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论生活垃圾焚烧余热锅炉设计

  北极星垃圾发电网讯:摘要:在我国,垃圾焚烧前景很好,目前国内垃圾焚烧研究主要集中于大型化垃圾焚烧发电技术,但对用于小城镇及农村的小型垃圾焚烧炉研究依然有所欠缺,本文主要针对一种小型低污染垃圾焚烧处理方案进行研究,主要确定了垃圾焚烧流程,对垃圾焚烧炉选用了固定炉排炉,对炉膛进行了结构设计,对烟气中的有害成分及颗粒物通过烟气处理系统进行了处理,基本能控制垃圾焚烧减量化处理及实现烟气无害化处理。

  垃圾焚烧发电技术具有处理量大、可靠性较高、处理周期短、减量化显著、无害化彻底以及可回收余热等优点,适宜大规模处理未经分类的高热值城市生活垃圾,是目前国内外城市生活垃圾处理的最佳处理方式。大型机械炉排式垃圾焚烧炉是垃圾焚烧发电技术的核心设备,其研制开发对提升我国垃圾焚烧处理领域的技术水平,推动垃圾焚烧处理产业的发展具有重要的意义。

  1.垃圾品质原因:城市生活垃圾内部含有工业垃圾及边角料,垃圾含水率低、热值高,低位热值为8000kJ/kg左右,而焚烧炉设计低位热值为LHV=4200kJ/kg。实际燃烧垃圾热值远远高于锅炉设计值,导致锅炉超温现象严重,锅炉结焦。

  2.锅炉设计原因:锅炉在运行过程中,炉膛后拱设计偏低,没有布置水冷壁吸热,辐射热不能及时被带走,热量直接作用于垃圾表面助燃;大量热量集中在前后拱区域,导致该区域热量集中。

  当前,锅炉运行中配风控制存在的问题主要有两点:一方面,配风量明显小于锅炉运行量,在烟气氧量控制方面,运行中的配风量明显过小,致使烟气测试中一氧化碳含量偏高,降低了无机物灰渣熔点,造成炉壁结焦问题;另一方面,二次风机未投入运行或投入量偏少,氧量长期偏低,垃圾中的未燃烧颗粒在经过焚烧炉出口时,容易因重量问题而产生大面积沉积,在喉部上方结焦,并增加飞灰在喉部的沉积效果。

  山西大学东山校区总供热面积 70 万平米,采暖热负荷42MW,制冷面积 22 万平米,冷负荷 22MW,生活热水负荷 3MW。各类负荷供热参数需求:采暖负荷 70/50℃,制冷负荷 7/12℃,生活热水 60℃。山西大学东山校区周边除垃圾电厂外,无其他可以利用的热源。

  12MW 凝汽发电机组排汽压力为 5.88kPa,对应的凝结水温度仅为36℃左右,属于低品位余热,不能直接用于供热,需采取相应技术方案,提高循环冷却水温度,使之满足供热系统热用户用热参数的需求。目前常用的余热利用技术方案有两大类:一是提高乏汽温度,相应提高循环水温度;二是利用热泵技术吸收低温余热。本次改造拟采用第一种方式,即提高汽轮机排汽压力,相应提高循环水温度。循环水吸收凝汽潜热后,可直接用于供热。同时考虑利用锅炉烟气、电厂冷却水的余热来增加电厂供热能力。分别简述如下:

  (1)汽轮机乏汽余热利用方案将汽轮机排汽压力从目前的 5.88kPa 提高至 38kPa,乏汽温度约75℃;流量为75t/h,乏汽潜热2322kJ/kg,新增高效低阻力换热器替代现有空冷岛冷却系统。回收乏汽潜热用于山西大学采暖负荷,同时节省空冷岛运行电耗。乏汽余热利用方案系统图示意图见图1。

  采用两套高效低阻力换热系统回收空冷岛乏汽,每套换热器体积约为 4500 宽×3000 高×3000 长,现场空间可以满足热回收换热器需求。高效低阻力换热系统吸收乏汽热量,将50℃热网回水加热到70℃,回收热量为:75×2321=174GJ/h=48.3MW。

