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垃圾焚烧锅炉的优化改造方案

期刊目录网工业设计论文发表2022-07-04 09:24关注(1)

  本文针对某垃圾发电厂制备的固体回收燃料特性进行了分析,针对燃料特性,提出了某400t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉优化改造方案,改造后的锅炉经过调试和试运行,投产后处理效率和运行经济性均有较大幅度提高。

垃圾焚烧锅炉的优化改造方案

  关键词:循环流化床;固体回收燃料;焚烧锅炉;改造

  0前言

  近年来,国内一些早期建设的流化床垃圾焚烧炉电厂通过采用堆放、粗破碎、除铁、分选、细破碎等前处理设备将生活垃圾制备成固体回收燃料(下文简称SRF),结合原有的循环流化床焚烧锅炉处置生活垃圾,提升了锅炉燃烧稳定性,污染物CO排放数值达标,但SRF与原入炉垃圾特性存在较大的差异,运行中存在密相区超温、排烟温度高、连续运行周期短等问题,本文针对SRF特性,结合循环流化床垃圾焚烧炉设计及运行经验,在原锅炉利旧基础上,提出适用于SRF的循环流化床垃圾焚烧锅炉改造方案。

  1固体回收燃料特性参数

  该垃圾焚烧电厂的SRF制备采用垃圾分选线,分选线由垃圾堆库、链板给料机、圆盘筛、主破碎机、磁选机、风选机组成。制备的SRF主要特性参数如表1所示,将垃圾制备成SRF能够显著提升入炉垃圾热值,降低金属、玻璃含量,实现垃圾均值化、燃料化,利于降低垃圾焚烧污染物排放数值。该厂制备的SRF低位热值7537KJ/kg,热值对应欧盟“Solidrecoveredfuels—specificationsandclasses”(EN15359-2011)中5级[1],可燃组分为厨余、橡塑、纸、木竹和纺织品,应用基水分43.73%,应用基灰分20.76%,入炉颗粒粒径6mm~90mm。

  2原循环流化床垃圾焚烧锅炉及燃用SRF情况

  该厂原循环流化床垃圾焚烧锅炉于2005年投运,设计燃料为垃圾+煤(垃圾低位发热量4426kJ/kg,煤低位发热量5226kJ/kg),垃圾设计处理400t/d,单锅筒自然循环,单管垃圾给料,三通道布置,结构图如图1所示。锅炉为中温中压自然循环流化床锅炉,整体悬吊布置,炉膛为水冷膜式壁,设有2组给煤管及1组垃圾给料管,采用床下点火装置,分离装置采用旋风分离器,返料装置采用浙江大学的Loopseal型返料器,分离器后部尾部烟道内依次布置高温过热器、低温过热器、蒸发器、高温省煤器、低温省煤器、二次风空预器、高温空预器及低温空预器,过热器及省煤器采用蛇形管结构,对流管束为W型弯管结构,空气预热器采用卧式烟气空预器。由于SRF与原设计燃料特性差异大,该锅炉燃用SRF过程中存在炉膛超温、CO排放数值不稳定、尾部受热面积灰腐蚀严重及排烟温度高等问题,针对该厂SRF特性及运行情况,该循环流化床垃圾焚烧锅炉改造思路如下:(1)燃烧方面:一是合理布置炉膛内受热面,通过炉膛内受热面布置确保炉膛温度高于850℃,保证垃圾在炉膛内充分燃烧。二是选取适当的过量空气系数,确保CO稳定燃尽。三是调整布风板截面垃圾处理量,选取适当的炉膛烟气流速,延长炉膛烟气停留时间,降低炉内垃圾不均匀造成的炉内正压频率。(2)分离器后增加燃烬室延长烟气在850℃以上温度停留时间,提高稳定性。(3)二次风管采用分层均匀布置多根二次风管方式,并适当提高二次风的压力和风速,增强二次风的混合扰动。(4)垃圾给料口设置两个,同时运行时维持炉膛内负压-500Pa左右,提高燃烧稳定性。(5)调整尾部受热面,采用大节距顺列结构布置,设置排灰灰斗,增设在线清灰装置,保障运行周期。

  3循环流化床垃圾焚烧锅炉优化改造方案及运行情况

  针对现场运行要求,同时考虑SRF燃烧特性,循环流化床垃圾焚烧炉优化改造方案采用图2结构布置方案,主体由点火装置、给煤装置、垃圾给料装置、二次风管、水冷壁(炉膛)、锅筒、分离装置、返料装置、过热器空包墙、低温过热器、高温过热器、对流管束、高温省煤器、二次风空预器、低温省煤器、一次风空预器组成。

