關(guān)鍵詞：垃圾焚燒發(fā)電；循環(huán)流化床；設(shè)計安裝
1.概述：
杭州錦江集團(tuán)目前在國內(nèi)投資建設(shè)的垃圾焚燒發(fā)電廠數(shù)量和處理量處于領(lǐng)先地位，自90年代中期與浙江大學(xué)熱能工程研究所合作開發(fā)城市生活垃圾異重循環(huán)流化床焚燒技術(shù)以來，先后同中國科學(xué)院、日本荏原公司進(jìn)行過合作與技術(shù)交流。并于1998年將余杭錦江環(huán)保能源有限公司一臺35t/h的鏈條鍋爐成功的改造成循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，通過不斷的積累經(jīng)驗，結(jié)合在余熱發(fā)電系統(tǒng)、脫硫除塵系統(tǒng)、DCS集中控制系統(tǒng)、垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、給料系統(tǒng)及冷渣系統(tǒng)等各類配套設(shè)施方面的不斷創(chuàng)新，使得錦江集團(tuán)在垃圾焚燒發(fā)電廠的經(jīng)營管理水平和技術(shù)實力處于國內(nèi)外領(lǐng)先地位。
2.垃圾焚燒發(fā)電廠系統(tǒng)特點
垃圾焚燒發(fā)電廠除了常規(guī)的汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、各輔機(jī)等配置外，按照國家相關(guān)規(guī)定，對燃料控制、煙氣排放等提出了特別的要求，主要有以下幾點。
2.1垃圾進(jìn)庫地磅實時打印系統(tǒng)
垃圾由環(huán)衛(wèi)部門收集用壓縮密封車運(yùn)至垃圾發(fā)電廠，進(jìn)廠有專門的物流通道至垃圾卸料平臺，在上平臺前需要經(jīng)電子計量稱重裝置，數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器進(jìn)入專門設(shè)計的垃圾稱重軟件管理系統(tǒng)，進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)存儲或打印。該裝置由當(dāng)?shù)氐馁|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局實行全面的管理與監(jiān)督。
2.2爐前垃圾抓吊計量系統(tǒng)
垃圾在進(jìn)入焚燒鍋爐前需要經(jīng)過抓吊系統(tǒng)進(jìn)入爐前垃圾給料裝置，抓吊系統(tǒng)由工業(yè)電視、抓吊計量裝置等組成，每次抓吊的垃圾反饋的重量進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，可進(jìn)行歷史查詢及打印管理。
2.3給煤計量管理系統(tǒng)
原煤在進(jìn)入焚燒爐前經(jīng)過雙級給煤機(jī)，一般有兩種設(shè)計方案：一是原煤經(jīng)輸煤裝置進(jìn)入爐前鋼制煤斗，然后經(jīng)刮板或螺旋給煤機(jī)進(jìn)入爐膛；二是原煤經(jīng)輸煤系統(tǒng)進(jìn)入爐前鋼制煤斗，然后在煤斗下部設(shè)置皮帶輸送機(jī)，最后在皮帶輸送機(jī)的下部再布置短程刮板機(jī)或螺旋給料機(jī)；第一種方案一般采用的是核子稱稱重系統(tǒng)；第二種方案是采用皮帶計量稱重系統(tǒng)，不管采用何種方案，都需將實時數(shù)據(jù)傳輸至DCS系統(tǒng)上，以便運(yùn)行人員及時的調(diào)整給煤量，掌握給煤數(shù)量。
2.4煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)
垃圾焚燒后會產(chǎn)生一定的二次污染物，如何有效的控制污染排放物在國家允許的范圍之內(nèi)或?qū)⒆畲蠡慕档透黜椗欧胖�，除了不斷的對焚燒系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級優(yōu)化之外，需要在實際運(yùn)行中根據(jù)垃圾的質(zhì)量及投放量大小等進(jìn)行燃燒的調(diào)整，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)可給運(yùn)行人員提供相關(guān)的調(diào)整信息與依據(jù)，以便運(yùn)行人員進(jìn)行做到超前的燃燒控制。
2.5脫硫除塵系統(tǒng)
