生活垃圾焚燒余熱鍋爐二三煙道積灰原因分析及預防措施

鄭州滎澤環保能源有限公司 景玉博 朱夢曼 王玉理 姚喜恩 鄭州東興環保能源有限公司 李向東 劉紅松

截至2023年，某城市生活垃圾每天產生量接近10000t。城市生活垃圾圍城的問題日益突出；焚燒法處理生活垃圾對土地資源短缺、環境問題日益突出的城市來說成為必然選擇。某垃圾焚燒發電廠選用6×700t/d 的垃圾焚燒爐，配備3×30MW 汽輪發電機組，日處理生活垃圾量4200t/d。自2019年12月6爐3機投產以來，較好地推動了某城市生活垃圾無害化、減量化、資源化的發展，緩解了城市垃圾圍城的燃眉之急。

1 鍋爐概況

焚燒爐采用重慶三峰卡萬塔環境產業有限公司生產的SITY2000逆推式機械爐排爐。如圖1所示，焚燒爐由給料系統、焚燒系統、除渣系統、液壓系統、燃燒控制系統、燃燒空氣系統、啟動及輔助燃燒器系統等組成。生活垃圾在垃圾坑中發酵5～7天后，通過起重機將垃圾送至焚燒爐的給料斗，給料器將垃圾推送到逆推式機械爐排上進行干燥、燃燒、燃燼及冷卻。燃燒產生的煙氣全部進入余熱鍋爐，垃圾燃燒后的爐渣經撈渣機收集。

圖1 城鎮生活垃圾焚燒爐和余熱鍋爐布置示意圖

余熱鍋爐采用南通萬達鍋爐有限公司生產的單鍋筒、臥式布置、自然循環中壓鍋爐，采用懸吊結構。額定蒸發量66.55t/h，額定蒸汽壓力4.0MPa，額定蒸汽溫度400℃。余熱鍋爐由一煙道、二煙道、三煙道、水平煙道、U 形尾部煙道組成。

2 案例

#4爐自2019年12月投運以來，二、三煙道左右側溫度一直維持在600～650℃，省煤器出口負壓維持在-200～-100Pa；爐膛負壓-10Pa 時，引風機變頻30～34Hz，電流24.5～26.8A；引風機自2020年4月某日監盤發現，發現二、三煙道溫度左側測點下降至400℃，右側測點下降至114℃；省煤器出口負壓上升-1200～-1500Pa；在負荷相同的情況下，低于#4爐正常溫度200～500℃左右；省煤器出口負壓上升1100～1300Pa；引風機變頻器上升42Hz，電流上升至33.8A。

就地測溫槍測得二、三煙道卸灰閥處灰斗溫度25℃左右，判斷為積灰，聯系檢修清灰；由于檢修在線只能通過二、三煙道卸灰閥人孔處清灰，清灰后測點溫度依舊沒有上升趨勢；聯系熱工檢查此處熱電偶，通過更換新熱電偶，此處溫度仍舊沒有恢復正常，排除溫度測點故障，判斷為二、三煙道灰斗以上積灰比較嚴重，如圖2所示。申請停爐檢修；停爐后打開二、三煙道灰斗上人孔門，人孔處已經堵滿，存在有澆注料脫落現象，如圖3所示，為防止灰塊堵塞下灰管道，采取人工搬運的方法清灰；累計工作12天，將#4爐二、三煙道清灰完畢。

圖2 二、三煙道灰斗人孔打開后內部積渣

圖3 二、三煙道灰斗人孔內清理出的脫落澆筑料塊

3 生活垃圾焚燒爐積灰機理

生活垃圾焚燒爐積灰結渣機理與垃圾種類有密切關系。李潤東[1]、張衍國[2]等學者研究認為，由于生活垃圾中含有部分的餐廚垃圾，因而焚燒物中含有堿金屬元素。在焚燒爐內高溫環境下，堿金屬化合物會發生氣化混合在煙氣中，而且部分化合物還會發生熔融，誘發共融產物。當遇到較低溫環境時，氣化的堿金屬化合物會發生凝結沉積，發生相態的轉化，形成積灰結渣。此外，垃圾焚燒爐存在超負荷運行的情況，在這種情況下爐內溫度容易超過設計的標準溫度，加劇爐內化合物的熔融，飛灰顆粒容易積聚在熔融體表面，導致積灰結渣。另外，在焚燒爐超負荷運行的情況下，焚燒料容易燃燒不充分，氣相中還原性碳含量升高，也促進了積灰結渣的生成。

4 原因分析

一是爐膛溫度過高是造成二、三煙道積灰板結的主要原因；高亮[3]、李濤[4]等學者研究表明高溫煙氣有利于渣塊的形成，在試驗過程中當溫度高于450℃時，開始形成黏結性積灰，當溫度高于460℃時，受熱面開始結渣。通過調取二、三煙道溫度曲線，查得此處最高溫度680℃，由于垃圾成分復雜，680℃已經到了部分飛灰的灰熔點，造成飛灰黏結到受熱面的內壁上，當溫度下降后板結變硬；形成大塊掉落在灰斗平臺上，堵住下灰口，越積越多，最終堵死。

