垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)結渣積灰機理剖析與性能優(yōu)化策略探究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球城市化進程的加速和人口的增長，城市生活垃圾的產(chǎn)生量也在迅猛增加。據(jù)統(tǒng)計，全球每年產(chǎn)生的生活垃圾高達數(shù)十億噸，并且這個數(shù)字還在持續(xù)攀升。大量的垃圾不僅占用了寶貴的土地資源，還對環(huán)境造成了嚴重的污染，包括土壤污染、水污染和空氣污染等。在這樣的背景下，垃圾焚燒發(fā)電作為一種有效的垃圾處理和能源回收方式，得到了廣泛的應用和發(fā)展。垃圾焚燒發(fā)電是將垃圾中的化學能轉化為熱能，再將熱能轉化為電能的過程。這種方式不僅能夠實現(xiàn)垃圾的減量化、無害化處理，還能產(chǎn)生清潔能源，為社會提供電力支持。根據(jù)相關數(shù)據(jù)，截至2023年，我國垃圾焚燒發(fā)電累計裝機容量為2577萬千瓦，年發(fā)電量為1394億千瓦時，在緩解能源緊張方面發(fā)揮了積極作用。此外，垃圾焚燒發(fā)電還有助于減少溫室氣體的排放，與垃圾填埋相比，垃圾焚燒發(fā)電可以顯著降低甲烷等溫室氣體的排放，對應對全球氣候變化具有重要意義。然而，在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的運行過程中，結渣積灰問題一直是困擾行業(yè)發(fā)展的難題。垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的灰渣和飛灰，會在焚燒爐、余熱鍋爐等設備的受熱面上逐漸沉積，形成結渣和積灰。這些結渣和積灰會對發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生諸多負面影響。從發(fā)電效率來看，結渣積灰會導致受熱面的傳熱效率降低，使得垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量無法有效地傳遞給工質，從而降低了蒸汽的產(chǎn)量和參數(shù)，最終導致發(fā)電效率下降。相關研究表明，當受熱面積灰厚度達到一定程度時，發(fā)電效率可能會降低10%-20%。在安全性方面，結渣積灰嚴重時，可能會導致設備局部過熱，損壞設備，如焚燒爐爐排變形、余熱鍋爐管道破裂等，從而引發(fā)安全事故，威脅到工作人員的生命安全和企業(yè)的正常生產(chǎn)。同時，結渣積灰還會影響設備的正常運行，增加設備的維護成本和停機時間。為了清除結渣和積灰，需要定期對設備進行清洗和檢修，這不僅耗費大量的人力、物力和財力，還會導致發(fā)電系統(tǒng)的停運，影響電力的供應。鑒于結渣積灰問題對垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的負面影響，深入研究其機理并提出有效的性能優(yōu)化措施具有重要的現(xiàn)實意義。通過對結渣積灰機理的研究，可以深入了解其形成過程和影響因素，為預防和控制結渣積灰提供理論依據(jù)。在此基礎上，提出針對性的性能優(yōu)化措施，如改進燃燒方式、優(yōu)化受熱面結構、加強運行管理等，可以有效地減少結渣積灰的發(fā)生，提高發(fā)電系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。這不僅有助于降低垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)的運營成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，還能保障電力的穩(wěn)定供應，滿足社會對能源的需求。從環(huán)境保護的角度來看，減少結渣積灰可以降低垃圾焚燒過程中污染物的排放，減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。因此，開展垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)結渣積灰機理研究及性能優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應用前景。1.2國內外研究現(xiàn)狀在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)結渣積灰機理及性能優(yōu)化的研究領域，國內外學者已取得了諸多成果。國外方面，早在20世紀后期，歐美等發(fā)達國家就開始了對垃圾焚燒發(fā)電技術的深入研究。美國在垃圾焚燒發(fā)電技術的應用上較為領先，其對垃圾焚燒過程中的污染物排放控制和設備運行穩(wěn)定性進行了大量研究。學者們通過對不同類型垃圾的成分分析，探究了垃圾中各類元素在焚燒過程中的遷移轉化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)垃圾中的堿金屬（如鈉、鉀）和氯元素是導致結渣積灰的重要因素。堿金屬在高溫下易揮發(fā)，與煙氣中的其他成分反應生成低熔點化合物，這些化合物在受熱面上凝結，逐漸形成結渣和積灰。在垃圾焚燒爐的設計和優(yōu)化方面，美國的一些研究機構通過數(shù)值模擬和實驗研究相結合的方法，對焚燒爐的結構、燃燒方式和氣流組織進行了優(yōu)化，以提高燃燒效率和減少結渣積灰的產(chǎn)生。例如，通過改進爐排的設計，使垃圾在爐內的分布更加均勻，燃燒更加充分，從而減少了未燃盡物質的產(chǎn)生，降低了結渣積灰的可能性。日本作為一個資源匱乏的國家，對垃圾焚燒發(fā)電技術的研究和應用也十分重視。日本在垃圾焚燒設備的精細化設計和高效運行管理方面處于世界前列。日本學者對垃圾焚燒過程中的熱傳遞、物質轉化和結渣積灰的微觀機制進行了深入研究。他們利用先進的檢測技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）等，對灰渣的微觀結構和成分進行分析，揭示了結渣積灰的形成過程和影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，垃圾中的有機成分在燃燒過程中會產(chǎn)生一些粘性物質，這些物質與飛灰相互作用，促進了結渣積灰的形成。在性能優(yōu)化方面，日本的研究主要集中在余熱回收系統(tǒng)的改進和煙氣凈化技術的提升上。通過優(yōu)化余熱鍋爐的結構和運行參數(shù)，提高了余熱回收效率，降低了排煙溫度，減少了結渣積灰的發(fā)生。同時，采用先進的煙氣凈化技術，如活性炭吸附、選擇性催化還原（SCR）等，有效地控制了污染物的排放，保障了設備的穩(wěn)定運行。在國內，隨著垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，相關研究也日益增多。國內學者在借鑒國外研究成果的基礎上，結合我國垃圾成分復雜、熱值波動大等特點，開展了一系列針對性的研究。在結渣積灰機理方面，通過對不同地區(qū)垃圾成分的分析，發(fā)現(xiàn)我國垃圾中含有較多的塑料、織物等高分子化合物，這些物質在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的焦油和煙塵，增加了結渣積灰的風險。同時，國內學者還研究了焚燒爐運行參數(shù)（如溫度、氧量、停留時間等）對結渣積灰的影響。研究表明，爐膛溫度過高會導致灰分的軟化和熔融，增加結渣的可能性；而氧量不足則會使燃燒不完全，產(chǎn)生大量的未燃盡物質，這些物質在受熱面上沉積，形成積灰。在性能優(yōu)化方面，國內研究主要從改進燃燒技術、優(yōu)化受熱面結構和加強運行管理等方面入手。在燃燒技術改進方面，一些研究提出采用分級燃燒、富氧燃燒等技術，以提高燃燒效率和降低污染物排放。分級燃燒技術通過將燃燒過程分為不同階段，合理控制各階段的空氣供給量，使垃圾在爐內充分燃燒，減少了未燃盡物質的產(chǎn)生。富氧燃燒技術則通過增加空氣中的氧氣含量，提高燃燒溫度和反應速率，從而提高了垃圾的燃燒效率。在受熱面結構優(yōu)化方面，研究人員通過改進余熱鍋爐的受熱面布置方式和表面處理工藝，提高了受熱面的抗結渣積灰能力。例如，采用螺旋鰭片管、膜式壁等結構，增加了受熱面的傳熱面積，減少了灰渣的沉積；對受熱面進行表面涂層處理，提高了其表面的光潔度和抗腐蝕性，降低了結渣積灰的可能性。在運行管理方面，通過建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)和運行操作規(guī)程，實現(xiàn)了對垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的實時監(jiān)測和優(yōu)化控制。通過監(jiān)測垃圾的成分、熱值、燃燒溫度、煙氣成分等參數(shù)，及時調整運行參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。盡管國內外在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)結渣積灰機理及性能優(yōu)化方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。在結渣積灰機理的研究中，雖然對影響因素有了一定的認識，但對于復雜的物理化學過程的理解還不夠深入，缺乏統(tǒng)一的理論模型來描述結渣積灰的形成過程。在性能優(yōu)化方面，現(xiàn)有的研究成果大多停留在實驗室階段或小規(guī)模應用階段，在實際工程中的推廣應用還存在一定的困難。