垃圾焚燒爐主要燃料使用的是垃圾，因此煙氣中含硫量不是很高，而垃圾焚燒爐考慮到了多種氣體的集成，所以采用了活性炭煙氣噴射系統(tǒng)及半干法脫硫系統(tǒng)，對煙氣的進(jìn)口溫度、單位時間內(nèi)的煙氣量、脫硫劑量等進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。除塵系統(tǒng)采用布袋過濾噴吹，有效率達(dá)到99%以上，為了鈣的利用率達(dá)到最大化，除塵下來的飛灰經(jīng)流化斜槽及加熱裝置重新返回脫硫裝置進(jìn)行二次循環(huán)；本裝置全部調(diào)節(jié)控制有專門設(shè)計的DCS集成控制系統(tǒng)。
以上幾點是CFB垃圾焚燒爐的關(guān)鍵所在，也是控制燃料配比及二次污染物排放的根本保證。
3.循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐設(shè)計要點
至今為止，杭州錦江集團(tuán)先后在浙江杭州、云南昆明、山東淄博、安徽蕪湖、河南滎陽等地投資建設(shè)了40多臺循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，處理量和額定蒸發(fā)量分別從150-650t/d、35-55t/h不等，鍋爐分離器型式分別有下排氣中溫分離、上排氣高溫分離；過熱器布置形式有內(nèi)置式與外置式；通過大量的工程實踐，杭州錦江集團(tuán)在循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計、制造、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等方面擁有雄厚的實力和經(jīng)驗，以下將結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，總結(jié)循環(huán)流化床垃圾焚燒爐在設(shè)計方面應(yīng)當(dāng)注意的幾點問題：
3.1垃圾落料口
垃圾落料口是垃圾進(jìn)入爐膛的主要通道，其設(shè)計的合理性直接影響到鍋爐熱效率，主要分為矩形進(jìn)料口和圓形進(jìn)料口兩種類型。進(jìn)料段與爐膛水冷壁連接的斜管為兩段拼接而成，并同懸吊的膜式水冷壁整體向下膨脹，該管段上一般設(shè)置有六波或八波的金屬膨脹補(bǔ)償器。以往由于進(jìn)料口設(shè)計較大，漏風(fēng)系數(shù)大，對爐膛中部溫度及引風(fēng)機(jī)負(fù)載存在很大影響，通過多次實驗，將方形改進(jìn)為1000mm×700mm，圓形外徑為1000mm或1200mm，且圓形的垃圾落料口需內(nèi)襯澆注層，并在直管與斜管處布置環(huán)形密封風(fēng)。改進(jìn)后則漏風(fēng)系數(shù)大大下降，并對布置前后墻的二次風(fēng)騰出了很大的空間位置。
此外，垃圾落料口的設(shè)計還需考慮接口密封，由于垃圾燃燒時易噴正壓，落料口接口一般選擇在爐膛負(fù)壓區(qū)域，如果該接口不密封，當(dāng)垃圾爆燃時會產(chǎn)生較大的正壓而使熱煙氣沖出，不但會增加熱損失，還可能破壞給料設(shè)備；當(dāng)爐膛負(fù)壓狀態(tài)時，會將大量的冷空氣吸進(jìn)爐膛，對爐膛中、上部溫度產(chǎn)生很大影響，會導(dǎo)致燃燒溫度降低、飛灰含碳量上升、過量空氣系數(shù)增加、排煙熱損失增加、鍋爐熱效率下降等一系列問題出現(xiàn)，所以需高度重視對垃圾落料口接口的密封設(shè)計。
3.2爐膛
垃圾焚燒爐爐膛的設(shè)計與常規(guī)循環(huán)流化床有一定區(qū)別，除了常規(guī)的受熱面布置、燃料送入點、燃燒速度的控制等以外，還要考慮二f英的“3T”技術(shù)要求，即焚燒溫度高(850-950℃)、停留時間長(燃燒氣體在爐內(nèi)的停留時間一般不低于3s)、湍流度好(在爐膛合適的位置開孔分級送風(fēng)使氣體與垃圾進(jìn)行良好的混合形成湍流以便使其充分燃燒)。因此，這就需要從爐膛的高度、二次風(fēng)口的切入點、高溫循環(huán)灰的切入點、避免水冷壁磨損、水循環(huán)動力等方面綜合考慮進(jìn)行設(shè)計。對于中溫中壓垃圾焚燒爐，一般爐內(nèi)流化風(fēng)速設(shè)計應(yīng)在5m/s左右，爐膛的高度應(yīng)在20m左右。在二次風(fēng)口以下的床層應(yīng)采取較小的橫截面積，并向上漸擴(kuò)的結(jié)構(gòu)。