400t/d垃圾焚燒鍋爐結焦的原因分析與處理措施

栗德春

摘要：垃圾焚燒是當前城市生活垃圾處理最有效的方式，焚燒產生的熱量可轉換為電能，此技術得到了廣泛應用。垃圾焚燒過程中的垃圾品質、爐內燃燒溫度、鍋爐配風等因素，會使熔融灰粘附于爐內受熱面形成焦塊，爐內側墻、前后拱結焦會影響鍋爐燃燒，大面積結焦燃燒會導致鍋爐傳熱惡化，排煙溫度升高，廠用電率上升，鍋爐被迫停爐。現針對某400 t/d垃圾焚燒鍋爐的結焦問題進行了分析，提出了相應的處理措施，保證了鍋爐的安全、穩定運行。

關鍵詞：垃圾發電;鍋爐結焦;風量;爐膛溫度

0 引言

我國城市化進程不斷加快，城市生活垃圾越來越多，種類復雜，大部分垃圾帶有毒性，危害生態環境且不容分解[1]，因此，處理城市生活垃圾迫在眉睫。常見的城市生活垃圾處理方法有填埋處理、焚燒處理、堆肥處理[2]。焚燒處理減量效果顯著，可以從根源解決“垃圾圍城”問題，垃圾焚燒產生的余熱還可實現電能轉換，是國內外處理城市生活垃圾的主要方式。近幾年，國內垃圾發電項目發展迅速[3]，文獻[4]提出排煙熱損失是影響垃圾焚燒發電廠鍋爐效率的關鍵因素之一。實際生產中，垃圾焚燒鍋爐因垃圾品質、爐內燃燒溫度、鍋爐配風等因素會使鍋爐結焦，水冷壁管吸熱減弱，排煙溫度上升，排煙熱損失加大[5]。

本文基于某400 t/d垃圾焚燒發電廠鍋爐結焦的問題，隨機抽取4種不同熱值的垃圾樣品進行剖析，提出針對性措施，以改善鍋爐結焦問題，提高了鍋爐熱效率，保障了機組的安全、穩定運行。

1 設備概況

該垃圾發電廠項目工程的日處理垃圾能力為800 t/d，垃圾焚燒爐采用2×400 t/d三段順推往復式爐排爐，采用無錫華光鍋爐股份有限公司的多級爐排垃圾焚燒技術，爐膛為膜式水冷壁結構，煙氣為三流程布置方式，鍋爐為中壓、單汽包自然循環水管鍋爐，過熱器分高、中、低三級過熱器，中間設二級噴水減溫器，尾部設五級省煤器。該鍋爐長周期運行，結焦問題嚴重，主要分布于鍋爐側墻、燃燒段位置，如圖1、圖2所示。

2 結焦原因

2.1? ? 垃圾品質

垃圾種類和含水率決定其發熱量的高低，發熱量高低對鍋爐的結焦影響程度不同[6]。該垃圾發電廠位于河北省境內，燃料主要來源于所在市各轄區、縣城市生活垃圾，主要含塑料、生活廢品、邊角料、工業垃圾等，其含水率不穩定，忽高忽低，熱值變化明顯。對比不同熱值生活垃圾在相同時間內（48 h）的鍋爐結焦情況，如表1所示。

從表1可以看出：該垃圾發電廠燃用垃圾熱值均高于設計值，垃圾熱值在設計值附近鍋爐無結焦，垃圾熱值在8 280 kJ/kg時，鍋爐結焦現象最為嚴重。

2.2? ? 爐內溫度

若爐膛溫度控制不合理，鍋爐易產生結焦問題。有研究認為，爐膛溫度在850 ℃時，可以保證垃圾焚燒過程中產生的二噁英徹底分解[7]，但此時火焰中心溫度在1 100 ℃以上，飛灰易軟化熔融產生流焦現象，在靠近爐膛內壁較低溫度處形成焦塊;另一方面，因爐膛溫度測點掛焦或掛灰時，其測點溫度與實際溫度存在偏差。王海泉[5]的研究表明：測點溫度與理論溫度相差50 ℃時，實際溫度可能超過200 ℃，因季節變化產生的溫度偏差不同，造成實際溫度過高，出現鍋爐結焦問題。

該垃圾發電廠在燃燒4種不同熱值垃圾時，爐內溫度均大于880 ℃（設計值），如表2所示。停爐檢查各爐膛溫度測點均有掛焦現象，DCS顯示爐膛測點溫度按規程規定控制時，較實際溫度偏高。綜上所述，爐膛溫度過高是導致該垃圾發電廠鍋爐結焦的主要原因。

