垃圾焚烧电厂锅炉优化设计措施.pdf

2022年第12期（总第300期）应用能源技术27doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2022.12.006垃圾焚烧电厂锅炉优化设计措施邱留良（广州环投永兴集团股份有限公司，广州510475）摘 要:近年来垃圾焚烧发电在我国有了很大发展，锅炉是垃圾焚烧发电过程中最关键的 设备，锅炉受热面腐蚀、堵灰结焦、磨损减薄、爆管泄露防治，锅炉热效率提高及长周期稳定运行 是锅炉设计需重点考虑的问题，以便确保垃圾焚烧发电厂安全、经济、稳定运行。关键词:垃圾焚烧电厂；锅炉；优化设计中图分类号:TK222 文献标志码:A 文章编号:1009-3230（2022）12-0027-04Optimization Design Measures for Boiler of Waste Incineration Power PlantQIU Liu-liang(Guangzhou Huantou Yongxing Group Co.,Ltd.,Guangzhou 510475,China)Abstract:In recent years,garbage incineration power generation has been gready developed in China.Boilers are the most critical equipment in the process of garbage incineration power generation.Corrosion of boiler heating surfaces,ash blockage and coking,wear and thinning,prevention of tube explosion and leakage,improvement of boiler thermal efficiency and long-term stable operation are key issues to be considered in boiler design,so as to ensure safe,economic and stable operation of garbage incineration power plants.Key words:waste incineration power plant；boiler；optimization designo引言垃圾焚烧发电已经成为垃圾处理的主要方 式,为了确保二期（垃圾焚烧炉:6 X900 t/d炉排 焚烧炉，余热锅炉额定蒸发量97 t/h；汽轮发电机 组：3x50 MW汽轮发电机组）垃圾焚烧发电厂能 够安全、高效、稳定的运行，总结一期（垃圾焚烧 炉：6 x750 t/d炉排焚烧炉,余热锅炉额定蒸发量 67.5 t/h；汽轮发电机组：4 x25 MW汽轮发电机 组）运行机组的经验,对锅炉进行优化设计,制定 出合理的锅炉设计方案，从源头解决影响锅炉长 周期稳定运行的问题1-2o 1锅炉设计参数某二期项目锅炉设计参数详见表1。收稿日期：收稿日期：2022-08-28 修订日期：修订日期：2022-10-08作者简介：邱留良（1988-）,男，硕士研究生，工程师，主要 从事垃圾焚烧电厂锅炉安装调试及运行管理。表表1锅炉设计参数锅炉设计参数序号名 称单位数值1单炉额定处理能力/t-d-1t/d9002额定蒸发i/t-h-1t/h97.53额定蒸汽温度/tC4854额定蒸汽压力/MPaMPa6.45入口烟气温度C1 0506排烟温度C1907给水温度r1308给水压力MPa6.99一次风温度r22010二次风温度3C3011锅炉热效率%822防止高温腐蚀措施由于垃圾焚烧锅炉的烟气中含有许多氯化氢 和氧化硫物质，需要注意受热面的高温腐蚀。采 取如下措施：28应用能源技术2022年第12期(总第300期)(1)为防止局部燃烧引起高温腐蚀,对必要 的面积采用耐火材料涂覆处理。在第一烟道高温 区用耐火材料进行涂覆处理，同时在第一烟道上 部及二烟道全部进行水冷壁镰基合金堆焊，如图 1所示，堆焊面积约1 030 m2o堆焊区域图1锅炉堆焊区域示意图(2)考虑到过热器的高温腐蚀，将高温过热 器布置在烟气温度较低的区域，在高温过热器前 布置一组蒸发器，可有效控制进高温过热器的烟 气温度,并且高温过热器采用了顺流布置,尽可能 地降低高温过热器的壁温,从而有效地避免了高 温腐蚀，如图2所示;合理布置炉膛及二三烟道的 受热面，设计足够的面积,严格控制高过入口烟 温,不得超过650弋，防止烟温太高而导致金属壁 温过高。