁保持合適的溫度；（4）根據(jù)我公司多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)流受熱面必須保證足夠的管間距；（5）在管束中，使煙氣流速保持合適的速度，防止因飛灰而引起的管道磨損和飛灰粘著；（6）為了不使飛灰的粘著發(fā)展，采用較為合理的清灰方式；（7）為了防止飛灰的堆積，采用了管束垂直布置的臥式余熱鍋爐。3鍋爐防磨措施3.1余熱鍋爐的防磨措施出口煙道是余熱鍋爐上磨損較大的部位和區(qū)域，一方面通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，將煙氣的流速降下來，另一方面為防止煙氣直接沖刷設(shè)備，在相關(guān)的部位打耐磨澆注料，抓釘選用耐高溫的合金材料，且布置節(jié)距較小的抓釘或銷釘，提高強(qiáng)度，選用抓釘結(jié)構(gòu)形式可靠的一體式抓釘，而非焊接式或螺栓連接式，這樣能夠最大程度的提高金屬件的可靠性，在水冷壁區(qū)域的管子外壁用銷釘槍打上密集的銷釘，由于受到管子的冷卻，銷釘?shù)膹?qiáng)度也大大提高，有效的防止了耐火防磨材料的脫落6］。3.2吹灰區(qū)域的防磨措施蒸汽吹灰長期使用會(huì)對(duì)對(duì)流受熱面管壁產(chǎn)生磨損減薄，因此各級(jí)過熱器、蒸發(fā)器、省煤器在做方案設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)考慮了吹灰區(qū)域附件的防磨措施：一方面，在布置管屏?xí)r，避開吹灰器噴口位置，防止噴口直接噴射；另一方面，在噴口附近布置了防磨裝置，防磨裝置選用了316L防磨護(hù)瓦，含有抗腐合金元素；再一方面，科學(xué)控制吹灰的頻次和力度，防止過度吹掃，這樣就能大大減少吹灰所帶來的管子磨損減薄，延長對(duì)流受熱面的使用壽命。3.3選擇合理煙氣流速煙氣與對(duì)流受熱面中工質(zhì)的換熱有一個(gè)較佳的范圍，選擇合理的煙速，可以更經(jīng)濟(jì)的布置受熱面，同時(shí)考慮到鍋爐的積灰、磨損等重要因素，一般選擇在4m/s左右，各個(gè)對(duì)流受熱面的流速詳見“鍋爐說明書”。如果設(shè)計(jì)的煙速過高，會(huì)導(dǎo)致本體阻力較大，且對(duì)受熱面有磨損，但是煙速過低，又會(huì)影響傳熱，因此選擇合適的煙氣流速對(duì)鍋爐的熱效率、運(yùn)行周期、可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性都非常重要。4防止鍋爐爆管泄露的措施因?yàn)槔贌酂徨仩t上焊口較多，達(dá)到數(shù)萬多個(gè)，故爆管泄露也就成為是余熱鍋爐惡劣運(yùn)行工況的必然現(xiàn)象，也是鍋爐焊接深層潛在缺陷的必然爆發(fā)，無論是在鍋爐的調(diào)試階段，還是運(yùn)行階段，都會(huì)或多或少地出現(xiàn)爆管泄露。如何杜絕或消除這種現(xiàn)象，主要通過以下措施：（1）有關(guān)部件局部優(yōu)化：連接管布置方向或角度的調(diào)整，直管連接優(yōu)化為大R彎管連接或螺旋管連接；（2）不同的溫度區(qū)間、不同的部件選用合適的材料；（3）汽水動(dòng)力、兩相流分析，合理分配汽水流量、速度和溫度；（4）恰當(dāng)?shù)那寤已b置，防止局部過熱超溫。5提高鍋爐熱效率措施5.1保證一次風(fēng)熱風(fēng)溫度的措施垃圾焚燒鍋爐一次風(fēng)的風(fēng)溫是否達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)值將直接影響垃圾焚燒的性能和燃燒效率，一次風(fēng)溫至關(guān)重要。蒸汽空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)風(fēng)量、加熱蒸汽的參數(shù)及要求達(dá)到的風(fēng)溫進(jìn)行了核算，并通過同類、同等級(jí)的項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比和校核，選擇經(jīng)濟(jì)合理的管間距、介質(zhì)流速等，并考慮了換熱面的富余量，完全保證MCR工況的燃燒需求，在低負(fù)荷或是低熱值的情況下也有更好的保障。5.2焚燒爐前后二次風(fēng)改進(jìn)從煙氣擾動(dòng)、流場等方面，調(diào)整二次風(fēng)的位置以及入爐噴射角，盡可能避免二次風(fēng)對(duì)沖。