此外，對于垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的全生命周期成本和環(huán)境影響評估研究還相對較少，需要進一步加強這方面的研究，以實現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。1.3研究內容與方法1.3.1研究內容本研究旨在深入剖析垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中結渣積灰的機理，并提出有效的性能優(yōu)化策略，具體內容如下：垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)結渣積灰機理研究：對垃圾成分進行全面分析，包括有機成分、無機成分以及各種微量元素的含量和比例。通過實驗和理論分析，研究垃圾中各成分在焚燒過程中的熱解、氣化和燃燒特性，以及它們如何相互作用并最終導致結渣積灰的形成。例如，分析垃圾中的堿金屬（如鈉、鉀）和氯元素在高溫下的揮發(fā)和化學反應，探討它們如何與其他成分結合形成低熔點化合物，進而在受熱面上凝結成渣或積灰。同時，研究焚燒過程中的物理過程，如灰粒的運動、碰撞和沉積等，分析這些過程對結渣積灰的影響?？紤]煙氣的流動特性，包括流速、溫度分布和湍流程度等，探究它們如何影響灰粒的輸運和沉積，以及在不同的煙氣條件下結渣積灰的形成規(guī)律。結渣積灰對垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)性能的影響研究：從傳熱學的角度出發(fā)，建立數(shù)學模型，分析結渣積灰對受熱面?zhèn)鳠嵝实挠绊憴C制。通過實驗和模擬，研究不同厚度和成分的結渣積灰層對熱量傳遞的阻礙作用，以及這種阻礙如何導致蒸汽產(chǎn)量和參數(shù)的下降，進而降低發(fā)電效率。以實際垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)為案例，收集運行數(shù)據(jù)，分析結渣積灰導致的設備故障情況，如焚燒爐爐排變形、余熱鍋爐管道破裂等。評估這些故障對系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的影響，以及由此帶來的經(jīng)濟損失和社會影響。分析結渣積灰對設備維護成本的影響，包括清洗、檢修和更換部件的頻率和費用。研究結渣積灰導致的停機時間對發(fā)電產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響，以及如何通過優(yōu)化維護策略來降低這些損失。垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)性能優(yōu)化策略研究：通過實驗和數(shù)值模擬，研究不同的燃燒方式，如層燃、流化床燃燒和懸浮燃燒等，對垃圾燃燒過程和結渣積灰的影響。探索優(yōu)化燃燒方式的方法，如調整燃燒空氣的供給量、分布方式和溫度等，以提高燃燒效率，減少未燃盡物質的產(chǎn)生，從而降低結渣積灰的可能性。對受熱面的結構進行優(yōu)化設計，如改進余熱鍋爐的受熱面布置、形狀和材質等，以提高其抗結渣積灰能力。研究采用特殊的表面處理技術，如涂層、鍍膜等，來降低受熱面的表面粗糙度和粘附性，減少灰渣的沉積。建立完善的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)運行監(jiān)測體系，實時監(jiān)測垃圾的成分、熱值、燃燒溫度、煙氣成分等參數(shù)。通過數(shù)據(jù)分析和智能算法，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行參數(shù)的優(yōu)化控制，如根據(jù)垃圾成分的變化及時調整燃燒空氣量和燃燒溫度，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，減少結渣積灰的發(fā)生。制定科學合理的設備維護計劃，定期對設備進行清洗、檢修和保養(yǎng)，及時清除結渣積灰，防止其對設備造成損壞。加強對運行人員的培訓，提高其操作技能和故障處理能力，確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。1.3.2研究方法為了實現(xiàn)上述研究目標，本研究將綜合運用多種研究方法，具體如下：實驗研究：搭建垃圾焚燒實驗平臺，模擬實際垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的運行條件。通過改變垃圾成分、燃燒工況和受熱面條件等參數(shù)，進行結渣積灰實驗。在實驗過程中，使用各種先進的檢測設備，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、能譜分析儀（EDS）等，對灰渣的微觀結構、成分和物相進行分析，深入探究結渣積灰的形成機理。利用熱重分析儀（TGA）研究垃圾的熱解和燃燒特性，為燃燒過程的優(yōu)化提供依據(jù)。通過實驗測量不同工況下的傳熱效率、蒸汽產(chǎn)量和發(fā)電效率等參數(shù)，評估結渣積灰對系統(tǒng)性能的影響。數(shù)值模擬：運用計算流體力學（CFD）軟件，如ANSYSFluent、COMSOLMultiphysics等，建立垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的三維模型。對垃圾的燃燒過程、煙氣的流動和傳熱過程以及灰粒的運動和沉積過程進行數(shù)值模擬。通過模擬，可以直觀地了解系統(tǒng)內部的物理現(xiàn)象，分析不同因素對結渣積灰和系統(tǒng)性能的影響。例如，通過模擬不同的燃燒空氣分布方式，研究其對燃燒效率和結渣積灰的影響；通過模擬不同的受熱面結構，分析其對灰粒沉積的影響。利用數(shù)值模擬還可以進行參數(shù)優(yōu)化，為實驗研究提供指導，減少實驗工作量。案例分析：選取多個具有代表性的垃圾焚燒發(fā)電項目作為案例，收集這些項目的實際運行數(shù)據(jù)，包括垃圾成分、運行參數(shù)、結渣積灰情況和設備維護記錄等。對這些數(shù)據(jù)進行深入分析，總結結渣積灰的規(guī)律和特點，以及不同優(yōu)化措施在實際應用中的效果。通過案例分析，驗證實驗研究和數(shù)值模擬的結果，為提出切實可行的性能優(yōu)化策略提供實踐依據(jù)。同時，從經(jīng)濟、環(huán)境和社會等多個角度對優(yōu)化策略進行綜合評估，確保其具有良好的可行性和可持續(xù)性。二、垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)組成與工作原理垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)是一個復雜的綜合性系統(tǒng)，主要由垃圾接收、焚燒、余熱回收、煙氣處理等子系統(tǒng)協(xié)同工作，以實現(xiàn)垃圾的無害化處理和能源的回收利用。垃圾接收子系統(tǒng)是整個垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的起點。垃圾通常由垃圾運輸車輛運至垃圾焚燒發(fā)電廠，首先經(jīng)過地磅稱重，記錄垃圾的重量信息，這有助于后續(xù)對垃圾處理量和發(fā)電效率等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。隨后，垃圾被卸入垃圾儲坑。垃圾儲坑一般設計有較大的容積，能容納一定時間內的垃圾量，以保證焚燒系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。在垃圾儲坑中，垃圾會進行一定時間的堆放發(fā)酵，這個過程中，垃圾中的水分會逐漸瀝出，形成垃圾滲濾液，通過專門的收集系統(tǒng)收集后，送往滲濾液處理子系統(tǒng)進行處理。同時，垃圾的發(fā)酵還能提高其熱值，使其更易于焚燒。垃圾儲坑通常配備有垃圾抓斗起重機，操作人員通過抓斗起重機將垃圾從儲坑中抓取，并投放至焚燒爐的給料平臺。抓斗起重機的操作需要一定的技巧和經(jīng)驗，以確保垃圾能夠均勻地進入焚燒爐，避免出現(xiàn)進料不均導致的燃燒不穩(wěn)定等問題。焚燒子系統(tǒng)是垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其作用是將垃圾在高溫下進行燃燒，釋放出其中的化學能。目前常見的垃圾焚燒爐類型主要有機械爐排爐和循環(huán)流化床爐。機械爐排爐采用層狀燃燒技術，垃圾通過進料斗進入傾斜向下的爐排，爐排一般分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)等不同區(qū)域。由于爐排之間的交錯運動，垃圾被逐步向下方推動，依次通過爐排上的各個區(qū)域。在這個過程中，垃圾由一個區(qū)進入到另一區(qū)時，會起到大翻身的作用，使垃圾與空氣充分接觸，促進燃燒。垃圾在爐排上著火，熱量主要來自上方的輻射和煙氣的對流，以及垃圾層的內部。在干燥區(qū)，垃圾主要進行干燥脫水，該區(qū)域的一次進風通常經(jīng)過加熱，溫度一般在200℃左右，以縮短垃圾水分的干燥和烘烤時間。進入燃燒區(qū)后，垃圾在約900℃的高溫下進行燃燒，此時爐排區(qū)域的進風溫度會相應降低，以免過高的溫度損害爐排，縮短其使用壽命。最后在燃盡區(qū)，垃圾經(jīng)完全燃燒后變成灰渣，溫度逐漸降低，爐渣被排出爐外。整個垃圾在爐內的停留時間一般為1-1.5h，而垃圾焚燒時產(chǎn)生的有毒有害煙氣，在爐內850℃以上的溫度區(qū)域需停留2s，以滿足垃圾焚燒的工藝需要，使有害物質變?yōu)闊o害物質。