層燃往復式機械爐排焚燒鍋爐設計與應用

層燃往復式機械爐排焚燒鍋爐設計與應用

0國外先進的爐排技術國家發(fā)改委關于完善焚燒發(fā)電價格政策的通知（發(fā)改價格第811號）規(guī)定：“將生活垃圾作為原料的焚燒發(fā)電項目在獲得廢物的前提下，根據入司的處理能力計算并計算當前的互聯(lián)網能耗。每噸生活垃圾的轉換能耗暫時確定為280千瓦時，全國統(tǒng)一垃圾發(fā)電標準偏差的電費為每噸1000瓦時的0.65元?！边@樣，當垃圾的熱值不超過700kgh時，就可以享受垃圾的熱態(tài)補貼，這限制了垃圾中混合碳灰粉的燃燒模式，促進了不需要添加碳灰粉的燃燒鍋爐的市場發(fā)展。層燃往復式機械爐排垃圾焚燒爐是國內外廣泛采用的城市生活垃圾焚燒爐技術,它的主要特點是技術完善可靠、容量大、運行維護方便,可燃燒低熱值高水分的生活垃圾。由于層燃垃圾焚燒技術較復雜、技術含量高,我國目前的大型層燃爐排爐垃圾焚燒廠建設主要依靠引進國外先進的垃圾焚燒爐排技術。引進國外先進技術有三大優(yōu)點:(1)引進國外成熟且國內有成功應用業(yè)績的技術;(2)保持與國外技術同步,可充分應用國外多年的經驗并吸取其教訓;(3)性能和技術提供方共同保證。無錫華光鍋爐股份有限公司比較了多家外國公司的爐排技術后,引進了日立造船(瑞士授權VON-ROLLL型爐排)垃圾焚燒爐爐排技術。通過消化吸收引進技術設計了200~600t/d爐排系列(包括余熱鍋爐),其中2臺UG—400—34.3/4.0/400—W型400t/d往復爐排垃圾焚燒鍋爐已于2011年11月在襄陽恩菲環(huán)保能源有限公司襄陽生活垃圾焚燒發(fā)電廠成功投運,并于2012年11月進行了鍋爐性能與環(huán)保測試。本文介紹了該400t/d往復爐排垃圾焚燒鍋爐的結構布置、設計特點以及應用結果。1垃圾推料燃燒400t/d往復爐排垃圾焚燒鍋爐由余熱鍋爐和往復爐排兩部分組成(見圖1)。垃圾由抓斗抓入垃圾給料斗,再由推料裝置推入到爐排上燃燒。垃圾燃燒后產生的煙氣將熱量傳遞給余熱鍋爐受熱面(將給水加熱至設計參數(shù)的蒸汽)并降到排煙溫度后經凈化從煙囪排入大氣,在爐排上燃盡的垃圾灰渣通過排渣機排出。1.1鍋爐的主要參數(shù)鍋爐設計燃料為城市生活垃圾,處理量為400t/d。垃圾元素分析如下:1.3鍋爐的基本尺寸2鍋爐膜式水冷壁結構及布置余熱鍋爐為單鍋筒、集中下降管、臥式布置的自然循環(huán)鍋爐,水平煙道內各級受熱面的管束都是垂直布置,煙氣橫向流過各級受熱面。鍋爐采用室內布置,構架按抗地震烈度7度設計。爐膛(第一通道)、第二通道、第三通道均為膜式水冷壁結構。在第三通道后的水平煙道內依次布置前段蒸發(fā)受熱面、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器、后段蒸發(fā)受熱面和省煤器,并在一二級過熱器之間和二三級過熱器之間分別布置了兩級噴水減溫器,用來調節(jié)過熱器出口汽溫。整個鍋爐為支撐結構。2.1.1省煤器進口的管支撐與蒸汽側設備鍋筒內徑為ue7881500mm,壁厚δ60mm,總長約為10460mm;鍋筒兩端球形封頭均設有人孔,鍋筒通過集中下降管支撐在支撐梁上,使其可向前、向兩側和向上自由膨脹。