垃圾焚燒爐蒸汽空間空氣預熱器汽源的選擇對鍋爐的影響

朱紅芳 廣州環投技術設備有限公司

垃圾焚燒爐蒸汽空間空氣預熱器汽源的選擇對鍋爐的影響

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運用數學公式對蒸汽空間預熱器采用不同的加熱汽源對鍋爐的影響進行分析，并以垃圾處理量為600t/D 垃圾焚燒鍋爐為例，在空氣預熱器加熱汽源從采用飽和蒸汽改為采用汽機抽汽時，通過對計算數據的分析，得出對鍋爐給水量、出力、結構等方面的影響。

垃圾焚燒鍋爐 蒸汽空氣預熱器 加熱汽源 影響

國內垃圾含水率高，需要熱風對垃圾進行干燥，并促進垃圾更穩定、更快、更完全燃燒，提高燃燒效率。在垃圾焚燒電廠目前采用的空氣預熱器有煙氣加熱和蒸汽加熱兩種形式，其中利用蒸汽加熱的空氣預熱器（以下簡稱蒸汽空氣預熱器）汽源分別有過熱蒸汽、飽和蒸汽和汽輪機抽汽。蒸汽空氣預熱器一般都作為一個單獨的設備，與鍋爐本體分開放置，因此采用不同的加熱汽源對鍋爐會產生不同的影響。蒸汽空氣預熱器加熱汽源采用過熱蒸汽和汽機抽汽相比，都可作為鍋爐系統外部的熱源，對鍋爐系統的影響一樣，因此以下僅對從鍋筒抽汽和汽機抽汽對鍋爐的影響進行比較說明。

1 不同的加熱汽源對鍋爐的影響

對比僅指100%從汽包抽汽和100%從汽機抽汽作加熱汽源的工況，一部分從汽包抽汽和一部分從汽機抽汽是介于兩者之間的情況，對鍋爐影響的大小取決于兩者的抽汽比例。

1.1 對鍋爐給水量的影響

對于兩種加熱汽源，入爐熱量為：

式中：Qin——鍋爐輸入熱量，kJ/h；

Qnet.ar——燃料收到基的低位發熱量，kJ/h；

Qk——熱風帶入的熱量，kJ/h。

從飽和蒸汽抽汽情況下鍋爐有效熱量：

式中：Q11——鍋爐的輸出熱量，kJ/h；

D1——從鍋筒抽出的飽和蒸汽量，t/h；

is.s——飽和蒸汽焓，kJ/kg；

if.w——給水焓，kJ/kg；

D2——鍋爐額定蒸發量，t/h；

ish.s——過熱蒸汽焓，kJ/kg；

Db.w——鍋爐排污量，t/h；

is.w——飽和水焓，kJ/kg。

從汽機抽汽的情況下鍋爐有效熱量：

式中：Q12——鍋爐的輸出熱量，kJ/h；

D3——鍋爐額定蒸發量，t/h。

在入爐垃圾熱值、熱風流量及溫度、排污水流量及溫度、鍋爐熱效率、蒸汽參數相同的情況下，將式

(1)、式(2)、式(3)整理得：

式中：η——鍋爐熱效率。

又由于is.s＜ish.s，得出D1+D2＞D3，即在采用飽和蒸汽抽汽和采用汽機抽汽時，前者的給水量大于后者。

1.2 對鍋爐出力的影響

圖1為蒸汽空氣預熱器示意圖，蒸汽帶來的熱量一部分加熱空氣，一部分成冷凝水排出，即：

式中：Q——蒸汽帶入的熱量，kJ/h；

Qk——空氣吸收的熱量，kJ/h；

Qcod——冷凝水帶走的熱量，kJ/h。

式中：Qk1——冷空氣的熱量，kJ/h；

Qk2——熱空氣的熱量，kJ/h。

圖1 蒸汽空氣預熱器示意圖

熱量Qk由輔助空氣攜帶進入爐膛、成為入爐熱量的一部分。

在用飽和蒸汽作為加熱汽源時，熱量Qk在鍋爐系統內部循環，并不構成熱損失(當然，略去散熱損失和焚燒效率的影響)，對鍋爐出力沒有影響，但從式(5)中看出，熱量Qcod卻排出了鍋爐系統形成熱損失，降低了鍋爐出力。