循環(huán)流化床爐則主要依靠爐膛內高溫流化床料的高熱容量、強烈摻混和傳熱的作用，使送入爐膛的垃圾快速升溫著火，形成整個床層內的均勻燃燒。爐體由多孔分布板組成，燃燒系統(tǒng)由爐膛、高溫旋風分離器、返料器三部分組成，常采用外置式換熱器、布風板和超大垃圾排渣口。床料一般為爐渣或石英沙，其蓄熱量大，在焚燒垃圾時，采用幾十倍于垃圾量的石英砂（或爐灰）作為床料（熱載體）加熱垃圾燃料，垃圾和床料都處于流化狀態(tài)，它們之間的接觸、摻混和熱交換都十分強烈，能瞬時干燥高水份含量的垃圾，并在幾秒之內把它引燃，使其穩(wěn)定燃燒直到完全燃燼。循環(huán)流化床爐操作方便，運行穩(wěn)定，燃料效率高，負荷調節(jié)范圍寬，污染物排放低，熱強度高，適合燃用低熱值燃料。但煙氣中灰塵量較大，對燃料粒度均勻性要求較高，通常需要設垃圾預處理線，且石英砂對設備有一定磨損。余熱回收子系統(tǒng)的作用是將垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的高溫煙氣的熱量進行回收利用，轉化為蒸汽，進而驅動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。當高溫煙氣從焚燒爐排出后，進入余熱鍋爐。余熱鍋爐是余熱回收子系統(tǒng)的關鍵設備，它通過一系列的熱交換器，將煙氣中的熱量傳遞給鍋爐中的水，使水加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽。余熱鍋爐的設計和運行參數(shù)對余熱回收效率有著重要影響，如蒸汽的溫度、壓力和產(chǎn)量等。為了提高余熱回收效率，一些余熱鍋爐采用了先進的技術，如強化傳熱元件、優(yōu)化受熱面布置等。產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪發(fā)電機組，蒸汽的熱能轉化為汽輪機的機械能，汽輪機帶動發(fā)電機旋轉，從而將機械能轉化為電能。在這個過程中，蒸汽的參數(shù)（如溫度、壓力）對發(fā)電效率有著關鍵作用，較高的蒸汽參數(shù)可以提高發(fā)電效率，但同時也對設備的材料和制造工藝提出了更高的要求。除了用于發(fā)電，蒸汽還可以根據(jù)實際需求用于熱電聯(lián)產(chǎn)或直接供熱，進一步提高能源的綜合利用效率。煙氣處理子系統(tǒng)是垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中確保環(huán)境友好的重要環(huán)節(jié)，其目的是去除垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中的有害物質，使其達到環(huán)保排放標準后排放。由于垃圾成分復雜，焚燒過程中會產(chǎn)生多種污染物，如顆粒物（粉塵）、酸性氣體（HCl、HF、SOx、NOx等）、重金屬（Hg、Pb、Cr等）和有機劇毒性污染物（二噁英、呋喃等）。國內垃圾電站常用的煙氣凈化系統(tǒng)工藝為“爐內脫硝系統(tǒng)+半干法煙氣脫酸塔+干粉噴射+活性炭噴射吸附系統(tǒng)+布袋除塵器”。爐內脫硝系統(tǒng)主要針對NOx的去除，常見的方法有非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR）。SNCR法是以氨水或者尿素為催化劑，在850-1150℃的溫度區(qū)間噴入爐內燃燒區(qū)后部，NOx在高溫下被還原成N2和H2O，但該方法煙氣和還原劑在最佳反應溫度區(qū)間內停留時間較短并且難以良好混合，脫硝效率一般較低。SCR法是利用金屬為催化劑，最佳反應溫度區(qū)間為250-420℃，煙氣在進入催化脫氮器前需加熱，此法的脫氮效率能達到80%-90%，但投資和運行成本比SNCR法高很多，且為了避免未凈煙氣中的重金屬使SCR催化劑中毒，SCR法只能用在除塵裝置后面，目前國內垃圾發(fā)電廠運用SNCR法更為普遍。半干法煙氣脫酸塔主要用于去除酸性氣體，石灰乳和水的霧化液滴與煙氣在脫酸塔中充分混合，發(fā)生中和反應，同時降低了煙氣的溫度，使得部分飛灰和反應產(chǎn)物落入吸附塔底部，通過除灰系統(tǒng)排出。干粉噴射和活性炭噴射吸附系統(tǒng)則用于去除煙氣中的二噁英和重金屬等污染物。活性炭具有較大的比表面積和吸附性能，能夠有效地吸附二噁英和重金屬。布袋除塵器用于去除煙氣中的顆粒物和殘留的重金屬等，它通過過濾的方式，將煙氣中的煙塵等顆粒物攔截下來，使凈化后的煙氣達到排放標準，最后經(jīng)引風機抽出通過煙囪排往大氣。布袋除塵器不僅能有效吸附一定大小的顆粒物，一些由揮發(fā)性重金屬物質、酸化物和氧化物凝結成的氣溶膠，也會被吸附其中。2.2常見系統(tǒng)類型及特點在垃圾焚燒發(fā)電領域，不同類型的焚燒系統(tǒng)各具特點，其結構、運行特性及適用場景存在顯著差異。目前，常見的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)主要包括爐排爐和流化床爐，它們在垃圾焚燒發(fā)電中占據(jù)重要地位，下面將對這兩種系統(tǒng)進行詳細分析。爐排爐以其成熟的技術和廣泛的應用，在垃圾焚燒發(fā)電領域占據(jù)重要地位。爐排爐采用層狀燃燒技術，其結構主要由進料斗、爐排、爐膛、出渣口等部分組成。爐排通常呈傾斜向下的狀態(tài)，分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)等不同區(qū)域。垃圾通過進料斗進入爐排，在爐排的交錯運動下，逐步向下方推動，依次經(jīng)過各個區(qū)域。在干燥區(qū)，垃圾主要進行干燥脫水，熱量主要來自上方的輻射、煙氣的對流以及垃圾層的內部。為了縮短垃圾水分的干燥和烘烤時間，該區(qū)域的一次進風通常經(jīng)過加熱，溫度一般在200℃左右。進入燃燒區(qū)后，垃圾在約900℃的高溫下進行劇烈燃燒，此時爐排區(qū)域的進風溫度會相應降低，以避免過高的溫度損害爐排，縮短其使用壽命。最后在燃盡區(qū)，垃圾經(jīng)完全燃燒后變成灰渣，溫度逐漸降低，爐渣通過出渣口排出爐外。整個垃圾在爐內的停留時間一般為1-1.5h，而垃圾焚燒時產(chǎn)生的有毒有害煙氣，在爐內850℃以上的溫度區(qū)域需停留2s，以確保有害物質能夠充分分解，滿足垃圾焚燒的工藝要求。從運行特性來看，爐排爐的燃燒過程相對穩(wěn)定，操作較為簡單，對垃圾的適應性較強，無需復雜的預處理即可直接焚燒。這使得爐排爐在處理各種成分復雜的垃圾時具有明顯優(yōu)勢，能夠適應不同地區(qū)、不同季節(jié)垃圾成分的變化。由于爐排爐的技術發(fā)展歷史較長，相關的設備配套和運行管理經(jīng)驗也較為成熟，運行人員能夠較為熟練地掌握其操作和維護要點，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。不過，爐排爐也存在一些不足之處。在二噁英排放方面，由于二噁英的產(chǎn)生溫度在360℃-820℃之間，而爐排爐在開車和停爐過程中，爐溫不可避免地要經(jīng)過這一溫度區(qū)間，且開停車時間較長，導致這一過程中二噁英排放量較大。在燃燒過程控制不完全的情況下，爐排爐內的溫度也容易在二噁英產(chǎn)生的溫度區(qū)間附近波動，從而導致二噁英大量產(chǎn)生。爐排爐的燃燒方式也容易導致垃圾燃燒不充分，影響發(fā)電效率和垃圾處理效果。在適用場景方面，爐排爐適用于大規(guī)模垃圾集中處理，可使垃圾焚燒發(fā)電或供熱。由于其對垃圾的適應性強，無需復雜的預處理，在垃圾成分復雜、垃圾分類不完善的地區(qū)具有廣泛的應用前景。在一些經(jīng)濟發(fā)展水平較低、垃圾分類意識淡薄的地區(qū)，爐排爐能夠有效地處理混合收集的原生垃圾，實現(xiàn)垃圾的減量化、無害化和資源化處理。爐排爐在處理含水率較低、熱值較高的垃圾時，能夠發(fā)揮其燃燒穩(wěn)定、效率高的優(yōu)勢，提高發(fā)電效率和經(jīng)濟效益。流化床爐則憑借其獨特的燃燒方式和高效的燃燒效率，在垃圾焚燒發(fā)電領域也得到了廣泛的應用。流化床爐主要依靠爐膛內高溫流化床料的高熱容量、強烈摻混和傳熱的作用，使送入爐膛的垃圾快速升溫著火，形成整個床層內的均勻燃燒。其結構主要由多孔分布板、爐膛、高溫旋風分離器、返料器等部分組成。床料一般為爐渣或石英沙，在焚燒垃圾時，采用幾十倍于垃圾量的石英砂（或爐灰）作為床料（熱載體）加熱垃圾燃料。垃圾和床料在流化風的作用下，都處于流化狀態(tài)，它們之間的接觸、摻混和熱交換都十分強烈，能夠瞬時干燥高水分含量的垃圾，并在幾秒之內將其引燃，使其穩(wěn)定燃燒直到完全燃燼。流化床爐的運行特性與爐排爐有很大不同。由于流化床內的物料處于強烈的流化狀態(tài)，垃圾與空氣的接觸更加充分，燃燒速度快，燃燒效率高，能夠有效提高垃圾的燃盡率，降低殘渣中的未燃份額。流化床爐的負荷調節(jié)范圍寬，能夠根據(jù)垃圾的熱值和處理量的變化，靈活調整燃燒工況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過改變燃料量、風量、一二次風比和外置換熱器吸熱量等參數(shù)，即可實現(xiàn)對負荷的有效調節(jié)。流化床爐在燃燒過程中，通過分級供風及爐內添加石灰石等措施，能有效控制NOx、SOx等污染物的生成，實現(xiàn)了環(huán)境友好。然而，流化床爐也存在一些局限性。由于其對燃料粒度均勻性要求較高，通常需要設垃圾預處理線，對垃圾進行脫水、粉碎等處理，以保證垃圾能夠均勻地進入爐膛，實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。流化床爐的煙氣中灰塵量較大，對設備的磨損較為嚴重，需要定期更換易損部件，增加了設備的維護成本。