如果截面積保持與上部相同，則流化質(zhì)量會下降，特別在低負(fù)荷時容易導(dǎo)致流化不良甚至不能流化等現(xiàn)象。對于爐膛的設(shè)計，浙大同中科院在設(shè)計中存在一定的區(qū)別，浙江大學(xué)設(shè)計是下部區(qū)域采用較小的截面，在二次風(fēng)送入位置采用漸擴(kuò)的錐形擴(kuò)口，擴(kuò)口的角度小于450；中科院設(shè)計在爐膛布風(fēng)板上就呈錐形擴(kuò)口，有助與在布風(fēng)板附近區(qū)域提高流化風(fēng)速，以減少床內(nèi)分層和大顆粒沉積的可能性，兩種設(shè)計各有利弊。通過運(yùn)行觀察得知，在爐內(nèi)落料口上部區(qū)域燃燒的大部分為高熱值垃圾，而大部分的低熱值垃圾、無機(jī)組分負(fù)熱值垃圾會在爐膛的中下部燃燒，會對床層溫度穩(wěn)定有一定影響，為了維持床層溫度的穩(wěn)定，就必須增加摻燒煤量，增加運(yùn)行成本。因此在設(shè)計時首先要考慮爐膛出口溫度在各種工況下在850℃以上，確保返回的飛灰溫度在850-950℃范圍內(nèi)(垃圾爐的分離器一般設(shè)計應(yīng)為絕熱式分離筒體)，這樣就可以利用飛灰來加熱床層而滿足整個爐膛垃圾焚燒所要求的溫度；其次是盡可能提高爐內(nèi)內(nèi)循環(huán)的份額，讓高熱值的垃圾釋放出的熱量通過內(nèi)循環(huán)灰的傳遞來補(bǔ)充負(fù)熱值垃圾吸收的熱量，使整個爐膛的軸向溫度趨于均勻。在循環(huán)流化床垃圾焚燒爐爐膛的設(shè)計中，如果充分考慮到以上問題，可借助垃圾自身發(fā)出的熱量來建立穩(wěn)定燃燒的溫度場，提高垃圾與煤的比值，發(fā)揮循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的優(yōu)勢。
3.3二次風(fēng)口
二次風(fēng)一般分兩層或三層從一定的高度送入爐膛，提供完全燃燒所需的氧氣。在設(shè)計中，二次風(fēng)送入的位置與速度非常重要，因為送入位置決定了密相區(qū)的高度，密相區(qū)作為一個穩(wěn)定的溫度場與儲能區(qū)，這一區(qū)域的大小也就決定了煤是否能完全裂解及變負(fù)荷下床溫的穩(wěn)定性。較低的密相區(qū)能降低能耗，根據(jù)工程經(jīng)驗，二次風(fēng)送入高度一般距離布風(fēng)板1.5-3米左右，筆者在工程實踐中一般取2.3米。
另外送入的風(fēng)速決定了射流的剛性與射程，試驗表明，大型循環(huán)流化床二次風(fēng)在冷態(tài)下的流速在70m/s左右時方可達(dá)到爐內(nèi)完全混燃的效果，中壓鍋爐在50m/s左右即可滿足運(yùn)行要求，在設(shè)計中考慮到燃燒垃圾的特殊性和加強(qiáng)混燃及擾動效果要求，需要留有一定的余量。運(yùn)行中具體風(fēng)速需要根據(jù)爐膛高度、深度及穿透深度及在爐墻的布置形式而定。
3.4排渣口
垃圾入爐后帶進(jìn)床層的粗顆粒最終會影響床層的流化質(zhì)量，所以調(diào)整流化質(zhì)量是循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的一個主要任務(wù)，而流化質(zhì)量的調(diào)整主要是通過排渣來實現(xiàn)的。通過觀察一次風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)室風(fēng)壓及料層壓力的升降來判斷床層的厚薄，然后再對排渣機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)來控制床層，并維持床層粗細(xì)比例不至于失調(diào)。因此在設(shè)計中需考慮排渣口位置的確定和排渣口口徑大小。
通過大量的工程實踐發(fā)現(xiàn)，排渣口位置設(shè)計應(yīng)盡量避開給煤口，否則在排放粗顆粒物料時原煤與底料很容易一起排走而增加運(yùn)行成本。另外排渣口的中心線應(yīng)對準(zhǔn)垃圾落料口的中心線，以利于最大化的排除粗顆粒，盡可能少細(xì)顆粒物料的排出，保證流化質(zhì)量及避免過大的灰渣熱損失，而且運(yùn)行實踐后發(fā)現(xiàn)，將排渣口布置在布風(fēng)板的中前部比布置在后部和中部更有利用大顆粒物料的排除，因為在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒后主要的大顆粒主要集中在布風(fēng)板的中前部，往后推移的速度很慢，如果排渣口設(shè)置在中部或后部，很難將大顆粒物料及時排出。