優(yōu)化后能夠更好的“鎖住”焚燒爐出口煙氣，穩(wěn)定焚燒爐溫度場，也可使二次風(fēng)和高溫?zé)煔獬浞謹(jǐn)_動(dòng)，增加煙氣停留時(shí)間，促進(jìn)二次燃燒，從而能夠使二次風(fēng)取得更佳的效果。5.3提高鍋爐熱效率和燃燼率的措施煙氣中的可燃碳元素的高低，直接影響著鍋爐熱效率、燃燼率的高低，飛灰含碳量與多個(gè)因素有關(guān)，如燃料穩(wěn)定性、燃燒穩(wěn)定性、垃圾成分和波動(dòng)、運(yùn)行和控制等各方面。新進(jìn)入廠的垃圾一般水分比較高，需要在垃圾坑中存放5-7天，讓滲濾液盡可能的瀝干，特別需要注意的是，在堆放垃圾的過程中務(wù)必不能將新鮮的垃圾混入，盡可能的讓垃圾的水分維持在同一水平階段，減少垃圾成分的波動(dòng)，這對(duì)于穩(wěn)定燃燒極其重要6］。另外，在爐排燃燒控制方面要做到連鎖反應(yīng)、快速反應(yīng)，盡可能的適應(yīng)燃料的波動(dòng)，減少波動(dòng)帶來的影響；煙氣含氧量7-10%，合理的空氣量能夠充分的燃盡煙氣當(dāng)中的碳元素，降低CO的含量，提高鍋爐效率；穩(wěn)定的含氧量需要控制好爐膛過量空氣系數(shù)，并控制好給料系統(tǒng)，盡量減少垃圾量和熱值的波動(dòng)，這一點(diǎn)和以上燃料穩(wěn)定性及良好的燃燒控制是密切相關(guān)的。6延長鍋爐運(yùn)行周期的措施6.1水浴噴淋清灰應(yīng)用對(duì)于鍋爐整體來說，清灰效果好了，停爐時(shí)間少了，啟爐次數(shù)少了，連續(xù)運(yùn)行的周期也可以得到很大的提高。鍋爐在第二、三煙道頂部設(shè)置了水浴噴淋清灰，同時(shí)在第二、三煙道左右兩側(cè)還設(shè)置了爐膛吹灰器，在水平煙道的蒸發(fā)器和過熱器區(qū)域均布置了長伸縮蒸汽清灰，在省煤器處設(shè)置了半伸縮吹灰器，使多種清灰設(shè)備交替/結(jié)合使用。二、三煙道清灰一直是垃圾爐的難題，二期項(xiàng)目采用的水浴噴淋清灰能夠很好的、有效的解決該問題，加上側(cè)墻還設(shè)置了爐膛吹灰器，更確保了二、三煙道的水平煙道對(duì)流受熱面的工作煙溫較高，特別是蒸發(fā)器及高過，因此，采用了可靠性較高的長伸縮蒸汽吹灰，從而確保取得良好的清灰效果。在鍋爐尾部垂直通道的省煤器區(qū)域整體煙氣溫度較低，都在400°C以下，也避開了高溫腐蝕的危險(xiǎn)區(qū)域，且此處的積灰都是較為松散的細(xì)灰，因此采用半伸縮式蒸汽吹灰，既能取得良好的清灰效果，也能保證設(shè)備長期可靠的運(yùn)行。四套清灰系統(tǒng)結(jié)合的方式，發(fā)揮了各套清灰設(shè)備的長處，但同時(shí)又避免了各套清灰設(shè)備的短處，既能取得良好的清灰效果，又提高了清灰系統(tǒng)及鍋爐受熱面的可靠性。6.2水浴噴淋清灰注意事項(xiàng)鍋爐水浴噴淋清灰非常關(guān)鍵，每個(gè)清灰點(diǎn)離壁面的距離必須要把控好，過近過遠(yuǎn)都將無法取得良好的清灰效果，其次，設(shè)計(jì)時(shí)軟管的導(dǎo)管必須考慮好位置及角度，否則很可能導(dǎo)致現(xiàn)場與鍋爐頂部眾多的汽水連接管道等發(fā)生沖突，也可能發(fā)生導(dǎo)管無法伸入爐膛的情況，導(dǎo)致清灰失敗。蒸汽清灰和噴淋清灰整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)供貨，配置設(shè)備好，兼容性、可靠性、穩(wěn)定性高。7總結(jié)：鍋爐是垃圾焚燒發(fā)電過程中最關(guān)鍵的設(shè)備，本文在總結(jié)一期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從防止高溫和低溫腐蝕、防止堵灰結(jié)焦、防磨減薄、防止爆管泄露、提高熱效率和延長運(yùn)行周期等方面對(duì)二期項(xiàng)目鍋爐了設(shè)計(jì)優(yōu)化分析。后續(xù)在工作中要不斷總結(jié)，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)水平不斷提升。參考文獻(xiàn)王亞偉.900t/d次高溫次高壓垃圾焚燒余熱鍋爐的設(shè)計(jì)[J].鍋爐技術(shù)，2021,52(3)：28-30+35張曉斌，戴小東，熊君霞等.垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目余熱鍋爐中參數(shù)和高參數(shù)的對(duì)比分析[J].能源