二是二、三煙道灰斗內部澆注料脫落造成灰斗堵塞。二、三煙道灰斗爐內側由抓釘、鐵絲網、隔熱澆注料、耐火澆注料等結構組成，如圖4所示。設計選用的抓釘設計尺寸較小、V 型、Y 型抓釘選型不合理、灰斗爐內側護板上焊接抓釘密度不足，造成抓釘承載力無法滿足灰斗內壁保溫層的重量，導致灰斗內部澆注料脫落；二、三煙道灰斗處空氣炮如圖5所示，使用頻率太高，產生的噴射氣流振動擾動澆筑料，加速澆筑料的脫落。

圖4 二、三煙道灰斗爐內保溫典型結構圖

圖5 二、三煙道卸灰閥處平臺和空氣炮

三是煙氣中水分含量高。蒸汽吹灰帶水造成此處飛灰板結，每臺余熱鍋爐前置蒸發器處布置有蒸汽吹灰，蒸汽吹灰時，蒸汽吹灰疏水不暢；鍋爐滲濾液回噴量過大，短時間內無法在爐膛中蒸發，造成煙氣中含水量增多；垃圾庫生活垃圾發酵時間短，造成入爐垃圾含水量大。

四是二、三煙道雙層卸灰閥由于機械故障和電氣故障導致卸灰閥電機跳閘，在此期間造成二、三煙道灰斗中的積灰不能正常進入撈渣機，逐漸積累造成積灰嚴重。

五是二、三煙道下部灰斗設計不合理，二、三煙道下灰斗與雙層卸灰閥連接處，存在一個平臺，通過打開平臺處的插板閥，二、三煙道的積灰才能進入撈渣機；插板閥的面積只占平臺面積的1/3；正常運行時此處積灰不能全部落下。

六是管理不到位。監盤人員不認真，沒有及時發現二、三煙道測點溫度和省煤器出口負壓，以及引風機處理變化情況，做到及時發現、及時匯報、及時處理；就地巡檢人員巡檢不到位，通過點溫槍或手摸卸灰閥都能發現是否積灰；檢修人員維護不到位，運行人員通知堵會后，沒有清理干凈。

5 預防措施

一是燃燒調整方面，通過控制好入爐垃圾發熱量、調整給料量、料層厚度、上下爐排速度、一二次風量、一二次風溫、氧量等方法，控制好爐膛溫度在950～1050℃，進入二、三煙道的煙氣溫度＜620℃。

二是二、三煙道灰斗爐內澆注料施工時，爐內側焊接抓釘按照最大受力荷載選擇尺寸，選用雙面承載力的Y 型抓釘，如圖6和圖7所示，提高抓釘承載力，滿足灰斗內壁保溫層的重量要求，適當增加灰斗爐內側護板焊接密度，減少空氣炮的使用頻率。

圖6 二、三煙道修復過程新焊抓釘

圖7 二、三煙道灰斗修復后圖片

三是保持煙氣中水分含量在正常范圍。嚴格按照蒸汽吹灰的要求執行，吹灰前檢查蒸汽吹灰疏水手動門全開，蒸汽吹灰壓力1.0～1.3MPa，疏水溫度＞240℃，程控時疏水時間＞600s，保證蒸汽吹灰的過熱度；滲濾液回噴投入的量宜控制在1.0～1.2t/h，建議滲濾液回噴泵出口再循環管手動門改造為電動調整門，此設計根據需要調整壓力；做好垃圾庫管理，投爐垃圾滿足正常的發酵時間5～7天，垃圾庫存明顯減少時，通過停爐、增加垃圾入庫量等手段調節。

四是在二、三煙道灰斗處卸灰閥故障后盡快恢復正常，對故障后卸灰閥加大巡檢力度。

五是優化二、三煙道下灰斗與雙層卸灰閥連接處的設計，減少灰斗和卸灰閥連接處的積灰。

六是做好運維管理措施。運行人員加大參數監視力度，發現二、三煙道溫度比正常溫度下降50～80℃，省煤器處負壓比正常大100～200Pa 時，引風機出力變大等異常情況，如果不是測點問題，就地用點溫槍測溫異常，及時聯系檢修清灰，清灰后要驗收，記錄清灰情況；檢修人員除了做好日常維護，還要將二、三煙道清灰作為停爐檢修的重要保養項目，進入爐膛清灰做好防護措施。

綜上，垃圾焚燒鍋爐控制進入二、三煙道的煙氣溫度和水分在正常范圍；二、三煙道灰斗爐內側澆注料施工時，做好抓釘尺寸、焊接密度、抓釘型號的選擇；二、三煙道灰斗處有空氣炮等振達裝置時，減少振達裝置的使用頻率；加強運維人員的管理。這些措施能夠有效地解決余熱鍋爐二、三煙道積灰問題，保持鍋爐長周期安全環保經濟運行。