如图2为高温过热器布置图。三级过热器二级过热器一级过热器图2咼温过热器布置图3防止锅炉堵灰结焦的措施由于垃圾成分非常复杂,经过焚烧后的高温烟 气中的粘覆物颗粒非常多，随着烟气的流动，在受 热面的迎风面非常容易形成粘性积灰，一定时间周期,降低运行成本,主要通过以下措施实现:(1)在进入管束之前,使烟气的流动以足够 的速度翻转,尽可能地离心分离烟气中的飞灰;保 持足够的烟道长度,使可燃气体充分燃烧,且将烟 气降低到合适的温度；(2)受热管的水循环保持良好状态,管壁保 持合适的温度;对流受热面必须保证足够的管间 距;在管束中,使烟气流速保持合适的速度，防止 因飞灰而引起的管道磨损和飞灰粘着.(3)科学吹灰。锅炉在第二、三烟道顶部设 置了水力清灰，如图3所示；同时在第二、三烟道 左右两侧还设置了炉膛吹灰器(如图4所示)，在 水平烟道的蒸发器和过热器区域均布置了长伸缩 蒸汽清灰，在省煤器处设置了半伸缩吹灰器,使多 种清灰设备交替/结合使用。二、三烟道清灰一直 是垃圾炉的难题,二期项目采用的水浴喷淋清灰 能够很好的、有效的解决该问题，另外侧墙设置 了炉膛吹灰器，更确保了二、三烟道的清灰效果。水平烟道对流受热面的工作烟温较高,特别是蒸 发器及高过，因此，采用了可靠性较高的长伸缩 蒸汽吹灰，从而确保取得良好的清灰效果。在锅 炉尾部垂直通道的省煤器区域整体烟气温度较 低，都在400 CC以下，也避开了高温腐蚀的危险 区域,且此处的积灰都是较为松散的细灰，因此 采用半伸缩式蒸汽吹灰,既能取得良好的清灰效 果，也能保证设备长期可靠的运行。四套清灰系 统结合的方式，发挥了各套清灰设备的长处，但 同时又避免了各套清灰设备的短处,既能取得良 好的清灰效果，又提高了清灰系统及锅炉受热面 的可靠性。,900 5950 5950 900后，随着积灰越来越厚，会形成“搭桥”现象,甚至出 现全面堵死的情况，烟气前后压差非常大,烟气温 度上升，加快受热面的腐蚀,严重时会影响锅炉安 全运行，而导致被动停炉清灰，这是影响锅炉运行 周期的最主要因素，也是增加锅炉运行成本的主要 因素。因此，如何防止上述现象发生，延长运行B三三三B三三三25(25(560560)40)40te三三三三图3水力清灰系统现场布置图2022年第12期(总第300期)应用能源技术29图4炉膛吹灰器4锅炉防磨措施4.1余热锅炉的防磨措施岀口烟道是余热锅炉上磨损较大的部位和区 域，一方面通过优化结构,将烟气的流速降下来,另 一方面为防止烟气直接冲刷设备，在相关的部位打 耐磨浇注料,抓钉选用耐高温的合金材料,且布置 节距较小的抓钉或销钉,提高强度,选用抓钉结构 形式为可靠的一体式抓钉，而非焊接式或螺栓连接 式,这样能够最大程度的提高金属件的可靠性,在 水冷壁区域的管子外壁用销钉枪打上密集的销钉,如图5所示。由于受到管子的冷却，销钉的强度也 大大提高，有效的防止了耐火防磨材料的脱落。图5水冷壁管外壁销钉4.2吹灰区域的防磨措施蒸汽吹灰长期使用会对对流受热面管壁产生 磨损减薄，因此各级过热器、蒸发器、省煤器在做 方案设计时,已经考虑了吹灰区域附件的防磨措 施:一方面,在布置管屏时，避开吹灰器喷口位置,防止喷口直接喷射;另一方面,在喷口附近布置了 防磨装置,防磨装置选用了 316 L防磨护瓦，含有 抗腐合金元素，如图6为省煤器防磨瓦;再一方 面,科学控制吹灰的频次和力度，防止过度吹扫，这样就能大大减少吹灰所带来的管子磨损减薄问 题,进而延长对流受热面的使用寿命。图6省煤器防磨瓦4.3选择合理烟气流速烟气与对流受热面中工质的换热有一个较佳 的范围，选择合理的烟速，可以更经济的布置受热 面，同时考虑到锅炉的积灰、磨损等重要因素，一 般选择在4m/s左右。如果设计的烟速过高，会 导致本体阻力较大，且对受热面有磨损，但是烟速 过低，又会影响传热,因此选择合适的烟气流速对 锅炉的热效率、运行周期、可靠性、稳定性和经济 性都非常重要。5防止锅炉爆管泄露的措施因为垃圾焚烧余热锅炉上焊口较多,爆管泄 露也就成为余热锅炉稳定运行的潜在风险。一般 地,无论是在锅炉的调试阶段,还是运行阶段,都 会或多或少地出现爆管泄露。