流化床爐的控制系統(tǒng)相對復雜，對操作人員的技術水平要求較高，需要操作人員具備豐富的經(jīng)驗和專業(yè)知識，才能確保系統(tǒng)的正常運行。在適用場景方面，流化床爐適合燃用低熱值燃料，尤其適用于處理我國混合收集的原生垃圾，這些垃圾通常具有含水率高、熱值低、成分復雜等特點。由于流化床爐能夠快速干燥高水分垃圾，并使其充分燃燒，在處理這類垃圾時具有明顯的優(yōu)勢。流化床爐還可以焚燒處置固形垃圾和其他氣態(tài)或液態(tài)、熱值懸殊的燃料和廢棄物，垃圾堆放、儲存過程中產(chǎn)生的垃圾滲瀝液都可以直接送入爐膛焚燒處置，還可以與城市污水處理廠的脫水污泥進行混燒，緩解越來越多的城市面臨的污泥處理處置問題。因此，流化床爐在垃圾處理多元化和資源綜合利用方面具有廣闊的應用前景。三、結渣積灰機理研究3.1結渣機理分析3.1.1灰分成分對結渣的影響垃圾中的灰分成分復雜多樣，主要包含硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）等元素及其化合物，這些成分在垃圾焚燒過程中扮演著關鍵角色，對結渣的形成有著重要影響。硅元素在灰分中多以二氧化硅（SiO?）的形式存在，其熔點較高，通常在1600℃-1700℃左右。在一般的垃圾焚燒溫度（850℃-1100℃）下，二氧化硅難以完全熔融，但它會與其他成分發(fā)生化學反應，形成復雜的硅酸鹽。這些硅酸鹽的熔點相對較低，在焚燒過程中可能會軟化或熔融，從而增加了結渣的可能性。例如，當二氧化硅與堿金屬氧化物（如氧化鈉Na?O、氧化鉀K?O）反應時，會生成低熔點的堿金屬硅酸鹽，這些化合物在受熱面上容易凝結，促進結渣的形成。鋁元素主要以氧化鋁（Al?O?）的形式存在，其熔點也較高，約為2050℃。然而，在焚燒過程中，氧化鋁會與其他金屬氧化物（如氧化鐵Fe?O?、氧化鈣CaO等）發(fā)生反應，形成鋁酸鹽。這些鋁酸鹽的熔點和化學性質各不相同，一些鋁酸鹽的熔點較低，在高溫下會呈現(xiàn)出粘性，容易吸附其他灰分顆粒，導致結渣的產(chǎn)生。例如，鐵鋁酸鹽（如CaO-Al?O?-Fe?O?三元系化合物）在一定溫度范圍內具有較低的熔點和較高的粘性，是結渣的重要組成部分。鐵元素在灰分中主要以氧化鐵（Fe?O?、Fe?O?等）的形式存在。氧化鐵在高溫下會參與一系列的化學反應，其對結渣的影響較為復雜。一方面，氧化鐵可以與其他金屬氧化物反應，形成低熔點的化合物，促進結渣的形成。例如，氧化鐵與氧化鈣和二氧化硅反應，可生成熔點較低的鈣鐵橄欖石（CaO-FeO-SiO?），這種化合物在高溫下呈熔融狀態(tài)，容易粘結在受熱面上。另一方面，氧化鐵在一定程度上可以提高灰分的熔點，抑制結渣的發(fā)生。當氧化鐵含量較高時，它可以與其他成分形成高熔點的固溶體，使灰分的整體熔點升高，從而減少結渣的傾向。鈣元素在灰分中通常以氧化鈣（CaO）、碳酸鈣（CaCO?）等形式存在。氧化鈣具有較強的堿性，在焚燒過程中，它會與酸性氧化物（如二氧化硅、三氧化硫SO?等）發(fā)生反應，生成鈣的化合物。這些化合物的熔點和化學性質對結渣有著重要影響。例如，氧化鈣與二氧化硅反應生成的硅酸鈣（CaSiO?），其熔點相對較低，在高溫下容易軟化和熔融，增加了結渣的風險。碳酸鈣在高溫下會分解為氧化鈣和二氧化碳，分解產(chǎn)生的氧化鈣會進一步參與上述反應，影響結渣的形成。除了上述主要元素及其化合物外，垃圾中的灰分還可能含有其他微量元素，如鉀（K）、鈉（Na）、鎂（Mg）、磷（P）、氯（Cl）等。這些微量元素雖然含量相對較少，但它們對結渣的影響卻不容忽視。鉀和鈉等堿金屬元素在高溫下易揮發(fā)，形成氣態(tài)的堿金屬化合物。這些氣態(tài)化合物在遇到低溫的受熱面時，會迅速凝結成液態(tài)或固態(tài)的顆粒，這些顆粒具有較強的粘性，容易吸附其他灰分顆粒，形成結渣核心。鎂元素在灰分中多以氧化鎂（MgO）的形式存在，氧化鎂具有較高的熔點和化學穩(wěn)定性，在一定程度上可以抑制結渣的發(fā)生。然而，當氧化鎂與其他成分發(fā)生反應，形成低熔點的化合物時，也會促進結渣的形成。磷元素在焚燒過程中會形成磷酸鈣等化合物，這些化合物的熔點和粘性會影響結渣的形成。氯元素在垃圾中通常以氯化物（如氯化鈉NaCl、氯化鉀KCl等）的形式存在，氯化物在高溫下會揮發(fā)，并與其他成分發(fā)生反應，生成低熔點的金屬氯化物，這些金屬氯化物在受熱面上凝結，會加速結渣的形成。3.1.2溫度因素與結渣關系在垃圾焚燒過程中，溫度是影響結渣形成的關鍵因素之一，其在不同區(qū)域的分布以及變化情況，對結渣的產(chǎn)生和發(fā)展有著重要影響。垃圾焚燒爐內的溫度分布不均勻，不同區(qū)域的溫度差異較大。一般來說，爐膛內的溫度最高，可達850℃-1100℃甚至更高，而在爐膛出口、余熱鍋爐等區(qū)域，溫度則逐漸降低。在高溫的爐膛內，垃圾中的有機成分迅速燃燒，釋放出大量的熱量，使煙氣溫度急劇升高。此時，灰分中的各種成分在高溫的作用下，會發(fā)生一系列的物理化學變化。一些低熔點的化合物，如堿金屬的氯化物、硫酸鹽等，會首先發(fā)生軟化和熔融，形成液態(tài)的熔滴。這些熔滴在高溫煙氣的攜帶下，隨著氣流運動。當它們遇到溫度相對較低的受熱面（如爐膛壁、過熱器、再熱器等）時，會迅速冷卻并凝固，粘結在受熱面上，形成初始的結渣層。隨著焚燒過程的持續(xù)進行，結渣層會不斷增厚。這是因為在高溫環(huán)境下，煙氣中的飛灰顆粒會不斷地撞擊到結渣層表面。由于結渣層表面具有一定的粘性，飛灰顆粒會被吸附在結渣層上，使得結渣層逐漸增厚。同時，結渣層的存在會阻礙熱量的傳遞，使得受熱面的溫度升高。受熱面溫度的升高又會進一步促進灰分的軟化和熔融，使得更多的熔滴粘結在結渣層上，加速結渣的發(fā)展。當爐膛溫度過高時，灰分的軟化和熔融程度會加劇，結渣的傾向也會顯著增加。過高的溫度會使更多的灰分成分達到其熔點，形成大量的液態(tài)熔滴，這些熔滴更容易在受熱面上沉積和粘結，從而導致結渣迅速發(fā)展。研究表明，當爐膛溫度超過1000℃時，結渣的速率會明顯加快，結渣層的厚度也會迅速增加。高溫還會導致一些高熔點的化合物發(fā)生分解或與其他成分反應，形成低熔點的化合物，進一步促進結渣的形成。相反，當爐膛溫度過低時，雖然結渣的傾向會相對降低，但也會帶來其他問題。溫度過低會導致垃圾燃燒不完全，產(chǎn)生大量的未燃盡物質，這些未燃盡物質會隨著煙氣排出，增加了飛灰中的含碳量。含碳量較高的飛灰在受熱面上沉積后，會形成較為疏松的積灰層，雖然這種積灰層與結渣有所不同，但它也會影響受熱面的傳熱效率，降低發(fā)電效率。而且，未燃盡物質在煙道中還可能發(fā)生二次燃燒，引發(fā)安全隱患。在垃圾焚燒爐的啟動和停止過程中，溫度的變化較為劇烈，這也會增加結渣的風險。在啟動過程中，爐膛溫度從常溫逐漸升高，此時灰分中的一些成分會隨著溫度的升高而發(fā)生相變，如水分的蒸發(fā)、有機物的分解等。這些相變過程會導致灰分的物理化學性質發(fā)生變化，使得灰分更容易在受熱面上沉積和粘結。在停止過程中，爐膛溫度逐漸降低，已經(jīng)形成的結渣層可能會因為溫度的變化而產(chǎn)生裂紋或剝落，剝落的結渣塊可能會堵塞煙道或損壞設備。3.1.3燃燒工況對結渣的作用燃燒工況是影響垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)結渣的重要因素之一，其涵蓋了燃燒空氣量、燃料與空氣混合程度、燃燒時間等多個關鍵參數(shù)，這些參數(shù)的變化會對結渣的形成和發(fā)展產(chǎn)生顯著影響。燃燒空氣量是影響燃燒過程和結渣的關鍵因素之一。當燃燒空氣量不足時，垃圾無法充分燃燒，會產(chǎn)生大量的一氧化碳（CO）等還原性氣體。這些還原性氣體的存在會使灰分的熔點降低，因為在還原性氣氛下，一些金屬氧化物（如氧化鐵Fe?O?）會被還原成低價態(tài)的氧化物（如氧化亞鐵FeO），而低價態(tài)氧化物的熔點通常較低?；曳秩埸c的降低使得灰分在較低的溫度下就會軟化和熔融，增加了結渣的可能性。以某垃圾焚燒發(fā)電廠為例，當燃燒空氣量不足，導致煙氣中一氧化碳含量達到5%時，受熱面的結渣情況明顯加劇，結渣層厚度在短時間內增加了30%。相反，若燃燒空氣量過大，雖然可以保證垃圾充分燃燒，但也會帶來一些問題。過量的空氣會降低爐膛內的溫度，因為冷空氣的進入會帶走一部分熱量。爐膛溫度的降低可能會導致垃圾燃燒不完全，產(chǎn)生未燃盡物質，這些未燃盡物質會隨著煙氣排出，增加飛灰中的含碳量，進而導致積灰的產(chǎn)生。過量的空氣還會使煙氣量增加，增大了煙氣對受熱面的沖刷速度，這可能會使已經(jīng)形成的結渣層受到?jīng)_擊而脫落，但同時也會增加飛灰在受熱面上的沉積速度，從長遠來看，仍然不利于減少結渣。燃料與空氣的混合程度對燃燒的充分性和結渣的形成也有著重要影響。如果燃料與空氣混合不充分，會導致局部區(qū)域出現(xiàn)缺氧燃燒的情況。在這些缺氧區(qū)域，垃圾無法完全燃燒，會產(chǎn)生大量的還原性氣體和未燃盡物質。這些還原性氣體和未燃盡物質會與灰分相互作用，促進結渣的形成。例如，當燃料與空氣混合不均勻，導致局部區(qū)域氧氣含量低于10%時，該區(qū)域的結渣傾向會顯著增加，結渣層的生長速度明顯加快。良好的混合可以使垃圾與空氣充分接觸，保證燃燒的充分進行，減少未燃盡物質的產(chǎn)生，從而降低結渣的風險。通過優(yōu)化燃燒器的設計和布置，采用合理的氣流組織方式，可以提高燃料與空氣的混合程度，改善燃燒工況，減少結渣的發(fā)生。燃燒時間也是影響結渣的一個重要因素。如果燃燒時間過短，垃圾中的可燃成分無法充分燃燒，會產(chǎn)生大量的未燃盡物質。這些未燃盡物質會隨著煙氣排出，在受熱面上沉積，形成積灰和結渣。研究表明，當垃圾在焚燒爐內的停留時間不足1小時時，飛灰中的含碳量會顯著增加，結渣的可能性也會大大提高。