2.3? ? 鍋爐配風量

過量空氣系數對垃圾燃燒狀況影響很大，供給適當的過量空氣是有機物完全燃燒的必要條件，爐內垃圾燃燒所需氧量通過鍋爐配風調整，減少爐膛漏風量，維持風量平衡可以解決結焦問題。從已有的案例[8-9]分析可知，爐內風量不平衡主要表現在以下兩方面：一是配風量偏低，煙氣測試中CO含量偏高，使無機物灰渣熔點降低，鍋爐內壁結焦;二是二次風機投入可靠性不高，氧量長時間偏低、風速不夠，飛灰顆粒因自重而大面積沉積，在喉部上方結焦。鍋爐運行中氧量長期維持在5.2%～6.8%，遠低于設計值6%～10%，氧量偏低、風速不夠，飛灰顆粒因自重而大面積沉積是該垃圾發電廠鍋爐結焦的又一原因。

3 針對性措施

本文針對4種不同熱值垃圾對鍋爐結焦現象進行分析，采取相應的控制措施，可緩解鍋爐結焦問題，保證鍋爐的正常運行，提高其工作效率。

3.1? ? 不同熱值垃圾摻配

該地區垃圾成分復雜，其含水率多變，熱值不穩定，根據2.1中的分析，提出入廠垃圾應實施精細化管理的建議，嚴格化驗入廠垃圾熱值，對高、低熱值垃圾進行充分混合，控制混合后的垃圾熱值在5 000 kJ/kg左右，鍋爐結焦問題得以減緩。

3.2? ? 控制爐膛溫度

文獻[5]闡述了通過噴水降低爐膛溫度的方法，結合該垃圾發電廠實際情況，一是采取降低爐膛溫度運行，控制在850 ℃左右，避免因爐膛溫度與測點溫度偏差帶來的影響;二是將不同熱值垃圾混合后焚燒，爐膛溫度高于880 ℃時，向爐膛噴入鍋爐連續排污擴容器回收水的方法降低爐膛溫度;三是爐膛側墻采用空氣冷卻。運行實踐表明，這3種方法降低爐膛溫度的效果明顯，實測爐膛溫度在二噁英分解溫度可控范圍，可以抑制爐膛結焦，同時鍋爐連續排污擴容器回收水還可重復利用。

3.3? ? 氧量控制

合理配風、控制氧量在適合范圍、維持風量平衡是維持空氣動力場的重要因素[10]。根據試驗得出：結合3.1、3.2所述措施，正常運行時干燥預燃區、主燃燒區、燃盡區，3個區域按3：5：2配風;適當增加送風量，維持氧量在6%～8%，結焦程度在可控范圍內。同時，調整燃燒時切記先調整料層后調整配風，做到超前調節、勤調整，避免大幅度調整。

4 結語

該垃圾發電廠所在區域的垃圾熱值變化較大，加之運行控制不當，爐膛結焦問題嚴重。在保證二噁英分解、鍋爐穩定燃燒的情況下，發電廠采用不同熱值垃圾混合后焚燒，控制熱值盡量在設計值附近;爐內噴水、爐膛側墻空氣冷卻方法可控制爐膛溫度;優化不同燃燒區域的配風比例，可提高氧量至6%～8%，這些措施對抑制鍋爐結焦問題有顯著效果。出現類似問題的垃圾發電企業，可結合本單位實際情況，合理運用本文闡述的相關措施解決問題。

[參考文獻]

[1] 郭建明.城市生活垃圾處理技術現狀及管理對策[J].城市建設理論研究（電子版），2019（11）：13.

[2] 張英民，尚曉博，李開明，等.城市生活垃圾處理技術現狀與管理對策[J].生態環境學報，2011，20（2）：389-396.

[3] 李靜，容慶.我國生活垃圾焚燒發電項目效益分析及政策建議[J].應用能源技術，2019（7）：51-53.

[4] 陳飛，羅威威，尤俊，等.福州某垃圾焚燒廠鍋爐燃燒熱效率關鍵影響因素研究[J].質量技術監督研究，2019（5）：36-38.

[5] 王海泉.淺析垃圾發電廠余熱鍋爐結焦原因及解決對策[J].電子世界，2016（15）：142-143.

[6] 王國琦，姚昌模，夏清剛.垃圾焚燒爐結焦成因分析及對策[J].重慶電力高等專科學校學報，2018，23（4）：37-39.

[7] 周芳磊.生活垃圾焚燒發電廠二噁英控制研究與實踐[J].環境衛生工程，2019，27（6）：93-96.

[8] 賴志燚，馬曉茜，余昭勝.前、后拱和二次風對垃圾焚燒爐燃燒影響研究[J].鍋爐技術，2011，42（4）：70-74.

[9] 王海川，曾祥浩，廖艷芬，等.大型城市生活垃圾焚燒爐配風優化數值模擬研究[J].化學工程與裝備，2020（2）：10-11.

[10] 馬曉茜，劉國輝，余昭勝.基于CFD的城市生活垃圾焚燒爐燃燒優化[J].華南理工大學學報（自然科學版），2008，36（2）：101-106.