  (2)烟气余热利用方案垃圾焚烧炉烟气温度 160℃;流量 300000m3/h。烟气中水蒸汽质量分数约20%,对应的水露点在62℃左右。利用热网回水温度低于烟气水露点,回收烟气潜热,同时进行消白工程。可吸收烟气热量约 0.7MW。在锅炉烟囱上设置二级高效低阻力换热器,通过冷凝烟气除湿和再加热烟气除湿的方法实现烟气余热回收及消白烟。烟气余热利用方案系统图示意图见图2。

  (3)电厂冷却水余热利用方案目前电厂冷却水系统进出水温度 18/15℃,冷却水流量1000m3/h。拟采用溴化锂热泵回收冷却水余热。溴化锂热泵采用厂用蒸汽作为驱动热源.热泵蒸汽耗量 6.67t/h,回收热量3.1MW,可根据负荷变化调节热回收量。溴化锂热泵设计为双工况机组,冬天供热,夏天供冷。

  (4)负荷平衡电厂汽机乏汽余热能力 48.3MW,锅炉烟气余热能力0.7MW,电厂冷却水余热能力 3.1MW,电厂总供热能力 52.1MW。山西大学采暖负荷42MW,热水负荷3MW。电厂供热能力完全可以满足学校需求。

  合理而良好的炉内空气动力场是防止锅炉结焦的前提,维持锅炉的风量平衡对于保持炉内合理的空气动力场至关重要。在正常运行的状态下,烟气平稳地沿固定的设计流线流过锅炉的竖直烟道和水平烟道,灰颗粒聚集在烟气中的位置处于炉膛的中心范围。当一次风给风急剧增大或减小而引风机未能及时进行调整时,烟气的流线会急剧发生变化,熔融的灰颗粒会因惯性力作用而甩向水冷壁。二次风的急剧变化同样会对焚烧炉出口的烟气产生极大的干扰,使原本处于平流状态的气流产生紊流,这样就会有大量熔融的灰颗粒撞击在炉墙上。在运行锅炉的调整中,风量的调节应平稳缓慢。实际运行中也发现焚烧炉出口处是炉膛结焦最严重的地方。炉膛漏风会破坏正常的垃圾燃烧工况,造成火焰的充满度和燃料与一次风的搅拌混合情况恶化,导致火焰中心升高或偏斜、局部还原性气氛增强等,进而加速结焦的形成。因此,运行中要注意炉底漏灰输送机和捞渣机水封的水位,避免冷风从这些部位漏入炉膛。

  辅燃风机能有效增加锅炉的含氧量。原先锅炉运行含氧量一般维持在 3% ~ 5%,现基本在5% ~ 7% 运行,增加约 3%。能有效避免锅炉低氧燃烧,减少还原性气体的产生,从而避免灰熔点下降造成锅炉结焦的问题。

  增加锅炉二次风量约 6 000 m3/h,加强对锅炉的对流换热,提高了锅炉蒸发量,现阶段的锅炉基本处于满负荷运行状态。

  辅燃风位于二次风孔上方 1.5 m 左右炉墙的左右两侧,且辅燃风是直角吹入炉膛烟道中,与二次风吹入炉膛的角度不一样,刚好与二次风充分混合,加强对烟气的扰动,延长烟气在炉膛停留的时间,对炉膛高温区域存在降温作用,减少炉膛结焦。

  投运辅燃风机时,由于角度是从两侧吹入炉膛,对锅炉起到类似贴壁风的作用,可以有效防止火焰对炉墙造成直接的冲刷,同时也减少烟气中扬灰粘在炉墙上。

  因此,为保证锅炉长期稳定经济地运行,提高垃圾处理量,采用辅燃风机配合浓水回喷,用以帮助锅炉的燃烧调整和降低炉温减缓炉膛结焦。同时,提高锅炉的产汽量,电厂运行时每班多产生的上网电量完全可以弥补辅燃风机投运带来厂用量增加的不足。因此,采用辅燃风机配合浓水回喷投运方案,有利于整个机组安全经济地运行,对于出现类似的垃圾焚烧炉超温及结焦问题的解决具有一定的参考价值。

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