鍋筒內部裝置中一次分離裝置為水下孔板;二次分離裝置在鍋筒頂部,采用波形板分離器和均汽孔板。為保證鍋爐啟動和低負荷運行時,不使鍋爐排煙溫度過低,故在鍋筒蒸汽側布置了一給水加熱器,提高省煤器的進水溫度。鍋筒下部由集中下降管供水,下降管入口處為了防止產生漩渦而裝有安全柵欄。為了保證蒸汽品質良好,鍋筒內部裝有加藥管、連續(xù)排污管,并裝有緊急放水管。2.1.2面深寬、爐室整個鍋爐分為三個爐室。其中爐室I即為爐膛,其斷面深×寬為4830mm×5880mm(按水冷壁中心線)。爐室Ⅱ為第二通道,其斷面深×寬為3360mm×5880mm(按水冷壁中心線)。爐室Ⅲ為第三通道,其斷面深×寬為2730mm×5880mm(按水冷壁中心線)。爐膛水冷壁、第二通道、第三通道、后部水平煙道兩側水冷壁均由膜式鰭片管子組成。水冷壁外設有剛性梁,整個水冷壁組成剛性吊箍式結構,水冷壁本身及其所屬爐墻及剛性梁等重量均通過設置在側壁下部集箱上的支撐腳自立。它的熱膨脹以固定點為中心,向上方、下方、側向呈放射性膨脹。2.1.3前蒸發(fā)和加熱表面前段蒸發(fā)受熱面管束共6排,每排由20根管子焊接在上下集箱上,并通過側壁上部集箱支撐的吊桿吊掛,下部自由。2.1.4過熱器管束的安裝過熱器由三級、二級和一級過熱器組成,布置在水平煙道內,兩級噴水減溫器布置在一二三級過熱器之間。飽和蒸汽由連接管引入一級過熱器進口集箱,再進入一級過熱器,蒸汽經過I級噴水減溫器后引入二級過熱器的進口集箱,再進二級過熱器,然后經過Ⅱ級噴水減溫器后進入三級過熱器進口集箱,再進入三級過熱器,最后進入過熱器出口集箱。一二級過熱器為逆流布置,三級過熱器為順流布置。過熱器管束通過側壁上部集箱支撐的吊桿吊掛,下部自由。蒸汽溫度采用噴水減溫器調溫,按設計燃料額定負荷下的兩級噴水減溫調節(jié)幅度分別為24℃和47℃。2.1.5熱面供水管的設置后段蒸發(fā)受熱面設置在過熱器的后方,由No.1、No.2、No.3的三段組成。向蒸發(fā)受熱面的供水,是從鍋筒經下降管來的連接管引到側水冷壁下集箱,從那里分配到各蒸發(fā)受熱面以及側面水冷壁管。由蒸發(fā)受熱面加熱的飽和水集中到側水冷壁上集箱,通過蒸汽連接管匯集到鍋筒。蒸發(fā)受熱面每組管屏共16排,各段蒸發(fā)器之間設有880mm的空間,以便維修。2.1.6煤器兩側水冷壁省煤器分三組布置,每組由48排管子組成。兩組省煤器間都留有880mm檢修空間,省煤器為逆流布置,省煤器兩側也設置了膜式壁結構,但此部分水冷壁僅作為支撐用,不參與水循環(huán)。在本省煤器的場合,給水的流向采用從上到下、再從下到上的反復循環(huán)方式。因此,即使在省煤器內部發(fā)生蒸發(fā),為了推動管內氣泡的流動,使從上往下的流速比從下往上的流速快。另外,省煤器也采用上述過熱器、蒸發(fā)器相同的、從側壁上部集箱用吊桿吊掛的結構。2.1.7空氣橫向沖刷本鍋爐采用蒸汽空氣預熱器和直接式空氣預熱器,每臺鍋爐配組一次風、二次風空氣預熱器和直接式空氣預熱器,其受熱面為螺旋翅片管。蒸汽在管內流動放熱,空氣橫向沖刷。