除了排渣口位置外，同時還需重視排渣口口徑大小的設(shè)計，否則影響鍋爐的安全、連續(xù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于我國的城市生活垃圾成分極其復(fù)雜，運(yùn)往焚燒廠的生活垃圾中常摻有較大份額的建筑、工業(yè)垃圾等難排除如陶瓷、金屬、混凝土、輪胎焚燒后殘留鐵絲的等不可燃垃圾，排渣口口徑大小的設(shè)計對鍋爐的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行有很大影響。杭州錦江集團(tuán)在排渣口口徑的設(shè)計上從早期的后墻方形排渣口改進(jìn)為布風(fēng)板中后部布置φ159mm圓形排渣口，后來又設(shè)計在布風(fēng)板中部左右側(cè)各布置一個φ219mm圓形排渣口，接著又改在布風(fēng)板中前部布置φ273mm或φ325mm的圓形排渣口，且采用圓形排渣管時，設(shè)計應(yīng)注意設(shè)置一個澆鑄件短管與下部的不銹鋼管焊接而成，以防止口子變形造成堵塞。通過大量運(yùn)行實踐發(fā)現(xiàn)，采用矩形口徑為300mm×500mm或300mm×600mm材質(zhì)全段采用鑄鋼件的排渣管，即可有效防止排渣管變形，又可有效排出大顆粒物料。
3.5返沙口
高溫的物料經(jīng)過冷渣機(jī)分選后返回爐膛，可保證細(xì)顆粒比例在床內(nèi)的份額，有利于床層流化。但返回床層的細(xì)顆粒經(jīng)過冷卻后一般溫度都在200℃以下，直接補(bǔ)入床層則會吸收大量的熱量，會影響床溫，在連續(xù)補(bǔ)充床料時，需要較大的給煤量以維持床溫，同時由于外界負(fù)荷與煙氣通流量一定，投煤量增加勢必垃圾焚燒量將會降低，因此會大大提高運(yùn)行成本。所以在設(shè)計時應(yīng)盡可能把反沙口設(shè)置在垃圾落料口的上方區(qū)域，這樣便可以用垃圾焚燒釋放的熱量加熱低溫床料，待沙料被加熱到床層所需溫度后才進(jìn)入下部床層，這樣即可提高垃圾焚燒量又可減少煤用量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。
3.6尾部對流受熱面
尾部受熱面主要為過熱器、省煤器或?qū)α鞴�，在運(yùn)行中存在諸多如過熱器管束磨損、積垢嚴(yán)重影響主蒸汽溫度、省煤器管束磨損、積灰、管內(nèi)介質(zhì)流速過低造成整組管束變形等問題，針對此類問題，在設(shè)計時應(yīng)從以下幾個方面予以考慮并有針對性的采取措施。
(1)如果沒有特殊的防腐防磨手段的情況下，在熱力設(shè)計中應(yīng)選擇合適的煙氣和工質(zhì)流動速度，既要考慮防止煙氣側(cè)磨損，又要考慮使工質(zhì)能盡快帶走通過管壁傳來的熱量。過熱器進(jìn)口煙溫應(yīng)取在750℃以下，防止HCL、S03等酸性氣體對管壁的高溫腐蝕以及焦硫酸鹽和堿金屬對管壁的熔鹽腐蝕。
(2)生活垃圾燃燒過程中由灰渣形成低熔點的化合物極易使管壁積灰，所以需要留有一定的管排節(jié)距，并采用合適的脈沖激波吹灰器，且管排盡量采用順列布置形式。
(3)選擇合適的蒸汽參數(shù)，對流煙道煙氣進(jìn)口的第一排管子采用T-22型管材，防止啟動時過熱。
(4)由于垃圾焚燒放熱波動較大且對受熱面存在粘污，所以過熱受熱面在設(shè)計中必須要有較大的富裕量，且必須校核在低負(fù)荷、高負(fù)荷和變負(fù)荷等多種工況下過熱器參數(shù)滿足要求。
4.循環(huán)流化床垃圾焚燒爐安裝要點
循環(huán)流化床的設(shè)計對鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了決定作用，但要達(dá)到鍋爐的長期穩(wěn)定運(yùn)行安裝施工也是不能忽略的，尤其是對一些重要部件的安裝，如果沒有引起足夠重視，不但會嚴(yán)重影響鍋爐的使用壽命，甚至對鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成非常大的影響。
4.1分離和返料系統(tǒng)
