垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐改造與研究

陳新?李光耀

摘 要：介紹某生活垃圾焚燒廠一臺摻燒污泥循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐的改造方案。根據(jù)現(xiàn)有燃料的熱值及燃料量核算鍋爐蒸發(fā)量，對受熱面進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，以達(dá)到降低排煙溫度的目的，在保證床料流化質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)分段供風(fēng)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;垃圾焚燒;污泥排放

中圖分類號：TK229.66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-00-03

Study on Rebuilding of CFB MSW Incinerator Boiler

CHEN Xin LI Guangyao

（Nantong Wanda Boiler Co.， Ltd.， Nantong Jiangsu 226001）

Abstract： To introduce the transformation scheme of a circulating fluidized bed waste incineration boiler mixed with sludge in a domestic waste incineration plant. In this transformation， the boiler evaporation is calculated according to the calorific value and fuel quantity of the existing fuel， and the heating surface is adaptively adjusted to reduce the smoke exhaust temperature， so as to realize sectional air supply on the basis of ensuring the fluidization quality of bed material.

Keywords： circulating fluidized bed boiler;garbage incineration;sludge discharge

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]和城市化的不斷推進(jìn)，城市生活污水的產(chǎn)生量不斷增長。目前中國城市生活污水排放量約為350億噸/年，在污水處理過程中污泥的產(chǎn)生量將近3 000萬噸/年。近年來，由于新建污水處理廠的陸續(xù)投產(chǎn)和原有污水處理廠升級提標(biāo)，城市污泥產(chǎn)生量濕基（含水率80%）將達(dá)到4 200萬噸/年，折合干基污泥產(chǎn)生量約為840萬噸/年，占全國固體廢棄物排放總量的3.2%。

城市生活垃圾無害化、減量化和資源化是城市垃圾處理的要求和方向。整個垃圾處理過程不僅要求實(shí)現(xiàn)垃圾大幅度減容，而且焚燒污染物排放必須達(dá)到國家規(guī)定的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐是垃圾處理廠的關(guān)鍵設(shè)備，是垃圾處理廠實(shí)現(xiàn)垃圾無害化、減量化、資源化的主要環(huán)節(jié)。它是將流化燃燒技術(shù)應(yīng)用于城市生活垃圾及污泥處理中，具有減量化程度高、物料適應(yīng)性好、處理過程中物料燃燒充分、灰渣含碳量低、鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、以及設(shè)備初始投資費(fèi)用低（為爐排式垃圾焚燒爐設(shè)備投資的1/3左右）的特點(diǎn)。本文以某垃圾焚燒發(fā)電廠一臺摻燒污水處理廠污泥的垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐升級改造項(xiàng)目為例，對實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)改造方案進(jìn)行闡述和分析，為垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐升級改造提供一定的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 設(shè)備概況

原垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐為單鍋筒式鍋爐，采用自然循環(huán)模式。燃燒物料為垃圾、污泥、煙煤按比例配備的混合物料;單臺垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐垃圾處理量為450 t/d，污泥處理量為150 t/d;原垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐的額定蒸發(fā)量為75 t/h。該鍋爐具備以下特點(diǎn)：①采用高溫上排氣中置式旋風(fēng)分離器，爐膛內(nèi)布置有傾斜床面和后墻排渣式水平布風(fēng)板;②爐膛水冷壁采用懸吊結(jié)構(gòu)，尾部受熱面設(shè)置在旋風(fēng)分離器后端的豎直煙道中;③豎直煙道由上而下依次布置有低溫過熱器、高溫過熱器、一級省煤器、二級省煤器和空氣預(yù)熱器。

原垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐在設(shè)計(jì)時混合物料中城市生活垃圾、城市污水廠污泥、煙煤的熱值分別為5 024 kJ/kg、11 221 kJ/kg、23 948 kJ/kg。由于特殊原因，后期設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中的物料與設(shè)計(jì)值偏差過大，城市生活垃圾、城市污水廠污泥、煙煤的熱值分別為3 789 kJ/kg、4 798 kJ/kg、22 190 kJ/kg。尤其物料中城市污水廠污泥的熱值偏差較大，與設(shè)計(jì)時的主要參數(shù)嚴(yán)重不符。在垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐投入生產(chǎn)運(yùn)行后，鍋爐系統(tǒng)中一次風(fēng)供風(fēng)量遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)理論計(jì)算值。另外，燃煤消耗量和排煙溫度也均高于設(shè)計(jì)值。

2 方案與措施

2.1 技改方案

經(jīng)過技術(shù)分析和探討，依據(jù)垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐現(xiàn)有熱值穩(wěn)定的混合物料不變情況下核算鍋爐蒸發(fā)量，通過對鍋爐受熱面的適應(yīng)性調(diào)整等措施，達(dá)到降低排煙溫度和鍋爐系統(tǒng)中一次風(fēng)供風(fēng)量的目的。

2.1.1 降低排煙溫度。在實(shí)際運(yùn)行中，一、二次風(fēng)比變化較大，鍋爐尾部省煤器、空氣預(yù)熱器受熱面積灰傾向比較明顯，鍋爐運(yùn)行排煙溫度高達(dá)180 ℃，比設(shè)計(jì)排煙溫度高了10 ℃。本次改造方案通過調(diào)整省煤器受熱管排列方式，將原來的錯列改成順列，減少煙灰搭橋，降低積灰程度，增設(shè)一次風(fēng)空預(yù)器等措施降低排煙溫度。

2.1.2 鍋爐系統(tǒng)分段制供風(fēng)。在保證混合床料流化質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)分段供風(fēng)。在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，為了保證混合床料的流化質(zhì)量，基本上依賴一次風(fēng)供風(fēng)，而二次風(fēng)只有少量供風(fēng)，導(dǎo)致耗煤量高、正壓反竄、受熱面磨損加劇、熱效率降低以及環(huán)保效果差等問題。本次通過對水平布風(fēng)板及垃圾給料裝置的改造達(dá)到合理的一、二次風(fēng)比[2-3]。

2.2 改造措施

2.2.1 爐膛和燃燒裝置的改造。計(jì)算出匹配鍋爐實(shí)際煤耗的爐膛輻射受熱面積185 m2，將受熱面多余部分加焊銷釘后用耐火可塑料澆注覆蓋，澆注厚度為

80 mm。

綜合考慮其他垃圾焚燒項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況，對燃燒裝置（水冷布風(fēng)板）進(jìn)行改造。根據(jù)改造方案，在原前后水冷壁標(biāo)高7 200 mm處截?cái)?，重新制作一套水冷風(fēng)室替換原先的水冷風(fēng)室，在截?cái)鄻?biāo)高處與上部水冷壁組焊，同時完成原前后水冷壁下降管道的縮短改造。根據(jù)調(diào)整后鍋爐參數(shù)對燃燒裝置進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，由混合燃料消耗量計(jì)算確定一次風(fēng)量，再確定蘑菇型風(fēng)帽在水平布風(fēng)板上的布置數(shù)量，并計(jì)算風(fēng)帽上小孔的大小和數(shù)量[4]。根據(jù)水平布風(fēng)板調(diào)整情況對爐膛護(hù)板進(jìn)行更換，改造后的整體結(jié)構(gòu)形式詳見圖1。

2.2.2 過熱器和省煤器改造。由于低溫過熱器布置在高溫?zé)煔馊肟谔?，加上鍋爐一直在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，因此低溫過熱器管壁長時間處于超溫狀態(tài)，導(dǎo)致過熱器受熱面高溫腐蝕嚴(yán)重[5]。這次改造將低溫過熱器管片由碳鋼更換為12Cr1MoVG合金鋼。