  3.1循环流化床垃圾焚烧锅炉改造方案说明

  水冷壁(炉膛)水冷上部为长方体形,下部为锥体,锥体下部为水冷布风板,布风板上设有一个椭圆形排渣管水冷壁锥段及中上部敷设有耐火浇筑料。炉膛中下部设置三层二次风,单层左右各设多根风管。炉前采用三级给料方式,一级为链板输送机,二级无轴绞龙,三级为倾斜式入炉料管。分离器结构尺寸按核算数值调整,满足循环要求,分离器后增设包墙过热器。过热器由包墙过热器、低温过热器和高温过热器组成,在低温过热器与高温过热间布置喷水减温器用于调节主汽温度。过热器空包墙采用膜式壁结构,低温过热器及高温过热器均采用蛇形管结构,为防止磨损,过热器蛇形管迎风面设有防磨盖板。省煤器为光管蛇形管结构,加焊防磨盖板,弯头加防磨罩。二次风空预器布置在高温省煤器及低温省煤器之间,整体为卧式管箱结构,烟气侧受热管采用全搪瓷,一次风空预器布置在省煤器后部。一二次风空预器空气侧均为两回程。为解决尾部积灰导致的运行周期短问题,尾部受热面采用大节距顺列布置,尾部受热面结构参数如表2所示。对改造方案进行核算[2],额定垃圾处理量为490t/d,核算工况数据如表3,锅炉蒸发量37.8t/h,炉膛出口温度872.6℃,炉膛平均流速3.8m/s,锅炉排烟温度171℃,锅炉效率78.2%。

  3.2循环流化床垃圾焚烧锅炉改造运行情况

  锅炉运行主要参数为垃圾处理量、锅炉蒸发量、上层二次风处炉膛温度、炉膛出口温度、炉膛出口氧量、减温水量,在锅炉优化改造完成后,主要运行参数与校核值对比见表4。在锅炉稳定运行的24h内,垃圾处理量541t/d,蒸发量40.2t/h,分别高出校核值10.4%和6.3%。炉膛出口氧量7.2%。垃圾焚烧主要技术性能指标炉膛温度24h均值高于850℃,炉膛内烟气高温停留时间2.8s。锅炉设计给料口处炉膛压力数值稳定,在监测的30分内炉膛出口压力最低-1082Pa,最高48Pa,均值为-512Pa,达到设计要求。图3为锅炉CO排放记录,来源现场污染物在线监控数据,数值相对稳定,16:41出现的短时CO排放数值间峰值源于给料波动,但在连续的24小时内,CO小时均值<100mg/m3。SRF循环流化床在锅炉蒸发量40.2t/h,炉膛出口温度881℃工况下,对锅炉排渣管处底渣及布袋除尘处收集的飞灰进行了测验。表5为SRF燃烧后飞灰及底渣烧失量,燃烧效率为95.38%,SRF的燃烬度较好,锅炉的燃烧效率优于校核值。该锅炉改造优化后燃用SRF连续运行3个月后停炉,远大于未改造前36天检修周期,停炉主要原因为尾部受热面堵灰结焦,锅炉本体阻力上升,炉膛出口无法维持负压,同时,尾部受热面积灰后锅炉排烟温度上升明显,也是停炉的主要原因,虽然提升了连续运行周期,但仍有提升空间,后续将调整运行措施,进一步延长运行周期。

  4小结

  本文针对某垃圾发电厂制备的SRF特性提出了某400t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉优化改造方案,并对改造后运行情况进行了跟踪分析,在SRF处理量541t/d工况下,炉膛温度876℃,炉膛烟气高温停留时间2.8s,炉膛出口氧量7.2%,过量空气系数1.52,炉膛出口基本无正压,CO排放值小于100mg/m3,化学未燃烧损失为0.39%,燃烧效率95.38%,锅炉主要性能指标优于设计值。循环流化床垃圾焚烧炉的技术改造和成功运行表明,改造的思路和采取的技术措施是合理可行的,取得的经验为日后新建垃圾焚烧发电厂或对旧厂设备进行改造提供借鉴。

  参考文献

  [1]蒋旭光,吴磊,李晓东,严建华,邓小兵.固体回收燃料焚烧技术的研究现状及发展方向[J].环境污染与防治.2018(10):1181-118.

  [2]岑可法,倪明江,骆仲泱,严建华,池涌,方梦祥,李绚天,程乐鸣.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社,1998:162-228.

  作者:刘得楗 陈俊 蔡永祥

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