影響爐排式垃圾焚燒鍋爐長周期運行的問題研究

運嘉寧

（保利協(xié)鑫徐州再生能源發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展，垃圾處理的問題也日益突出。據(jù)《人民日報》報道，我國600多座主要城市每年產(chǎn)生垃圾1.6億t，人均垃圾年產(chǎn)量440kg，且以每年超過10%的速度增長，其中能夠進行無害化處理的占66%，近1／3的垃圾只能進行簡單填埋。這些城市已堆放或填埋各類垃圾80億t，垃圾堆存累計侵占土地5億m2，有2／3的城市被垃圾群包圍。治理城市垃圾不僅是我國也是世界各國面臨的重大環(huán)境問題。

采取垃圾焚燒方法可使生活垃圾減容85%以上，而且燃燒后的爐渣也是可再次利用的資源，因此垃圾焚燒處理能最大限度地延長現(xiàn)有垃圾填埋場的使用壽命。同時，由于人們生活水平的不斷提高，生活垃圾中的可燃物、易燃物的含量大幅增長，提高了生活垃圾的熱值，為發(fā)展生活垃圾焚燒技術(shù)提供了先決條件。而且，通過垃圾焚燒處理，也節(jié)約了其他不可再生能源［1］，為國家和社會的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大的貢獻。

二噁英類化合物的生成溫度為180～400℃，分解溫度在750℃，一般在800℃以上即可大量分解［2］?，F(xiàn)代的垃圾焚燒爐一般都可以保證煙氣溫度在850℃持續(xù)2s以上，這樣的高溫環(huán)境足以讓大多數(shù)二噁英分解，同時煙氣凈化系統(tǒng)進一步處理，理論上能夠滿足國家要求的合格排放標準。

我國東部地區(qū)垃圾的平均熱值大約在4200～5000 kJ／kg左右，進入焚燒爐時的垃圾熱值還有不同程度的提高［3］。較高的熱值為鍋爐爐溫和蒸發(fā)量的穩(wěn)定打下了堅實的基礎(chǔ)。目前，垃圾焚燒成本較高，但是在政府財政補貼的幫助下，垃圾焚燒處理還是有一定的利潤空間的。而且在2011年3月23日，溫家寶總理主持召開的國務(wù)院常務(wù)會議上，要求推廣廢舊商品回收利用、焚燒發(fā)電、生物處理等生活垃圾資源化利用方式［4］。所以有充足的理由認為，垃圾焚燒行業(yè)會取得進一步的發(fā)展。

2 垃圾焚燒鍋爐運行技術(shù)

綜合國內(nèi)多家垃圾電廠運行情況以及國外垃圾電廠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，爐排式鍋爐所出現(xiàn)的運行問題集中體現(xiàn)在3個方面：第一是非計劃停爐次數(shù)較多；第二是連續(xù)運行周期短；第三是爐溫不穩(wěn)定，波動較大。

2.1 垃圾吊崗位原因

在垃圾焚燒發(fā)電廠，為了提高垃圾池的使用率，也為了更好地發(fā)酵垃圾，滿足鍋爐燃燒所需要的垃圾入爐量，必然要求垃圾吊車運行人員具備較高的工作強度，同時垃圾吊車磨損速度比較快。一般而言，垃圾吊主要負責以下幾方面：將入廠垃圾抓放至發(fā)酵區(qū)合理堆放發(fā)酵并清理出不同發(fā)酵區(qū)之間的排水溝；翻松并混合不同發(fā)酵程度的垃圾，將之合理投入鍋爐；清理轉(zhuǎn)移垃圾池底部過于潮濕的垃圾至新垃圾發(fā)酵區(qū)［5］。

垃圾吊工作人員在高強度的工作條件下，極容易疲勞，如果垃圾吊設(shè)備質(zhì)量和安裝質(zhì)量較差，再加上由于垃圾池內(nèi)惡臭極重，檢修和運行人員很少進去巡檢，容易發(fā)生一些故障。比較典型的狀況包括：垃圾吊電纜掛斷破損、鋼絲繩掛斷破損、抓斗損壞、油缸漏油、行車軌道損壞、垃圾吊限位器故障、垃圾吊變頻器故障等狀況。這些狀況都將導致垃圾吊不能運行，鍋爐無法投入垃圾，即使勉強能投，也不能保證所投垃圾是合理的垃圾。這直接導致了鍋爐運行的不穩(wěn)定，甚至不得不壓火停爐。

2.2 推料器故障

垃圾焚燒爐一般包括進料斗、落料槽、推料器、爐排、爐排下灰斗和風室。而推料器作為鍋爐運行承前啟后的一環(huán)，作用顯得尤為重要。在運行期間一旦發(fā)生故障則很難處理。因此，大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電（供熱）廠家都會在啟爐前對推料器做詳細檢查并做活動實驗。但是，所做的活動實驗是沒有垃圾負荷，沒有高溫膨脹的。