上級省煤器保持不變，下級省煤器由于積灰較嚴(yán)重，換熱效果受到較大影響，受熱面管子已發(fā)生扭曲變形，因此本次改造把下級省煤器原錯列布置的管片改成順列布置。原錯列節(jié)距為40 mm，共76片，改造后順列節(jié)距為64 mm，共48片，增加煙氣流通面積，減少搭橋，減輕積灰，提高了在線清灰的效果和停爐時人工清灰的效率。由于省煤器位置發(fā)生變化，因此也對外部連接管進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。

2.2.3 空預(yù)器改造。在原有空預(yù)器下方增加一組一次風(fēng)空預(yù)器，這組空預(yù)器采用直徑為51 mm的搪瓷管作為受熱管，管子橫向節(jié)距78 mm，縱向節(jié)距65 mm。這組空氣預(yù)熱器橫向節(jié)距（S1=78 mm）和縱向節(jié)距（S2=65 mm）均比上面的二次風(fēng)空預(yù)器大，更有利于清除積聚在鍋爐最底部的煙灰。該改動除了增加一組空預(yù)器管箱及支撐鋼柱、鋼梁外，現(xiàn)場還對煙道和一次風(fēng)道進(jìn)行了調(diào)整。

2.2.4 分離器改造。由于實(shí)際運(yùn)行煙氣量明顯低于原理論煙氣量，因此在分離器煙氣入口處下沿向上澆筑200 mm耐火澆注料，以使入口煙氣流動達(dá)到合理的速度，確保分離器實(shí)現(xiàn)理想的分類效果。

結(jié)合本次改造對爐內(nèi)水冷壁管進(jìn)行測厚，更換磨損嚴(yán)重的管子，并檢修和維護(hù)熱工檢測及控制系統(tǒng)。

3 改造后的調(diào)整工況

根據(jù)現(xiàn)有混合燃料的熱值及燃料量確定改造后的垃圾焚燒鍋爐的蒸發(fā)量為55 t/h，結(jié)合上述改造方案調(diào)整后鍋爐各部分受熱面的幾何尺寸，確定和計(jì)算出改造后鍋爐調(diào)整工況的熱平衡數(shù)據(jù)（見表1、表2和表3）和熱力計(jì)算數(shù)據(jù)（見表4、表5）。

4 改造總結(jié)

①鍋爐按現(xiàn)有燃料的熱值及燃料量核算蒸發(fā)量，鍋爐蒸發(fā)量由75 t/h降為55 t/h，垃圾處理量為450 t/d，污泥處理是為150 t/d，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

②改造后煙氣量有所下降，尾部煙速偏低，運(yùn)行時有利于防止磨損。

③改造后水冷風(fēng)室為水平布風(fēng)板，重新設(shè)計(jì)布置風(fēng)帽，保證流化質(zhì)量。

④排渣口設(shè)計(jì)為大口中心排渣，排渣襯管外布置水冷管，熱渣可被冷卻到120 ℃以下，排渣比較通暢。

⑤鍋爐排煙溫度降到170 ℃以下，保護(hù)了尾部布袋除塵器。

⑥由于流化質(zhì)量的改善，一、二次風(fēng)配比合理，改變了以前僅有一次風(fēng)供風(fēng)的狀況，鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)性能較好。在負(fù)荷突然改變時，可通過改變給煤、送風(fēng)和循環(huán)物料等來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張自麗，曾欽達(dá)，何宏舟，等.燃福建無煙煤循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥的可行性研究[J].工業(yè)鍋爐，2017（3）：10-14.

[2]陳俊.流化床垃圾焚燒鍋爐研發(fā)回顧與展望[J].工業(yè)鍋爐，2012（6）：1-4.

[3]林宗虎.循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展過程及趨向[J].工業(yè)鍋爐，2008（2）：1-5.

[4]岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐理論、設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，1997：35.

[5]彭小軍.垃圾焚燒余熱鍋爐節(jié)能改造[J].工業(yè)鍋爐，2017（1）：55-57.