在用汽機抽機作為加熱汽源時，熱量Qk是由鍋爐系統外部汽機抽汽的熱量傳遞的，屬于外加熱源，增加了鍋爐出力。

1.3 對結構的影響

● 1.3.1 過熱器

電站鍋爐要求在鍋爐允許的負荷波動(一般60%～70%負荷到100%負荷)范圍內以及工況變化(如燃料水份、過量空氣量變化)時過熱蒸汽溫度保持正常，其波動范圍保持在一般規定的±10℃以內[1]。國內的生活垃圾隨著季節的不同熱值波動大，因此過熱器的設計應滿足上述要求受熱面的布置應有充足的裕量。

由于新建的垃圾焚燒廠一般都是根據現有的垃圾熱值基礎上預測到第8年左右的垃圾熱值作為額定垃圾熱值[2]，即MCR點的熱值。根據國內現有的垃圾發展趨勢，垃圾熱值在逐漸提高，因此垃圾焚燒爐在新建的幾年內熱值低于MCR點。在當前熱值情況下，鍋爐出口的蒸汽溫度和壓力應達到額定值。

由上面1.2的分析，燃燒同樣的垃圾采用飽和蒸汽和汽機抽汽鍋爐出力會不同，采用汽機抽汽增加了蒸汽流量，蒸汽流量的變化量取決于加熱空氣需要的熱量，由熱平衡計算可以得出蒸汽流量的變化。這時需要對燃燒圖上的各個工況點進行核算，確保在低工況和當前熱值情況下蒸汽參數能達到額定值，過熱器受熱面積需要增加，因此要進一步校核以確定過熱器的受熱面積。

● 1.3.2 省煤器

由于采用兩種加熱汽源流經省煤器的水量發生變化，如果省煤器受熱面不變，鍋爐出口煙氣溫度就不能達到設計值，為滿足上述條件省煤器的受熱面積也將改變。

1.4 對閥門的影響

從汽機抽汽與從飽和蒸汽抽汽相比，前者比后者蒸汽流量和過熱器受熱面積都增加，這樣過熱器的蒸汽阻力相應增加，如保持過熱器出口蒸汽壓力不變，則鍋筒壓力增加，相應的鍋筒安全閥的設定壓力也將改變，其它閥門的壓力也應作相應的修改。

1.5 其它

以上分析的前提條件在保證垃圾處理量不變的情況下，如果是維持鍋爐蒸汽量、壓力及溫度不變，由式（4）可得出垃圾處理量將減少，過熱器的結構、阻力保持不變，相應的過熱器和鍋筒安全閥的設定壓力不變，但給水量和省煤器受熱面將發生變化。

2 案例分析

以600t/d的焚燒爐為例，鍋爐布置形式如圖2所示。建設階段收集檢測到的垃圾熱值為5500J/kg，預測第8年左右的垃圾熱值為6700kJ/kg，即焚燒爐MCR點采用的熱值，在垃圾處理量一定的情況下，采用飽和蒸汽和汽機抽汽的熱力計算結果見表1：

圖2 600t/D焚燒爐布置

表1 熱力計算匯總表

從以上的數據可以看出，當空氣預熱器的加熱汽源從飽和蒸汽改變為汽機抽汽時，為維持垃圾處理量不變，額定蒸發量、過熱器受熱面面積、過熱器阻力和省煤器受熱面面積數值增大；給水流量減小。

3 結論

如改變蒸汽空氣預熱器的加熱汽源應對整臺余熱鍋爐進行重新計算和設計，鍋爐給水量、結構、出力和閥門等都會出現相關的變化。

1 馮俊凱,沈幼庭.鍋爐原理及計算.北京：科學出版社,2003

2 白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術.北京：中國建筑工業出版社,2009

Using the mathematical formula to analyze how steam driven air preheater influences the boiler by using different heating sources, and taking 600t/D boiler as an example, when changing saturated steam to turbine bleeding as the heating source, the effect is obtained on boiler feed water flow, steam flow and boiler structure.

Waste incinerator Steam driven air preheater Heating sources Influence

2013－06－21）