在鍋爐的安裝過程中首先要特別注意旋風(fēng)分離器的中心筒與下部立管的中心線必須垂直而不能有所偏離，另外筒體內(nèi)弧與出口煙氣筒必須做到同心圓，否則不但會影響分離效率，而且出口煙氣筒也會加速磨損。返料裝置是流化床鍋爐連接爐膛與分離器的紐帶，對于整個煙風(fēng)系統(tǒng)來說是非常重要的部件，因此在安裝中要特別注意立管與返料裝置連接處的安裝，需要說明的是安裝工作必須在零米層施工完畢并經(jīng)得到足夠的養(yǎng)護(hù)后方可逐段起吊進(jìn)行拼裝，另返料器內(nèi)的風(fēng)帽施工程序應(yīng)與水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽一樣，應(yīng)防止?jié)沧⒘蠈L(fēng)帽出口小孔堵塞。
4.2尾部煙道
垃圾焚燒過程中由于煙氣中飛灰濃度較高、通流量大、粘性系數(shù)高等特點，在安裝或筑爐施工時，應(yīng)特別注意過熱器、省煤器、對流管束等與四周墻體的間隙要求，嚴(yán)格按照圖紙規(guī)范施工，否則會導(dǎo)致爐墻損壞、煙氣走廊、煙氣流速不均、管束磨損或積灰加劇、過熱器受熱不均而使煙速高的區(qū)域管壁溫度超溫爆管、對流受熱面?zhèn)鳠嶙儾�、排煙溫度上升等諸多問題，嚴(yán)重影響鍋爐熱效率。
4.3水冷壁
水冷壁為拼裝焊接而成，由于爐膛內(nèi)高濃度的灰在一次流化風(fēng)為主氣流流化上升并在中部和二次風(fēng)橫向混合擾動后帶至爐膛的稀相區(qū)進(jìn)行燃燒，其主要流場是環(huán)形狀，到頂部后分別沿四個壁面下流，形成所謂的壁面粒子流，因此對水冷壁的耐磨性能有較高的要求，要將磨損降至最低限度，除了要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有所要求外，在拼接水冷壁時應(yīng)注意管排上下之間的中心線必須垂直對準(zhǔn)，經(jīng)焊接后的環(huán)形焊疤要用磨光機(jī)加以打磨光滑，否則會干擾流場，對水冷壁造成不必要的磨損。
4.4膨脹縫
在鍋爐施工過程中，一些細(xì)節(jié)方面的工作如膨脹縫的施工應(yīng)當(dāng)給予充分重視，否則容易引發(fā)膨脹不均燒穿外護(hù)板、內(nèi)漏或外漏、管束與集箱根部拉裂等現(xiàn)象。所以除了要嚴(yán)格按圖紙規(guī)范施工外，還必須掌握好施工先后順序及養(yǎng)護(hù)的時間要求，例如爐膛出口織物補(bǔ)償器的“Z”字形結(jié)構(gòu)、分離器立管、返料管、過熱器、省煤器、對流管束等穿墻管的施工，不管是用石棉繩、涂刷瀝青、包敷油氈等技術(shù)手段都必須嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。
5.結(jié)束語：
循環(huán)流化床在我國應(yīng)用發(fā)展幾十年來，經(jīng)歷了諸多坎坷，尤其是循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，通過杭州錦江集團(tuán)同浙江大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，在工程項目和運(yùn)行中的不斷總結(jié)、在設(shè)計上的不斷改進(jìn)完善，迄今已經(jīng)取得了很大的成績。同時也應(yīng)當(dāng)清醒的認(rèn)識存在的不足，循環(huán)流化床鍋爐作為固廢資源化技術(shù)工藝，應(yīng)當(dāng)在充分發(fā)揮循環(huán)流化床焚燒垃圾的優(yōu)勢同時，通過技術(shù)完善，爭取使得循環(huán)流化床垃圾焚燒爐可以在不使用外加燃料的情況下穩(wěn)定燃燒低位熱值垃圾，加快我國環(huán)保技術(shù)事業(yè)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
【1】張益,趙由才.生活垃圾焚燒技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2000.
【2】黨黎軍,循環(huán)流化床鍋爐啟動調(diào)試與運(yùn)行.中國電力出版社,2002.
【3】路春美,程世慶等.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行.中國電力出版社,2003.
第一作者簡介：方朝軍，男，籍貫浙江，杭州錦江集團(tuán)循環(huán)流化床鍋爐首席專家，在循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計、安裝、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)方面擁有近二十年經(jīng)驗。
重慶垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)取得了明顯成效