如何杜绝或消除这 种现象，主要通过以下措施：(1)有关部件局部优化:连接管布置方向或 角度的调整，直管连接优化为大R弯管连接或螺 旋管连接；(2)不同的温度区间、不同的部件选用合适 的材料，详见表2；(3)汽水动力、两相流分析,合理分配汽水流 量、速度和温度。表2 锅炉主要部件材质清单序号 项 目材质水冷壁管20G/GB5310蒸发器20G/GB5310过热器TP347、12CrlMo VG、15CrMo G省煤器20G/GB5310包墙20G/GB5310空气预热器20G/AL水冷壁集箱20G/GB5310下降管连接管20G/GB5310本体管路、取样管路等lCrl8Ni9Ti、20G/GB531030应用能源技术2022年第12期(总第300期)6提高锅炉热效率措施61保证一次风热风温度的措施垃圾焚删炉一姒的风温瞬达到预定耐 值将直接影响垃圾焚烧的性能和燃烧效率，一次风 温至关重要。蒸汽空气预热器设计时，首先根据风 量、加热蒸汽的参数及要求达到的风温进行了核算,选择经济合理的管间距和介质流速等,并考虑了换 热面的富余量，完全保证MCR工况的燃烧需求，在 低负荷或麺热值的情况下也有更好的保障。6.2焚烧炉前后二次风改进从烟气扰动、流场等方面,调整二次风的位置 以及入炉喷射角，尽可能避免二次风对冲。优化 后能够更好的“锁住”焚烧炉出口烟气，稳定焚烧 炉温度场,也可使二次风和高温烟气充分扰动,增 加烟气停留时间,促进二次燃烧，从而能够使二次 风取得更佳的效果。63提高锅炉热效率和燃烬率的措施烟气中的可燃碳元素的高低，直接影响着锅 炉热效率、燃烬率的高低，飞灰含碳量与多个因素 有关,如燃料稳定性、燃烧稳定性、垃圾成分和波 动、运行和控制等各方面。新进入厂的垃圾一般 水分比较高，需要在垃圾坑中存放5 7 d,让渗滤 液尽可能的沥干，特别需要注意的是，在堆放垃圾 的过程中务必不能将新鲜的垃圾混入，尽可能的 让垃圾的水分维持在同一水平阶段，减少垃圾成 分的波动，这对于稳定燃烧极其重要。另外，在炉排燃烧控制方面要做到连锁反应、快速反应，尽可能的适应燃料的波动，减少波动带来的影响；烟气含氧量7%-10%,合理的空气量能够充分 的燃尽烟气当中的碳元素，降低CO的含量，提高 锅炉效率;稳定的含氧量需要控制好炉膛过量空 气系数,并控制好给料系统,尽量减少垃圾量和热 值的波动，这一点和以上燃料稳定性及良好的燃 烧控制是密切相关的。64沼气回喷系统垃圾渗滤液处理工程厌氧阶段产生沼气，热 值较高,为此既可作为燃料利用，为响应国家节能 环保的政策。将渗滤液厌氧处理过程中产生的沼 气经沼气燃烧器送入焚烧炉内燃烧，每条焚烧线 的沼气回喷量按450 Nn?/h设计。渗滤液处理站产生的沼气通过管道引出，接 入气水分离器,经过气水分离的沼气，通过管道接 入一套罗茨风机增压设备，增压后的沼气管道分两 路。一路沼气管道通过架空方式输送到焚烧炉掺 烧。另一路管道进入封闭式无焰火炬，在掺烧系统 紧急/故障状态下燃烧排放沼气。燃烧器管路保护 系统考虑侧墙布置,沼气总管从渗滤液处理站进入 焚烧炉区域后，分成各分支管路分别进入燃烧器内 喷入炉膛燃烧。表3为燃烧器设计参数。表表3沼气燃烧器技术参数沼气燃烧器技术参数序号项目单位数值1额定功率/MW2.02燃料/沼气3最大燃料消耗量Nm3h4804燃料压力k Pa205助燃风量Nm3h20 0006调节比/1：107结束语锅炉是垃圾焚烧发电过程中最关键的设备,本文在总结一期运行经验的基础上，从防止高温 和低温腐蚀、防止堵灰结焦、防磨减薄、防止爆管 泄露、提高热效率和延长运行周期等方面对二期 项目锅炉了设计优化分析。后续在工作中要不断 总结,不断进行技术创新，促进垃圾焚烧发电厂设 计水平不断提升。参考文献1 王亚伟.900 t/d次高温次高压垃圾焚烧余热锅炉 的设计J.锅炉技术,2021,52(3):28-30,35.2 张晓斌，戴小东，熊君霞，等.垃圾焚烧发电项目余 热锅炉中参数和高参数的对比分析J.能源研究 与信息,2018,4(34：)：195-201.3 张焕亨.李坑垃圾焚烧高温腐蚀试验研究d,r 州：华南理工大学,2013.4 张云鹏，郁鸿凌，刘峰，等.垃圾焚烧炉余热锅炉 过热器高温腐及结构改进措施J.工业锅炉,2018(6)：18-20.5 张 卫.垃圾焚烧发电厂锅炉参数技术的选用J.广东电力,2018,21(10)：22-25.6 丁锐.城市生活垃圾焚烧发电厂的设计要点分析J.通讯世界,2021(2)=365.