足夠的燃燒時間可以保證垃圾充分燃燒，減少未燃盡物質的產(chǎn)生，降低結渣的風險。在實際運行中，需要根據(jù)垃圾的性質、焚燒爐的類型和運行參數(shù)等因素，合理調整燃燒時間，確保垃圾能夠充分燃燒。3.2積灰機理分析3.2.1飛灰沉積過程在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，飛灰沉積是一個復雜的物理過程，涉及到飛灰顆粒在煙氣中的運動、與受熱面的碰撞以及吸附和沉積等多個環(huán)節(jié)。當垃圾在焚燒爐內燃燒時，會產(chǎn)生大量的高溫煙氣，其中攜帶了各種大小和形狀的飛灰顆粒。這些飛灰顆粒的粒徑范圍通常在幾微米到幾百微米之間，它們在煙氣的攜帶下，以一定的速度和軌跡在煙道和受熱面周圍流動。飛灰顆粒的運動受到多種因素的影響，其中煙氣的流速起著關鍵作用。一般來說，煙氣流速越高，飛灰顆粒的運動速度也越快，其慣性力就越大。在較高的流速下，飛灰顆粒更容易保持直線運動，不易受到其他因素的干擾。當煙氣流速較低時，飛灰顆粒的運動速度相對較慢，它們更容易受到氣流的擾動和其他顆粒的碰撞影響，從而改變運動軌跡。飛灰顆粒與受熱面的碰撞是沉積的前提條件。當飛灰顆粒隨著煙氣流動到受熱面附近時，由于氣流的變化和顆粒自身的慣性，它們會與受熱面發(fā)生碰撞。碰撞的概率和強度受到多種因素的影響，包括飛灰顆粒的粒徑、形狀、密度以及煙氣的流速和流向等。較大粒徑的飛灰顆粒具有較大的慣性，在氣流中更難改變運動方向，因此更容易與受熱面發(fā)生碰撞。研究表明，粒徑大于10微米的飛灰顆粒，其與受熱面的碰撞概率明顯高于粒徑較小的顆粒。飛灰顆粒的形狀也會影響碰撞效果，不規(guī)則形狀的顆粒在運動過程中更容易受到氣流的作用力，導致其運動軌跡更加復雜，增加了與受熱面碰撞的可能性。一旦飛灰顆粒與受熱面發(fā)生碰撞，它們就有可能吸附在受熱面上，開始沉積過程。飛灰顆粒在受熱面上的附著力主要受到顆粒與受熱面之間的范德華力、靜電力以及顆粒表面的粘性等因素的影響。范德華力是分子間的一種弱相互作用力，它在飛灰顆粒與受熱面距離較小時起主要作用。靜電力則是由于飛灰顆粒和受熱面表面可能存在的電荷差異而產(chǎn)生的，這種力在一定條件下也會對附著力產(chǎn)生影響。飛灰顆粒表面的粘性也會增加其與受熱面的附著力。一些飛灰顆粒在高溫下可能會發(fā)生軟化或熔融，使其表面具有粘性，更容易粘附在受熱面上。垃圾中的某些有機成分在燃燒過程中會產(chǎn)生粘性物質，這些物質會附著在飛灰顆粒表面，增強其粘性，促進沉積。隨著時間的推移，沉積在受熱面上的飛灰顆粒會逐漸增多，形成積灰層。積灰層的生長速度受到多種因素的綜合影響，包括飛灰的濃度、煙氣的流速、溫度以及受熱面的清潔程度等。當飛灰濃度較高時，單位時間內與受熱面碰撞的飛灰顆粒數(shù)量增加，積灰層的生長速度就會加快。在一些垃圾焚燒發(fā)電廠，由于垃圾處理量較大，飛灰產(chǎn)生量也相應增加，導致受熱面積灰問題較為嚴重。煙氣流速的變化也會對積灰層的生長速度產(chǎn)生影響。較高的煙氣流速可以帶走部分沉積在受熱面上的飛灰顆粒，減緩積灰層的生長速度；而較低的煙氣流速則有利于飛灰顆粒的沉積，使積灰層生長加快。3.2.2化學反應對積灰的影響在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，煙氣中的化學成分復雜多樣，其中酸性氣體與飛灰中的堿性物質之間的化學反應對積灰的形成起著重要作用。垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生大量的酸性氣體，其中氯化氫（HCl）和二氧化硫（SO?）是較為常見的兩種。這些酸性氣體主要來源于垃圾中的含氯和含硫化合物在高溫下的分解和氧化。在垃圾中，常見的含氯化合物有塑料、橡膠等，含硫化合物有紙張、木材等。當這些垃圾在焚燒爐內燃燒時，含氯化合物會分解產(chǎn)生HCl，含硫化合物則會被氧化生成SO?。飛灰中通常含有一定量的堿性物質，如氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）等。這些堿性物質在垃圾焚燒過程中，隨著灰分的形成而存在于飛灰中。當煙氣中的酸性氣體與飛灰中的堿性物質相遇時，會發(fā)生一系列的化學反應。以HCl與CaO的反應為例，它們會發(fā)生如下化學反應：CaO+2HCl=CaCl?+H?O。在這個反應中，HCl與CaO反應生成氯化鈣（CaCl?）。CaCl?具有較強的吸濕性，在一定的溫度和濕度條件下，它會吸收水分，形成粘稠的液體。這種粘稠的液體能夠吸附周圍的飛灰顆粒，使它們更容易聚集在一起，從而促進積灰的形成。在垃圾焚燒發(fā)電廠的實際運行中，當煙氣中HCl含量較高時，受熱面上的積灰現(xiàn)象往往更為嚴重，這與上述化學反應密切相關。SO?與飛灰中的堿性物質也會發(fā)生類似的反應。例如，SO?與CaO反應會生成亞硫酸鈣（CaSO?），在有氧氣存在的情況下，CaSO?會進一步被氧化成硫酸鈣（CaSO?）：CaO+SO?=CaSO?，2CaSO?+O?=2CaSO?。CaSO?同樣具有一定的粘性，它會在受熱面上逐漸積累，與其他飛灰顆粒相互作用，形成積灰層。而且，CaSO?的存在還會改變積灰層的結構和性質，使其更加致密，進一步阻礙熱量的傳遞和煙氣的流動。除了HCl和SO?，煙氣中還可能存在其他酸性氣體，如氟化氫（HF）、三氧化硫（SO?）等，它們與飛灰中的堿性物質也會發(fā)生化學反應，生成相應的鹽類。這些鹽類同樣會對積灰的形成和發(fā)展產(chǎn)生影響，它們可能會改變飛灰顆粒的表面性質，增加顆粒之間的粘附力，或者在受熱面上形成粘性的薄膜，促進飛灰的沉積。這些化學反應不僅會導致積灰的形成，還會影響積灰的性質和結構。積灰層中含有大量的反應產(chǎn)物，這些產(chǎn)物的存在會改變積灰層的熱物理性質，如熱導率、比熱容等。積灰層的熱導率降低，會導致受熱面的傳熱效率下降，進一步影響發(fā)電系統(tǒng)的性能。積灰層中的化學反應產(chǎn)物還可能會對受熱面材料產(chǎn)生腐蝕作用，降低設備的使用壽命。3.2.3鍋爐結構與積灰的關聯(lián)鍋爐結構是影響垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)積灰的重要因素之一，其受熱面的形狀、布置方式以及煙氣流速等結構參數(shù)，對積灰的形成和發(fā)展有著顯著的影響。鍋爐受熱面的形狀多種多樣，不同的形狀會導致煙氣流場和飛灰顆粒運動軌跡的差異，從而影響積灰情況。以圓形管道和矩形管道為例，在圓形管道中，煙氣流速分布相對均勻，飛灰顆粒在管道內的運動較為規(guī)則，與管壁的碰撞概率相對較低。而在矩形管道中，由于管道的拐角和邊緣處氣流容易產(chǎn)生紊流，飛灰顆粒在這些區(qū)域的運動軌跡變得復雜，更容易與管壁發(fā)生碰撞，從而增加了積灰的可能性。一些特殊形狀的受熱面，如鰭片管、螺旋管等，其表面的幾何形狀會改變氣流的流動特性，增加了飛灰顆粒與受熱面的接觸面積和碰撞機會。鰭片管的鰭片部分會使氣流在其周圍形成復雜的流場，飛灰顆粒容易在鰭片根部和邊緣處沉積，導致積灰的局部積聚。受熱面的布置方式對積灰也有重要影響。常見的受熱面布置方式有順列布置和錯列布置。在順列布置中，受熱面管排按一定的間距依次排列，煙氣在管排間的流動較為順暢，飛灰顆粒的運動軌跡相對穩(wěn)定。由于相鄰管排之間的空間相對較大，飛灰顆粒在管排間的碰撞和沉積機會相對較少。而在錯列布置中，受熱面管排的排列方式使得煙氣在管排間的流動變得更加復雜，飛灰顆粒在管排間的運動軌跡會發(fā)生多次改變，增加了與受熱面的碰撞概率。錯列布置的受熱面管排之間的間隙相對較小，飛灰顆粒在這些間隙中更容易積聚，導致積灰的形成。在實際的垃圾焚燒發(fā)電鍋爐中，錯列布置的受熱面往往比順列布置的受熱面積灰更為嚴重。煙氣流速是影響積灰的關鍵因素之一。當煙氣流速較低時，飛灰顆粒的動能較小，它們在煙氣中的運動較為緩慢，更容易受到氣流的擾動和其他顆粒的碰撞影響，從而增加了與受熱面的接觸時間和沉積概率。在一些低負荷運行的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，由于煙氣流速降低，受熱面的積灰情況會明顯加劇。相反，當煙氣流速過高時，雖然飛灰顆粒的運動速度加快，但其與受熱面的碰撞能量也會增大，這可能會導致已經(jīng)沉積在受熱面上的積灰被沖刷掉。過高的煙氣流速還會增加設備的磨損和能耗。因此，選擇合適的煙氣流速對于減少積灰至關重要。在實際運行中，需要根據(jù)垃圾的性質、焚燒爐的類型和受熱面的結構等因素，合理調整煙氣流速，以達到減少積灰的目的。為了減少積灰，在鍋爐結構設計時可以采取一系列優(yōu)化措施。在受熱面形狀設計方面，可以采用表面光滑、不易積灰的形狀，避免采用容易產(chǎn)生紊流和積灰死角的形狀。在受熱面布置方面，可以根據(jù)煙氣和飛灰的流動特性，合理選擇布置方式，如在易積灰區(qū)域采用順列布置，減少飛灰的沉積。還可以通過增加受熱面的間距、設置防磨裝置等措施，減少飛灰對受熱面的沖刷和沉積。在煙氣流速控制方面，需要根據(jù)實際情況進行優(yōu)化，在保證燃燒效率和煙氣排放的前提下，選擇合適的煙氣流速，以減少積灰的產(chǎn)生。3.3典型案例分析3.3.1某垃圾焚燒電廠結渣積灰案例某垃圾焚燒電廠位于我國東部地區(qū)，采用機械爐排爐進行垃圾焚燒發(fā)電，日處理垃圾量達1000噸，裝機容量為25MW。該電廠自投入運行以來，在運行約1年后，逐漸出現(xiàn)了嚴重的結渣積灰問題。結渣問題主要集中在焚燒爐的爐膛水冷壁、過熱器和再熱器等部位。在爐膛水冷壁上，結渣呈現(xiàn)出塊狀和層狀，厚度從幾毫米到幾厘米不等。在過熱器和再熱器的管束表面，結渣則較為緊密地附著，形成了一層堅硬的渣層。積灰問題主要出現(xiàn)在余熱鍋爐的受熱面、省煤器和空氣預熱器等部位。