其典型故障主要包括活動部件卡死、滾動部件或軸承損壞、推料器不同步、限位器故障。造成這些故障的原因有推料器嚴重超負荷運行、檢修不到位、設(shè)備有質(zhì)量缺陷、垃圾夾雜有過大過硬過重塊狀物、限位器脫落。

通過查閱歷史運行日志，筆者發(fā)現(xiàn)很多臺垃圾焚燒爐曾在啟爐過程中因為推料器故障而不得不終止啟爐。在正常運行時，也會因為推料器不動或行程故障導致無法及時向爐排提供垃圾，造成鍋爐運行的起伏波動過大甚至不得不停爐。

2.3 爐排故障

目前國內(nèi)應(yīng)用較多的爐排式焚燒爐有逆推式爐排焚燒爐、順推式爐排焚燒爐、水平雙向推動式爐排焚燒爐、滾筒式機械爐排焚燒爐、組合式爐排焚燒爐、兩段式爐排焚燒爐、三驅(qū)動逆推式爐排焚燒爐，等等。因篇幅有限，筆者只就SLC－400－4.0／400兩段式爐排焚燒爐進行分析，該型鍋爐包括逆推爐排14級、順推爐排6級，爐排片的材料為耐熱鑄鋼，爐排傳動采用的是液壓驅(qū)動，其單列爐排結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 單列爐排實例

如圖1所示，該型爐排結(jié)構(gòu)是目前我國爐排爐應(yīng)用最為廣泛的爐排類型之一，其故障情況具有很強的代表性。

爐排發(fā)生的典型故障包括爐排行程故障、爐排動作卡澀、爐排風孔結(jié)焦堵塞、爐排片翹起并偏移、推力機械系統(tǒng)故障。故障原因為運行調(diào)整理念和方式錯誤、嚴重過負荷、檢修水平不足、設(shè)備老化以及質(zhì)量問題。

爐排作為垃圾焚燒爐最為昂貴的部件之一，它的磨損和故障率在生產(chǎn)成本中占有重大比重，甚至有可能因此而大量占用生產(chǎn)管理部的檢修資金。而且，運行中的爐排一旦發(fā)生機械故障，即使是靠近入孔門的順推爐排故障，也將帶來極大的額外工作量，甚至不得不因為無法繼續(xù)運行導致停爐。由于爐排的貴重程度，部分企業(yè)在停爐檢查的時候?qū)t排非常認真地檢查，但對風室內(nèi)的爐排工字梁等活動部件以及風孔的暢通檢查程度有所不足。

需要強調(diào)的是，目前爐排的故障多數(shù)都是由于停爐期間檢修水平不足，鍋爐運行人員調(diào)整不合理、運行理念錯誤導致的。以爐排風孔結(jié)焦堵塞故障為例，檢修人員在停爐期間務(wù)必要認真清理，保證暢通。同時運行人員要保證運行期間一次風壓合理，爐排溫度正常。圖2為爐排風孔堵塞后高溫腐蝕的情況。

圖2 爐排高溫腐蝕實例

2.4 受熱面積灰嚴重

受熱面積灰是制約鍋爐運行周期最嚴重的問題之一，通常情況下垃圾焚燒爐運行半個月左右的時候，在尾部煙道受熱面即可觀察到顯著的積灰現(xiàn)象。其顯著特征是蒸發(fā)器前煙氣溫度顯著升高，在省煤器后的排煙溫度基本不變的情況下，鍋爐負荷嚴重降低。

積灰的形成和性質(zhì)：正常的高溫燒結(jié)灰，屬于粘結(jié)性積灰。在鍋爐運行時，爐排上的垃圾被下部風室的一次風通過風孔和爐排間隙向上吹，大量的揮發(fā)分和細小顆粒被帶到了高溫煙氣中，為了保證煙氣中的揮發(fā)分能夠完全燒掉并增強煙氣擾動，也為了保證煙氣在800℃持續(xù)2s以上，投用的二次風使揮發(fā)分在第一燃燒室中上部再次燃燒，使煙氣溫度在受熱面前溫度一直比較高。所以說積灰主要是在各種管道迎風面形成，并沿著氣流方向大量生長。由此可見，積灰的程度主要受兩點影響：一是一次風量，決定了煙氣流速、揮發(fā)分以及細小顆粒量；二是煙氣溫度，決定了煙氣中的灰分是否會達到熔點溫度，在受熱面上燒結(jié)，圖3為凝渣管的積灰圖片。

圖3 凝渣管積灰實例

積灰一般呈土黃色，表層相對疏松，有很多的間隙，底層比較堅硬密實，具有很高的燒結(jié)強度。積灰整體呈梳狀，硬而脆，一旦形成后一般吹灰器很難清除［6］。這種積灰會引起管束阻力不斷地迅速增長，從煙道蒸發(fā)器前后的負壓壓差的數(shù)值能夠很明顯地看出，甚至會發(fā)現(xiàn)煙道幾乎完全堵塞，最終被迫停爐。

