垃圾焚燒循環流化床鍋爐改造與研究

2021-03-28 11:13:12陳新?李光耀

河南科技 2021年34期

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流化床垃圾焚燒鍋爐的改造方案。根據現有燃料的熱值及燃料量核算鍋爐蒸發量，對受熱面進行適應性調整，以達到降低排煙溫度的目的，在保證床料流化質量的基礎上，實現分段供風。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;垃圾焚燒;污泥排放

中圖分類號：TK229.66 文獻標識碼：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

隨著社會經濟的發展[1]和城市化的不斷推進，城市生活污水的產生量不斷增長。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生量將近3 000萬噸/年。近年來，由于新建污水處理廠的陸續投產和原有污水處理廠升級提標，城市污泥產生量濕基（含水率80%）將達到4 200萬噸/年，折合干基污泥產生量約為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現垃圾大幅度減容，而且焚燒污染物排放必須達到國家規定的相關排放標準。循環流化床垃圾焚燒鍋爐是垃圾處理廠的關鍵設備，是垃圾處理廠實現垃圾無害化、減量化、資源化的主要環節。它是將流化燃燒技術應用于城市生活垃圾及污泥處理中，具有減量化程度高、物料適應性好、處理過程中物料燃燒充分、灰渣含碳量低、鍋爐負荷調節范圍大、以及設備初始投資費用低（為爐排式垃圾焚燒爐設備投資的1/3左右）的特點。本文以某垃圾焚燒發電廠一臺摻燒污水處理廠污泥的垃圾焚燒循環流化床鍋爐升級改造項目為例，對實際應用中的技術改造方案進行闡述和分析，為垃圾焚燒循環流化床鍋爐升級改造提供一定的技術和經驗借鑒。

1 設備概況

原垃圾焚燒循環流化床鍋爐為單鍋筒式鍋爐，采用自然循環模式。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;原垃圾焚燒循環流化床鍋爐的額定蒸發量為75 t/h。該鍋爐具備以下特點：①采用高溫上排氣中置式旋風分離器，爐膛內布置有傾斜床面和后墻排渣式水平布風板;②爐膛水冷壁采用懸吊結構，尾部受熱面設置在旋風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熱器。

原垃圾焚燒循環流化床鍋爐在設計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，后期設備實際運行中的物料與設計值偏差過大，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，與設計時的主要參數嚴重不符。在垃圾焚燒循環流化床鍋爐投入生產運行后，鍋爐系統中一次風供風量遠高于設計理論計算值。另外，燃煤消耗量和排煙溫度也均高于設計值。

2 方案與措施

2.1 技改方案

經過技術分析和探討，依據垃圾焚燒循環流化床鍋爐現有熱值穩定的混合物料不變情況下核算鍋爐蒸發量，通過對鍋爐受熱面的適應性調整等措施，達到降低排煙溫度和鍋爐系統中一次風供風量的目的。

2.1.1 降低排煙溫度。在實際運行中，一、二次風比變化較大，鍋爐尾部省煤器、空氣預熱器受熱面積灰傾向比較明顯，鍋爐運行排煙溫度高達180 ℃，比設計排煙溫度高了10 ℃。本次改造方案通過調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，增設一次風空預器等措施降低排煙溫度。

2.1.2 鍋爐系統分段制供風。在保證混合床料流化質量的基礎上，實現分段供風。在鍋爐實際運行過程中，為了保證混合床料的流化質量，基本上依賴一次風供風，而二次風只有少量供風，導致耗煤量高、正壓反竄、受熱面磨損加劇、熱效率降低以及環保效果差等問題。本次通過對水平布風板及垃圾給料裝置的改造達到合理的一、二次風比[2-3]。

2.2 改造措施

2.2.1 爐膛和燃燒裝置的改造。計算出匹配鍋爐實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目的實際運行情況，對燃燒裝置（水冷布風板）進行改造。根據改造方案，在原前后水冷壁標高7 200 mm處截斷，重新制作一套水冷風室替換原先的水冷風室，在截斷標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。根據調整后鍋爐參數對燃燒裝置進行改造設計，由混合燃料消耗量計算確定一次風量，再確定蘑菇型風帽在水平布風板上的布置數量，并計算風帽上小孔的大小和數量[4]。根據水平布風板調整情況對爐膛護板進行更換，改造后的整體結構形式詳見圖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煙氣入口處，加上鍋爐一直在低負荷狀態下運行，因此低溫過熱器管壁長時間處于超溫狀態，導致過熱器受熱面高溫腐蝕嚴重[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重，換熱效果受到較大影響，受熱面管子已發生扭曲變形，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。原錯列節距為40 mm，共76片，改造后順列節距為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。由于省煤器位置發生變化，因此也對外部連接管進行了相應調整。

2.2.3 空預器改造。在原有空預器下方增加一組一次風空預器，這組空預器采用直徑為51 mm的搪瓷管作為受熱管，管子橫向節距78 mm，縱向節距65 mm。這組空氣預熱器橫向節距（S1=78 mm）和縱向節距（S2=65 mm）均比上面的二次風空預器大，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器管箱及支撐鋼柱、鋼梁外，現場還對煙道和一次風道進行了調整。

2.2.4 分離器改造。由于實際運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到合理的速度，確保分離器實現理想的分類效果。

結合本次改造對爐內水冷壁管進行測厚，更換磨損嚴重的管子，并檢修和維護熱工檢測及控制系統。

3 改造后的調整工況

根據現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量為55 t/h，結合上述改造方案調整后鍋爐各部分受熱面的幾何尺寸，確定和計算出改造后鍋爐調整工況的熱平衡數據（見表1、表2和表3）和熱力計算數據（見表4、表5）。

4 改造總結

①鍋爐按現有燃料的熱值及燃料量核算蒸發量，鍋爐蒸發量由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，達到了設計要求。

②改造后煙氣量有所下降，尾部煙速偏低，運行時有利于防止磨損。

③改造后水冷風室為水平布風板，重新設計布置風帽，保證流化質量。

④排渣口設計為大口中心排渣，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，保護了尾部布袋除塵器。

⑥由于流化質量的改善，一、二次風配比合理，改變了以前僅有一次風供風的狀況，鍋爐負荷調節性能較好。在負荷突然改變時，可通過改變給煤、送風和循環物料等來實現穩定運行。

參考文獻：