余熱鍋爐受熱面上的積灰呈現(xiàn)出疏松的粉末狀，隨著時間的推移逐漸堆積增厚；省煤器和空氣預熱器的積灰則較為緊密，容易堵塞管道和通道。這些結渣積灰問題的出現(xiàn)，對系統(tǒng)的運行產(chǎn)生了多方面的嚴重影響。在發(fā)電效率方面，由于結渣積灰導致受熱面的傳熱效率大幅降低，蒸汽產(chǎn)量和參數(shù)下降，發(fā)電效率從最初的28%下降到了22%左右，降低了約21.4%。在安全性方面，結渣積灰嚴重的部位出現(xiàn)了局部過熱現(xiàn)象，導致部分受熱面管道變形、破裂，甚至引發(fā)了一次小型的爆管事故，雖然未造成人員傷亡，但導致了電廠的緊急停機，對設備造成了較大的損壞，維修費用高達500萬元。結渣積灰還導致了設備的維護成本大幅增加，由于需要頻繁地進行清灰和除渣工作，人工成本、設備損耗成本以及化學清洗藥劑成本等都顯著上升。據(jù)統(tǒng)計，每年的維護成本從原來的100萬元增加到了300萬元。同時，頻繁的清灰和除渣工作還導致了設備的停機時間增加，每年因結渣積灰導致的停機時間達到了30天左右，嚴重影響了電廠的正常發(fā)電和經(jīng)濟效益。3.3.2基于案例的機理驗證與分析針對該垃圾焚燒電廠的結渣積灰問題，對垃圾成分、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)及運行工況記錄進行了深入分析，以驗證和深入研究結渣積灰機理在實際中的作用。對該電廠的垃圾成分進行分析后發(fā)現(xiàn)，垃圾中含有較高比例的塑料、織物和廚余垃圾。其中，塑料和織物中含有大量的氯元素，在焚燒過程中會產(chǎn)生氯化氫（HCl）氣體；廚余垃圾則含有較高的水分和有機物，導致垃圾的熱值相對較低。對垃圾灰分的成分分析表明，灰分中硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）等元素的含量較高，同時還含有一定量的堿金屬（如鈉Na、鉀K）和氯（Cl）等元素。這些成分的存在為結渣積灰的形成提供了物質基礎。根據(jù)結渣機理，垃圾中的堿金屬在高溫下易揮發(fā)，與煙氣中的氯元素反應生成低熔點的堿金屬氯化物，如氯化鈉（NaCl）、氯化鉀（KCl）等。這些低熔點化合物在受熱面上凝結，形成粘性物質，吸附其他灰分顆粒，逐漸形成結渣。垃圾中的硅、鋁、鐵、鈣等元素形成的化合物在高溫下也會發(fā)生復雜的化學反應，生成低熔點的共熔物，進一步促進了結渣的形成。從溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，該電廠焚燒爐內的溫度分布不均勻，爐膛局部區(qū)域溫度過高，最高溫度可達1100℃以上。在高溫區(qū)域，灰分中的低熔點化合物更容易軟化和熔融，增加了結渣的傾向。在爐膛出口和余熱鍋爐等區(qū)域，溫度下降較快，煙氣中的飛灰顆粒在溫度降低的過程中，更容易在受熱面上沉積，形成積灰。當爐膛溫度過高時，灰分中的一些高熔點化合物也會發(fā)生分解或與其他成分反應，形成低熔點的化合物，從而加速結渣的發(fā)展。而在溫度較低的區(qū)域，飛灰顆粒的動能減小，更容易受到氣流的擾動和其他顆粒的碰撞影響，從而增加了與受熱面的接觸時間和沉積概率，導致積灰的形成。對運行工況記錄的分析顯示，該電廠在運行過程中存在燃燒空氣量不足和燃料與空氣混合不均勻的問題。在某些時段，燃燒空氣量不足，導致垃圾燃燒不完全，產(chǎn)生大量的一氧化碳（CO）等還原性氣體。這些還原性氣體使灰分的熔點降低，增加了結渣的可能性。燃料與空氣混合不均勻，導致局部區(qū)域出現(xiàn)缺氧燃燒，產(chǎn)生大量的未燃盡物質，這些未燃盡物質與飛灰相互作用，促進了結渣積灰的形成。當燃燒空氣量不足時，煙氣中的一氧化碳含量增加，使得灰分中的一些金屬氧化物被還原成低價態(tài)的氧化物，這些低價態(tài)氧化物的熔點較低，容易在受熱面上形成結渣。燃料與空氣混合不均勻，會導致局部區(qū)域的氧氣含量不足，使得垃圾無法充分燃燒，產(chǎn)生的未燃盡物質會附著在飛灰顆粒表面，增加了飛灰的粘性，促進了積灰的形成。通過對該垃圾焚燒電廠結渣積灰案例的分析，驗證了結渣積灰機理在實際中的作用。垃圾成分、溫度因素和燃燒工況等對結渣積灰的形成有著重要影響，這些因素相互作用，導致了結渣積灰問題的發(fā)生和發(fā)展。四、結渣積灰對系統(tǒng)性能的影響4.1對傳熱效率的影響4.1.1理論分析從傳熱學原理來看，垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中的傳熱過程主要是通過受熱面將煙氣中的熱量傳遞給工質（通常是水或蒸汽）。在正常情況下，受熱面能夠較為順暢地進行熱量傳遞，保證系統(tǒng)的高效運行。當結渣積灰現(xiàn)象出現(xiàn)時，情況則發(fā)生了顯著變化。結渣積灰層會在受熱面表面逐漸形成，這相當于在受熱面與煙氣之間增加了一層額外的熱阻。根據(jù)傳熱學的基本公式Q=\frac{T_1-T_2}{R}（其中Q為傳熱量，T_1和T_2分別為傳熱兩側的溫度，R為熱阻），在其他條件不變的情況下，熱阻R的增加會導致傳熱量Q的減少。這是因為結渣積灰層的導熱系數(shù)遠低于金屬受熱面的導熱系數(shù)。一般來說，金屬受熱面的導熱系數(shù)較高，例如碳鋼的導熱系數(shù)在45-50W/（m?K）左右，而常見的結渣積灰層的導熱系數(shù)則在0.1-1W/（m?K）之間。這種巨大的差異使得結渣積灰層成為了熱量傳遞的阻礙，大大降低了傳熱效率。以余熱鍋爐的受熱面為例，當受熱面表面沒有結渣積灰時，高溫煙氣能夠直接將熱量傳遞給受熱面金屬壁，金屬壁再迅速將熱量傳遞給管內的工質。當結渣積灰層形成后，煙氣首先要將熱量傳遞給結渣積灰層，由于結渣積灰層的導熱性能差，熱量在其中傳遞緩慢，導致結渣積灰層表面溫度升高，而內層溫度相對較低，形成了較大的溫度梯度。這使得熱量傳遞到受熱面金屬壁的速度大幅降低，進而使得管內工質吸收熱量的速度也隨之下降。即使提高煙氣溫度，由于結渣積灰層的熱阻存在，熱量傳遞仍然受到限制，無法有效地提高工質的溫度和蒸汽產(chǎn)量。結渣積灰層的存在還會改變受熱面的表面特性，進一步影響傳熱效率。結渣積灰層通常具有粗糙的表面，這會增加煙氣與受熱面之間的對流換熱熱阻。在對流換熱過程中，熱量的傳遞依賴于流體（煙氣）與固體表面（受熱面）之間的相對運動和分子間的相互作用。粗糙的表面會使煙氣在流動過程中產(chǎn)生更多的紊流和漩渦，阻礙了熱量的傳遞，使得對流換熱系數(shù)降低。結渣積灰層還可能會覆蓋受熱面上的一些強化傳熱元件，如肋片、鰭片等，削弱了這些元件的強化傳熱效果，進一步降低了傳熱效率。4.1.2實際案例數(shù)據(jù)在實際的垃圾焚燒發(fā)電項目中，結渣積灰對傳熱效率的負面影響得到了充分體現(xiàn)。以某垃圾焚燒發(fā)電廠為例，該廠采用機械爐排爐進行垃圾焚燒發(fā)電，余熱鍋爐為常規(guī)的臥式三回程結構。在運行初期，余熱鍋爐受熱面較為清潔，傳熱效率較高，蒸汽產(chǎn)量穩(wěn)定，能夠滿足發(fā)電機組的正常運行需求。隨著運行時間的增加，余熱鍋爐受熱面逐漸出現(xiàn)了結渣積灰現(xiàn)象。經(jīng)過一段時間的運行后，通過對受熱面進行檢查發(fā)現(xiàn)，積灰層厚度在部分區(qū)域達到了5mm左右，結渣層厚度也有2-3mm。此時，對系統(tǒng)的運行參數(shù)進行監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)蒸汽產(chǎn)量明顯減少。在結渣積灰問題出現(xiàn)之前，該余熱鍋爐的蒸汽產(chǎn)量平均為每小時50噸，而在結渣積灰較為嚴重后，蒸汽產(chǎn)量下降到了每小時40噸左右，減少了約20%。蒸汽參數(shù)也受到了顯著影響。蒸汽溫度從原來的400℃下降到了350℃左右，蒸汽壓力從4.0MPa下降到了3.5MPa左右。這些參數(shù)的下降直接導致了汽輪發(fā)電機組的發(fā)電效率降低。根據(jù)該廠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在結渣積灰問題出現(xiàn)前，發(fā)電效率約為28%，而在結渣積灰嚴重后，發(fā)電效率降低到了23%左右，降低了約17.9%。這不僅影響了電廠的電力生產(chǎn)，還增加了發(fā)電成本，降低了電廠的經(jīng)濟效益。另一個案例是某新建的垃圾焚燒發(fā)電項目，在項目運行半年后，由于垃圾成分復雜以及燃燒工況不穩(wěn)定等原因，余熱鍋爐受熱面出現(xiàn)了嚴重的結渣積灰現(xiàn)象。通過對傳熱效率的測試和分析，發(fā)現(xiàn)與設計值相比，傳熱效率降低了約25%。這導致蒸汽產(chǎn)量減少了22%，發(fā)電效率降低了20%。為了解決這一問題，電廠不得不投入大量資金進行設備清洗和維護，同時還對燃燒系統(tǒng)和受熱面進行了部分改造，以提高系統(tǒng)的運行性能。但這些措施不僅增加了電廠的運營成本，還在一定程度上影響了電廠的正常生產(chǎn)。4.2對燃燒穩(wěn)定性的影響4.2.1結渣積灰導致燃燒不穩(wěn)定的原因在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，結渣積灰現(xiàn)象對燃燒穩(wěn)定性有著顯著的負面影響，其主要通過改變燃燒空間結構、干擾空氣流動路徑以及影響燃料分布等方式，引發(fā)一系列不利于燃燒穩(wěn)定的問題。結渣積灰會使燃燒空間發(fā)生改變。隨著結渣和積灰在焚燒爐爐膛壁面、爐排等部位逐漸堆積，燃燒空間逐漸減小。這不僅限制了垃圾的正常燃燒空間，還使得燃燒過程中產(chǎn)生的熱量難以均勻分布。在一些嚴重結渣積灰的焚燒爐中，爐膛有效燃燒空間可能會減少20%-30%。這就導致垃圾在燃燒時，無法充分與氧氣接觸，燃燒反應無法充分進行，從而引發(fā)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。