爐排垃圾焚燒爐受熱面結(jié)焦分析及控制措施

宋劍華，鄭小騰，虞惠豐

（紹興市特種設(shè)備檢測(cè)院，浙江紹興 312071）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，生活垃圾產(chǎn)生量不斷增加，侵占了大量的土地資源，很多大中型城市面臨著“垃圾圍城”的困擾。垃圾焚燒處理是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最普遍的垃圾處理方法，此方法的最大優(yōu)點(diǎn)是垃圾無(wú)害化、減容化、資源化處理。目前，垃圾焚燒處理使用較多且運(yùn)行較為穩(wěn)定的是機(jī)械式爐排垃圾焚燒鍋爐，該爐最大特點(diǎn)是單爐日處理垃圾容量大，入爐垃圾不需分揀，適應(yīng)中國(guó)目前高水分、低熱值城市生活垃圾的焚燒[1]。然而由于國(guó)內(nèi)垃圾分類推廣仍然處于初級(jí)階段，垃圾混合收集模式使得入爐的垃圾成分復(fù)雜、水分高、熱值波動(dòng)大，對(duì)鍋爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提出了很大的挑戰(zhàn)，垃圾焚燒鍋爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦問(wèn)題。

1 結(jié)焦對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

結(jié)焦對(duì)鍋爐運(yùn)行造成以下3個(gè)方面的影響：①經(jīng)濟(jì)性方面：鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)結(jié)焦情況，會(huì)造成鍋爐蒸發(fā)量降低，從而影響鍋爐的出力[2]。同時(shí)，結(jié)焦還會(huì)降低鍋爐效率，尾部煙道受熱面積灰會(huì)導(dǎo)致熱阻上升，降低鍋爐出力，同時(shí)會(huì)增加煙氣流動(dòng)阻力，導(dǎo)致鍋爐用電率上升；②安全性方面：鍋爐清焦多為有限空間作業(yè)，有時(shí)為了搶時(shí)間而伴隨著高溫、高空作業(yè)，對(duì)作業(yè)人員的生命安全及身體健康都有潛在的風(fēng)險(xiǎn)；③環(huán)保性方面：由于結(jié)焦導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行周期縮短，間接增加了鍋爐壓火及啟停爐次數(shù)，在這些工況下，由于爐膛內(nèi)溫度偏低，垃圾未完全燃燒的概率大大增加，使得CO、二噁英等污染物生成量顯著提高[3]。

2 受熱面焦塊特性分析

以某熱電廠一臺(tái)垃圾焚燒鍋爐（型號(hào)SLC400-5.3/450）為研究對(duì)象，采集該鍋爐受熱面結(jié)焦最嚴(yán)重的蒸發(fā)器灰斗處焦塊作為樣品，采用X射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行物相測(cè)試，并通過(guò)軟件對(duì)物相進(jìn)行定性及定量分析。

（1）對(duì)樣品進(jìn)行處理，用研缽研磨后采用D8 Advance X射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行物相測(cè)試，測(cè)試參數(shù)：掃描角度范圍20°～100°，步長(zhǎng)0.02°，每步時(shí)間0.3 s，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 XRD原始測(cè)試圖譜

（2）采用Bruker Diffrac EVA軟件進(jìn)行物相定性分析，定性分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 物相定性分析結(jié)果

（3）采用Bruker Diffrac Topas軟件進(jìn)行Rietveld全譜擬合精修處理，由于衍射峰嚴(yán)重重疊，利用單峰定量困難，經(jīng)過(guò)全譜擬合精修處理，得到各礦物量的含量：該樣品主要由石英、硅灰石、輝石、歪長(zhǎng)石和鎂黃長(zhǎng)石組成（含量超過(guò)80%），其余礦相含量不超過(guò)10%（圖3）。

圖3 物相定量分析結(jié)果

雖然煤和生活垃圾差異很大，但生活垃圾與煤結(jié)焦的成分相似，用煤結(jié)焦判別指數(shù)判別生活垃圾的結(jié)焦程度具有很高的參考價(jià)值。