2.5 燃燒理念的影響

垃圾作為一種相對低熱值的燃料，其運行理念主要體現(xiàn)在對不同類型的垃圾采用不同的調(diào)整方式。垃圾焚燒爐所燒的生活垃圾主要以熱值來區(qū)分，細化起來有4大類，分別是春、夏、秋、冬4類垃圾。在每一類里又有5種不同的細化方式，分別是發(fā)酵時間、堆放層面、含水量、含灰量，以及垃圾的可燃成分的比例。其中又有極端天氣造成入廠垃圾熱值波動較大。所以統(tǒng)計起來，鍋爐運行值班員要對至少20種垃圾采取不同的運行調(diào)整方式。

例如在冬季燒垃圾時，典型特征是含灰量大、發(fā)酵環(huán)境溫度低、含水量較少。如果發(fā)酵時間不足，垃圾揮發(fā)分較少。部分鍋爐運行值班員為了達到入爐能量的穩(wěn)定，會增加爐排燃燒垃圾的厚度，而為了保證一次風能穿透垃圾，又需要加大一次風量。但是由于垃圾含灰量大，所需要的一次風量非常大。這樣的結(jié)果主要有3點危害：一是一次風量變化特別大，需要不斷地調(diào)整風室的風門和爐排速度，不利于鍋爐值班員的調(diào)整，因為爐排爐反應(yīng)的滯后性，任何調(diào)整都會在一段時間后表現(xiàn)得很明顯，爐溫和負荷非常難以有效掌握。二是較高的一次風，會造成煙氣中的顆粒物非常多，造成受熱面積灰加快，同時增加煙氣凈化系統(tǒng)負荷，降低鍋爐運行周期，提高煙氣凈化物料消耗。三是增加推料器和爐排的負荷，筆者曾見過推料器連接件10mm厚的槽鋼在運行期間被硬生生撕裂，因此推料器和爐排過負荷后果十分嚴重。

垃圾焚燒的調(diào)整理念以穩(wěn)定運行為主，從源頭把握好垃圾的質(zhì)量，及時清理垃圾池導排溝、保證發(fā)酵時間（一般而言發(fā)酵時間夏季不少于3d，冬季不少于7d），在鍋爐燃燒調(diào)整上以滿足環(huán)保指標為前提，加強去現(xiàn)場看火，及時調(diào)整爐排速度和一次風量，一切調(diào)整以勤調(diào)整、微調(diào)整為主，合理布料，根據(jù)料層的穿孔程度進行一次合理風量配比。

燃燒理念的科學正確與否對垃圾焚燒日常運行的穩(wěn)定和效率非常重要，直接表現(xiàn)在爐溫和負荷的起伏波動，一旦調(diào)整得不及時，甚至需要投用噴油燃燒器才能調(diào)整過來。另外，燃燒理念對環(huán)保指標的影響可以說是決定性的，二噁英的分解大部分還是靠高溫煙氣來進行，環(huán)保是垃圾焚燒發(fā)電廠生存的根本，因此進一步推廣科學燃燒理念至關(guān)重要。

2.6 其他相關(guān)輔助設(shè)備故障

影響垃圾焚燒爐的長期運行的重要輔助設(shè)備主要包括一次風機、二次風機、引風機、冷渣機、冷渣機出渣的振動輸送機、煙氣處理系統(tǒng)。這些設(shè)備沒有備用設(shè)備，其故障率對鍋爐正常穩(wěn)定的運行是致命性的。運行值班員和檢修人員要對這些重要設(shè)備勤于巡檢、認真巡檢，嚴密注意潤滑油位、電機和軸承等溫度。

3 結(jié)語

我國的垃圾大多數(shù)都沒有經(jīng)過分類，由于成分復雜，導致處理成本一直居高不下。目前國外發(fā)達國家已經(jīng)在努力推廣燃燒分類垃圾。分類過的垃圾在處理上能有更好的針對性。目前我國已經(jīng)在部分城市開始試點垃圾分類處理，相信在不久的將來，我國的分類垃圾焚燒行業(yè)會普及到各大城市，為社會和自然的和諧相處做出巨大貢獻。

［1］李建政.環(huán)境毒理學［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［2］張 益，趙由才.生活垃圾焚燒技術(shù)［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2000.

［3］白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］付 龍，袁 悅.溫家寶主持召開國務(wù)院常務(wù)會議［N］.人民日報，2011－03－24.

［5］保利協(xié)鑫徐州再生能源發(fā)電有限公司.鍋爐設(shè)備運行標準［R］.徐州：保利協(xié)鑫徐州再生能源發(fā)電有限公司，2011.

［6］孫 巍，馬增益，嚴建華，等.垃圾焚燒爐尾部受熱面積灰及其抑制方法分析［J］.能源工程，2006（1）：27～29.