較小的燃燒空間還會使燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣無法及時排出，導致爐膛內壓力升高，進一步影響燃燒的穩(wěn)定性。結渣積灰會改變空氣流動路徑。正常情況下，空氣在焚燒爐內按照設計的路徑流動，與燃料充分混合，為燃燒提供充足的氧氣。當結渣積灰發(fā)生時，積灰層和結渣塊會阻擋空氣的正常流動，使空氣流動路徑變得復雜。部分空氣可能會在積灰和結渣的阻擋下形成渦流或短路，無法有效地與燃料接觸。這就導致局部區(qū)域氧氣供應不足，垃圾無法充分燃燒，產(chǎn)生大量的一氧化碳等不完全燃燒產(chǎn)物。而在其他區(qū)域，由于空氣分布不均勻，可能會出現(xiàn)氧氣過量或不足的情況，進一步破壞了燃燒的穩(wěn)定性。在某垃圾焚燒廠的實際運行中，由于余熱鍋爐受熱面積灰嚴重，導致空氣流動受阻，局部區(qū)域氧氣含量低于10%，使得該區(qū)域的垃圾燃燒不充分，爐內溫度波動明顯，燃燒穩(wěn)定性受到嚴重影響。結渣積灰還會對燃料分布產(chǎn)生影響。在垃圾進入焚燒爐后，需要均勻地分布在爐排上進行燃燒。當爐排上出現(xiàn)結渣積灰時，會使爐排表面變得不平整，垃圾在爐排上的分布也會變得不均勻。一些區(qū)域的垃圾堆積過厚，導致下層垃圾無法獲得足夠的氧氣進行燃燒；而另一些區(qū)域的垃圾則可能分布過薄，燃燒速度過快，無法保證穩(wěn)定的燃燒過程。垃圾在爐排上的不均勻分布還會導致爐排受力不均，加速爐排的磨損，進一步影響燃燒的穩(wěn)定性。在某垃圾焚燒發(fā)電廠的爐排上，由于結渣積灰導致爐排表面局部凸起，垃圾在這些區(qū)域堆積厚度比正常區(qū)域高出50%，使得該區(qū)域的垃圾燃燒緩慢，爐內溫度分布不均，燃燒穩(wěn)定性受到嚴重威脅。4.2.2對燃燒效率及污染物排放的影響燃燒穩(wěn)定性的下降會直接導致燃燒效率降低，進而引發(fā)一系列環(huán)境問題，其中污染物排放的增加尤為突出。當燃燒不穩(wěn)定時，垃圾無法充分燃燒，部分可燃物質未能完全釋放出其化學能就被排出焚燒爐。這不僅造成了能源的浪費，還使得燃燒效率大幅下降。研究表明，燃燒不穩(wěn)定時，垃圾的燃燒效率可能會降低10%-20%。未燃盡的垃圾中含有大量的有機物質和碳元素，這些物質在后續(xù)的處理過程中可能會產(chǎn)生二次污染。在垃圾填埋場，未燃盡的垃圾會繼續(xù)發(fā)酵，產(chǎn)生甲烷等溫室氣體，加劇全球氣候變化。燃燒不穩(wěn)定還會導致污染物排放增加。其中，一氧化碳（CO）是燃燒不充分的典型產(chǎn)物。當垃圾燃燒不完全時，會產(chǎn)生大量的一氧化碳。一氧化碳是一種無色、無味、有毒的氣體，對人體健康和環(huán)境都有嚴重危害。長期暴露在一氧化碳環(huán)境中，會導致人體缺氧，引發(fā)頭痛、頭暈、惡心等癥狀，嚴重時甚至會危及生命。一氧化碳還會參與大氣中的化學反應，形成光化學煙霧等二次污染物，進一步惡化空氣質量。在一些垃圾焚燒發(fā)電廠，由于燃燒不穩(wěn)定，煙氣中一氧化碳的含量可達到1000mg/m3以上，遠遠超過了國家規(guī)定的排放標準。二噁英也是垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的一種重要污染物。二噁英是一類具有強烈致癌性和毒性的有機化合物，對人體的免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等都有嚴重的損害。燃燒不穩(wěn)定時，焚燒爐內的溫度和氧氣分布不均勻，容易在二噁英的生成溫度區(qū)間（360℃-820℃）內產(chǎn)生局部高溫或缺氧區(qū)域，從而促進二噁英的合成。在某垃圾焚燒廠，由于燃燒不穩(wěn)定，導致二噁英的排放量比正常情況增加了50%以上，對周邊環(huán)境和居民健康造成了極大的威脅。以某垃圾焚燒發(fā)電廠為例，在該廠運行初期，燃燒系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定，垃圾能夠充分燃燒，燃燒效率較高，污染物排放也能控制在較低水平。隨著運行時間的增加，焚燒爐內出現(xiàn)了結渣積灰現(xiàn)象，燃燒穩(wěn)定性逐漸下降。在結渣積灰問題較為嚴重時，燃燒效率從最初的85%下降到了70%左右，煙氣中一氧化碳的含量從50mg/m3增加到了500mg/m3以上，二噁英的排放量也超出了國家標準的3倍。為了降低污染物排放，該廠不得不投入大量資金進行設備改造和運行調整，但仍然難以完全消除結渣積灰對燃燒穩(wěn)定性和污染物排放的影響。4.3對設備安全的威脅4.3.1受熱面損壞風險在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，結渣積灰對受熱面的損壞風險不容忽視，其主要通過局部過熱和熱應力集中等機制，對受熱面金屬材料的性能產(chǎn)生嚴重影響，進而威脅設備的安全運行。當結渣積灰在受熱面表面逐漸形成并增厚時，會極大地阻礙熱量的傳遞。由于結渣積灰層的導熱系數(shù)遠低于金屬受熱面，使得熱量難以從煙氣傳遞到工質，從而導致受熱面局部溫度急劇升高。以余熱鍋爐的受熱面為例，在正常運行情況下，受熱面能夠將煙氣中的熱量高效地傳遞給管內的水或蒸汽，使受熱面的溫度保持在合理范圍內。當受熱面出現(xiàn)結渣積灰時，結渣積灰層會在受熱面與煙氣之間形成一道熱阻屏障。煙氣中的熱量在傳遞過程中，首先要克服結渣積灰層的熱阻，這使得結渣積灰層表面溫度迅速升高，而內層溫度相對較低，形成了較大的溫度梯度。在這種情況下，受熱面金屬壁的溫度也會隨之升高，導致局部過熱現(xiàn)象的出現(xiàn)。局部過熱會使受熱面金屬材料的力學性能發(fā)生顯著變化。金屬材料在高溫下會發(fā)生蠕變現(xiàn)象，即材料在恒定應力作用下，隨著時間的推移逐漸發(fā)生塑性變形。當受熱面局部過熱時，金屬材料的蠕變速度加快，導致材料的強度和硬度降低。長期處于局部過熱狀態(tài)下的受熱面金屬材料，會逐漸出現(xiàn)變形、鼓包等現(xiàn)象。在某垃圾焚燒發(fā)電廠的余熱鍋爐中，由于受熱面積灰嚴重，導致部分受熱面管道出現(xiàn)局部過熱，經(jīng)過一段時間的運行后，這些管道出現(xiàn)了明顯的變形，管道的直徑增大了5%-10%，嚴重影響了管道的結構強度和安全性。熱應力集中也是結渣積灰導致受熱面損壞的重要原因之一。由于結渣積灰層的不均勻分布，受熱面各部位的溫度分布也會變得不均勻。這種溫度差異會使受熱面金屬材料在膨脹和收縮過程中產(chǎn)生不一致的變形，從而導致熱應力的產(chǎn)生。當熱應力超過金屬材料的屈服強度時，就會在受熱面內部產(chǎn)生裂紋。這些裂紋會隨著時間的推移逐漸擴展，最終導致受熱面的破裂。在一些垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，由于結渣積灰導致受熱面熱應力集中，在受熱面的焊縫、彎頭、管板等部位出現(xiàn)了大量的裂紋，這些裂紋不僅降低了受熱面的強度，還可能引發(fā)泄漏等安全事故。在極端情況下，結渣積灰導致的局部過熱和熱應力集中可能會引發(fā)爆管事故。當受熱面金屬材料的強度因局部過熱和熱應力集中而嚴重降低時，無法承受管內工質的壓力，就會導致管道破裂，工質瞬間噴出，形成爆管。爆管事故不僅會造成設備的嚴重損壞，還可能對周圍的人員和設施造成巨大的傷害。據(jù)統(tǒng)計，在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的設備事故中，因結渣積灰導致的受熱面爆管事故占相當大的比例，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失和安全隱患。4.3.2管道及煙道堵塞風險在垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，結渣積灰會對管道和煙道的正常運行構成嚴重威脅，其主要通過減小流通截面積、增加氣流阻力等方式，引發(fā)一系列潛在的安全事故。隨著結渣積灰在管道和煙道內逐漸堆積，其流通截面積會不斷減小。在垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的飛灰和未燃盡物質會在管道和煙道的內壁上沉積，形成結渣和積灰層。這些結渣和積灰層會逐漸增厚，使得管道和煙道的內部空間變小。在一些長期運行且維護不及時的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，管道和煙道的流通截面積可能會減小30%-50%。這就導致煙氣在管道和煙道內的流動受到嚴重阻礙，氣流速度增加，壓力損失增大。氣流阻力的增加會對系統(tǒng)的運行產(chǎn)生多方面的影響。為了保證煙氣的正常排出，風機需要提供更大的動力，這會導致風機的能耗增加。當風機的出力無法滿足增加的阻力需求時，會導致系統(tǒng)內的壓力升高。在一些嚴重的情況下，系統(tǒng)內的壓力可能會超過管道和煙道的承受能力，從而引發(fā)管道爆裂事故。管道爆裂不僅會導致設備的損壞，還會使高溫煙氣和粉塵泄漏，對周圍的人員和環(huán)境造成嚴重的危害。在某垃圾焚燒發(fā)電廠，由于煙道積灰嚴重，氣流阻力大幅增加，導致煙道內壓力過高，最終引發(fā)了煙道爆裂事故，造成了設備的嚴重損壞和周邊環(huán)境的污染。結渣積灰還可能導致煙道塌陷。當煙道內的積灰過多，且積灰的重量超過了煙道結構的承載能力時，煙道就會發(fā)生變形和塌陷。煙道塌陷會進一步阻礙煙氣的排出，加劇系統(tǒng)的運行故障。在一些老舊的垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，由于煙道的結構強度不足，加上長期的結渣積灰，煙道塌陷的風險更高。