結(jié)合表1，根據(jù)焦塊樣本測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算判別指數(shù)，得出硅鋁比SiO2/Al2O3為2.57，可以得出該鍋爐垃圾焚燒有較重的積焦傾向。而實(shí)際運(yùn)行中的垃圾焚燒爐由于運(yùn)行工況、垃圾成分變化較大，產(chǎn)生的粘結(jié)性積灰對(duì)受熱面的影響較大，生長(zhǎng)快且難以清除，這將增加鍋爐結(jié)焦的程度[4]。

表1 煤結(jié)焦判別指數(shù)

3 延緩鍋爐結(jié)焦的措施

在日常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)采取以下積極措施，可以有效降低鍋爐結(jié)焦的速度，提高鍋爐的運(yùn)行周期。

3.1 控制爐膛溫度

有時(shí)為了追求負(fù)荷、垃圾焚燒量等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可能會(huì)投燒超過(guò)鍋爐設(shè)計(jì)焚燒量的垃圾，導(dǎo)致?tīng)t排爐的爐膛溫度超過(guò)1100℃甚至到1200℃，因此控制爐膛溫度能大大降低爐膛結(jié)焦的可能性。

3.2 合理配風(fēng)

風(fēng)量過(guò)大，會(huì)造成排煙熱損失增加，同時(shí)將更多的飛灰從爐排帶到上部爐膛，甚至尾部煙道，提高結(jié)焦的可能性；風(fēng)量過(guò)小，一方面垃圾燃燒不完全，造成燃料熱值的損失，另一方面爐膛中形成還原性氣氛，降低灰渣的軟化熔融溫度，使結(jié)焦過(guò)程更容易發(fā)生。因此，鍋爐運(yùn)行中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注爐膛出口煙氣含氧量的變化，將其控制在5%～8%。

3.3 定期吹灰

現(xiàn)實(shí)中存在因生產(chǎn)管理上的疏忽，對(duì)鍋爐吹灰制度的貫徹落實(shí)沒(méi)有進(jìn)行有效監(jiān)督，導(dǎo)致出現(xiàn)鍋爐停爐檢修后短短十幾天就因受熱面積灰而必須停爐清灰的情況。因此，鍋爐運(yùn)行中應(yīng)保證每個(gè)班至少1～2次吹灰，及時(shí)吹掉較為松散的初始積灰層。

3.4 垃圾預(yù)處理

積極推行垃圾堆垛管理和垃圾均質(zhì)化工作，降低入爐垃圾熱值的波動(dòng)性。首先通過(guò)垃圾堆垛管理，降低垃圾的水分和熱值波動(dòng)性；然后通過(guò)垃圾磁選、粗破、細(xì)破等一系列預(yù)處理措施，使入爐垃圾熱值逐步提高，熱值波動(dòng)性逐步降低。

3.5 使用結(jié)焦抑制劑

電廠使用了某公司的結(jié)焦抑制劑產(chǎn)品，將鍋爐結(jié)焦抑制劑噴入結(jié)焦前側(cè)，鍋爐結(jié)焦抑制劑迅速轉(zhuǎn)化為藥劑煙霧，附著在受熱面上并與焦渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使用一段時(shí)間后有以下兩方面的明顯作用。

（1）與高溫干式結(jié)渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使結(jié)渣變酥松易粉化，隨煙氣排走；中和低溫濕式結(jié)渣的硫酸，抑制劑的含鈉成分濺射在焦渣硬積物上形成低熔物，使焦塊的分解溫度降低，分解速度加快。改變焦塊，使焦塊變多孔酥松翹起，在煙氣沖擊下形成瞬間分解微爆，使焦塊自動(dòng)脫落。

（2）各部分受熱面上形成一層防腐膜，降低煙氣硫酸露點(diǎn)，保護(hù)受熱面免遭腐蝕，延長(zhǎng)鍋爐使用壽命。防止和除去爐膛火磚面上的焦碳，減輕除垢工作量，延長(zhǎng)耐火磚使用壽命。催化燃燒并減少受熱面上的結(jié)碳，延長(zhǎng)打煙管周期，減小勞動(dòng)強(qiáng)度。受熱面?zhèn)鳠岬廊娓纳?，提高鍋爐熱效率，降低能源消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。