煙道塌陷不僅會影響垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的正常運行，還會增加維修的難度和成本。在某垃圾焚燒廠的一次檢修中，發(fā)現(xiàn)煙道因積灰嚴重而發(fā)生了局部塌陷，為了修復煙道，該廠不得不停產(chǎn)進行大規(guī)模的維修，維修費用高達數(shù)百萬元，同時還導致了該廠的發(fā)電量大幅下降，經(jīng)濟損失慘重。結渣積灰還可能對管道和煙道內的其他設備造成損壞。在一些垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中，管道和煙道內安裝有溫度傳感器、壓力傳感器等設備，這些設備對于系統(tǒng)的正常運行和監(jiān)控至關重要。當結渣積灰在管道和煙道內堆積時，可能會覆蓋或損壞這些傳感器，導致傳感器無法正常工作，從而影響系統(tǒng)的自動化控制和安全保護功能。結渣積灰還可能導致管道和煙道內的閥門、擋板等部件卡死，無法正常開關，影響系統(tǒng)的運行調節(jié)和安全性能。五、性能優(yōu)化策略5.1燃料預處理優(yōu)化5.1.1垃圾分類與分選垃圾分類與分選是垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)燃料預處理優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)，對減少結渣積灰、提高發(fā)電效率具有關鍵作用。通過有效的垃圾分類和分選，可以去除垃圾中的不可燃雜質，如金屬、玻璃、磚石等，這些雜質在焚燒過程中不僅不會產(chǎn)生熱量，還可能會導致設備磨損和結渣積灰問題的加劇。去除這些雜質后，能夠提高垃圾的熱值，使垃圾在焚燒過程中釋放出更多的能量，為發(fā)電提供更充足的動力。分類分選還能使垃圾的成分更加穩(wěn)定，減少因垃圾成分波動對焚燒過程的影響，從而降低結渣積灰的風險。在實際操作中，垃圾分類與分選主要包括人工分選和機械分選兩種方式。人工分選通常在垃圾處理的初級階段進行，操作人員憑借肉眼和經(jīng)驗，對垃圾中的明顯不可燃雜質進行分揀。在垃圾進入處理廠后，工作人員會先將大塊的金屬、玻璃等物品挑出，這一過程雖然耗費人力，但能夠較為精準地去除一些難以通過機械分選識別的雜質。然而，人工分選效率較低，且難以保證分揀的全面性和準確性。隨著科技的不斷進步，機械分選逐漸成為垃圾分類與分選的主要方式。常見的機械分選設備包括滾筒篩、振動篩、磁選機、風選機等，它們各自具有獨特的工作原理和適用范圍。滾筒篩利用旋轉的滾筒和不同孔徑的篩網(wǎng)，根據(jù)垃圾顆粒的大小進行篩選。較大的不可燃雜質，如磚石、大塊的塑料等，會被留在篩網(wǎng)上，而較小的垃圾顆粒則通過篩網(wǎng)進入后續(xù)處理流程。振動篩則通過高頻振動，使垃圾在篩面上跳動，實現(xiàn)不同粒徑垃圾的分離。磁選機主要用于分離垃圾中的金屬物質，其利用磁場的作用，將鐵、鎳等磁性金屬吸附在磁選機的表面，從而與其他垃圾分離。在一些垃圾焚燒發(fā)電廠，磁選機能夠有效地去除垃圾中的鐵釘、鐵片等金屬雜質，減少了這些金屬對焚燒設備的磨損和對結渣積灰的影響。風選機則是根據(jù)垃圾中不同成分的密度和空氣動力學特性，通過風力將輕質的可燃垃圾與重質的不可燃雜質分離。例如，將廢紙、塑料等輕質垃圾吹向一側，而將磚石、金屬等重質雜質留在另一側。為了提高垃圾分類與分選的效果，還可以采用多種設備組合的方式。先通過滾筒篩對垃圾進行初步篩選，去除較大的雜質；然后利用磁選機分離出金屬物質；最后通過風選機進一步分離輕質和重質垃圾。這種組合方式能夠充分發(fā)揮各種設備的優(yōu)勢，提高垃圾分類與分選的效率和準確性。在某垃圾焚燒發(fā)電廠，采用了滾筒篩-磁選機-風選機的組合分選方式后，垃圾中不可燃雜質的去除率達到了90%以上，垃圾的熱值提高了20%左右，有效減少了結渣積灰問題，提高了發(fā)電效率。除了設備的選擇和組合，垃圾分類與分選的工藝流程也需要合理設計。垃圾在進入分選設備前，需要進行適當?shù)钠扑楹皖A處理，以保證垃圾顆粒的均勻性，提高分選效果。在分選過程中，要根據(jù)垃圾的成分和性質，合理調整設備的運行參數(shù)，如滾筒篩的轉速、磁選機的磁場強度、風選機的風速等。還需要對分選后的垃圾進行質量檢測，確保其符合焚燒發(fā)電的要求。通過定期對分選后垃圾的成分和熱值進行檢測，及時調整分選設備的運行參數(shù)，保證垃圾的質量穩(wěn)定。5.1.2燃料調質處理燃料調質處理是優(yōu)化垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)燃料特性的重要手段，通過對垃圾進行添加添加劑、干燥等調質處理，可以顯著改善燃料的燃燒特性，降低結渣積灰的傾向。在添加添加劑方面，常見的添加劑包括助燃劑、固硫劑和阻熔劑等。助燃劑的主要作用是提高垃圾的燃燒速度和燃燒效率，使垃圾能夠更充分地燃燒。常見的助燃劑有高錳酸鉀、過氧化鈣等。這些助燃劑在垃圾焚燒過程中能夠釋放出氧氣，增加燃燒區(qū)域的氧氣濃度，促進垃圾的燃燒反應。以高錳酸鉀為例，它在受熱分解時會產(chǎn)生氧氣，反應方程式為：2KMnO?\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}K?MnO?+MnO?+O?↑。釋放出的氧氣能夠與垃圾中的可燃成分充分接觸，加速燃燒過程，減少未燃盡物質的產(chǎn)生，從而降低結渣積灰的可能性。固硫劑則主要用于固定垃圾中的硫元素，減少二氧化硫等酸性氣體的排放。垃圾中含有的硫元素在焚燒過程中會被氧化成二氧化硫，這些酸性氣體不僅會對環(huán)境造成污染，還會與飛灰中的堿性物質發(fā)生化學反應，促進積灰的形成。常見的固硫劑有石灰石（CaCO?）、白云石（CaMg(CO?)?）等。以石灰石為例，它在高溫下會分解為氧化鈣和二氧化碳，反應方程式為：CaCO?\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}CaO+CO?↑。生成的氧化鈣具有堿性，能夠與二氧化硫發(fā)生反應，將其固定為硫酸鈣，反應方程式為：CaO+SO?+\frac{1}{2}O?=CaSO?。通過添加固硫劑，可以有效減少二氧化硫的排放，降低積灰的產(chǎn)生。阻熔劑的作用是提高灰分的熔點，抑制結渣的形成。垃圾中的一些成分，如堿金屬和氯元素，在高溫下會形成低熔點的化合物，這些化合物容易在受熱面上凝結，導致結渣。常見的阻熔劑有二氧化硅（SiO?）、氧化鋁（Al?O?）等。這些阻熔劑能夠與垃圾中的堿金屬和氯元素發(fā)生反應，形成高熔點的化合物，從而提高灰分的熔點，減少結渣的傾向。以二氧化硅為例，它可以與堿金屬氧化物反應，生成高熔點的硅酸鹽，從而抑制結渣的形成。干燥處理也是燃料調質的重要環(huán)節(jié)。由于垃圾中通常含有較高的水分，這些水分會降低垃圾的熱值，增加燃燒難度，同時還會在燃燒過程中產(chǎn)生大量的水蒸氣，促進結渣積灰的形成。通過干燥處理，可以降低垃圾的含水率，提高其熱值，改善燃燒特性。常見的干燥方法有自然干燥和機械干燥。自然干燥是將垃圾在露天場地堆放一段時間，利用太陽輻射和空氣流動使垃圾中的水分自然蒸發(fā)。這種方法成本較低，但干燥速度較慢，受天氣和季節(jié)影響較大。在雨季或潮濕的地區(qū)，自然干燥的效果會受到很大限制。機械干燥則是利用專門的干燥設備，如滾筒干燥機、流化床干燥機等，對垃圾進行干燥處理。滾筒干燥機通過旋轉的滾筒和內部的加熱裝置，使垃圾在滾筒內與熱空氣充分接觸，實現(xiàn)水分的蒸發(fā)。流化床干燥機則是利用流化風使垃圾在流化狀態(tài)下與熱空氣進行熱交換，快速去除水分。在某垃圾焚燒發(fā)電廠，采用了流化床干燥機對垃圾進行干燥處理，將垃圾的含水率從原來的50%降低到了30%左右，垃圾的熱值提高了15%左右，燃燒穩(wěn)定性得到了顯著提高，結渣積灰問題也得到了有效緩解。在實際應用中，燃料調質處理需要根據(jù)垃圾的具體成分和性質，合理選擇添加劑的種類和用量，以及干燥方法和干燥程度。在添加添加劑時，要確保添加劑與垃圾充分混合，以充分發(fā)揮其作用。在干燥處理時，要控制好干燥溫度和時間，避免過度干燥導致垃圾的熱值降低或產(chǎn)生其他不良影響。還需要對調質處理后的垃圾進行質量檢測，確保其滿足焚燒發(fā)電的要求。5.2燃燒過程優(yōu)化5.2.1燃燒空氣優(yōu)化燃燒空氣在垃圾焚燒過程中起著關鍵作用，其合理的控制對于改善燃料與空氣的混合效果、優(yōu)化燃燒過程以及減少結渣積灰至關重要。合理控制燃燒空氣量是優(yōu)化燃燒過程的基礎。當燃燒空氣量不足時，垃圾無法充分燃燒，會產(chǎn)生大量的一氧化碳（CO）等還原性氣體，這些還原性氣體不僅會降低燃燒效率，還會使灰分的熔點降低，增加結渣的風險。研究表明，當燃燒空氣量不足導致煙氣中一氧化碳含量達到5%時，受熱面的結渣情況會明顯加劇。相反，若燃燒空氣量過大，雖然可以保證垃圾充分燃燒，但會降低爐膛內的溫度，導致垃圾燃燒不完全，產(chǎn)生未燃盡物質，這些未燃盡物質會隨著煙氣排出，增加飛灰中的含碳量，進而導致積灰的產(chǎn)生。過量的空氣還會使煙氣量增加，增大了煙氣對受熱面的沖刷速度，雖然可能會使已經(jīng)形成的結渣層受到?jīng)_擊而脫落，但同時也會增加飛灰在受熱面上的沉積速度，從長遠來看，仍然不利于減少結渣。為了確定合適的燃燒空氣量，需要綜合考慮垃圾的成分、熱值以及焚燒爐的運行工況等因素?？梢酝ㄟ^實驗研究和數(shù)值模擬相結合的方法，建立燃燒空氣量與燃燒效率、結渣積灰之間的關系模型。根據(jù)垃圾的成分分析結果，預測垃圾的燃燒特性，進而確定所需的理論燃燒空氣量。在實際運行中，再根據(jù)爐膛溫度、煙氣成分等監(jiān)測數(shù)據(jù)，對燃燒空氣量進行實時調整。當爐膛