蒸汽空氣預熱器分二級,第一級把空氣從20℃加熱到140℃,第二級把上級的空氣從140℃加熱到220℃。一級空氣預熱器用低壓蒸汽對空氣進行加熱,加熱蒸汽壓力為0.7MPa(g),加熱蒸汽溫度為200℃;二級空氣預熱器用鍋爐的飽和蒸汽進行加熱,加熱蒸汽壓力為5.25MPa(g),加熱蒸汽溫度為268℃。當垃圾熱值低或鍋爐低負荷時,則啟用直接式空氣預熱器,把空氣溫度從220℃加熱到300℃。2.1.8機械錘擊式振打清灰系統(tǒng)本鍋爐在蒸發(fā)受熱面、過熱器、省煤器等對流受熱面的每一排管束都設有機械錘擊式振打清灰裝置,同時,在水平煙道的兩側墻上預留了兩排激波吹灰孔。2.1.9燒燒材料的鋪設及空冷墻的設計爐室和水平煙道均采用敷管式爐墻,爐墻外面有外護板。受熱面穿墻部分均設有密封板和密封罩。爐膛部分第一通道四周均鋪設了耐火澆注料。焚燒爐部分采用膜式水冷壁再打澆注料形成前后拱,兩側為耐火磚結構。在主燃燒段的周圍部分,為了防止高溫燃燒而引起耐火磚的損傷以及防止結渣,采用空冷墻。該空冷墻采用抑制空氣漏入爐內的構造。為了便于焚燒爐的檢查和維修,在焚燒爐的后壁設置檢修門、監(jiān)視窗,并在各部設置溫度計,監(jiān)視運行狀況是否正常。2.1.1次風、二次風通風分為爐排進風(一次風)及焚燒爐進風(二次風)兩部分。一次風一部分是從垃圾倉吸入,另有一部分風量進入爐排兩側空冷耐火磚墻,利用爐墻的蓄熱加熱后,再并入一次風風機,一次風風量為44600m3/h(標態(tài)),進入蒸汽空氣預熱器加熱至220℃。二次風是從鍋爐房吸入,風量為8785m3/h(標態(tài)),風溫為20℃,分成前二次風和后二次風進入焚燒爐。當燃用高熱值和設計熱值垃圾時,二次風可采用20℃冷風入爐。當燃用垃圾熱值為Qnet.v.ar=4187kJ/kg時,一次風需經過蒸汽空氣預熱器加熱到220℃,再通過直接式空氣預熱器加熱到300℃進入爐排,二次風需進入蒸汽空氣預熱器加熱至220℃,再進入焚燒爐。2.1.1輔助燃燒和點火燃燒以輕油為燃料在爐室的側壁設置1臺輔助燃燒器,在爐室的后墻設置了1臺點火燃燒器。輔助燃燒器和點火燃燒器均以輕油為燃料。當垃圾熱值過低、水分過高、灰分過多時垃圾焚燒的穩(wěn)定和煙氣的燃盡極為困難,為確保達到垃圾焚燒處理的無害化、減量化和穩(wěn)定化要求,減少消除對環(huán)境的污染,需啟動輔助燃燒器。2.2墨水量熱力計算匯總表(100%負荷,Qnet.v.ar=6700kJ/kg)如表1。噴水量:一級噴水量1t/h;二級噴水量:1.7t/h。2.2.3風壓高度煙氣側總阻力為500Pa(鍋爐本體);煙氣側總流量為76563m3/h(標態(tài))(鍋爐出口處)。一次風風量為44600m3/h(標態(tài));二次風風量為8785m3/h(標態(tài));進入空冷墻風量為10880m3/h(標態(tài))?？諝鈧茸枇?爐排阻力為1000Pa;一次風蒸汽空氣預熱器阻力為700Pa;二次風蒸汽空氣預熱器阻力為700Pa。3垃圾處理的壓力爐排及液壓系統(tǒng)、燃燒自動控制系統(tǒng)(ACC)等均為引進日立造船技術。推料器、干燥爐排、燃燒爐排和燃盡爐排的速度根據垃圾熱值、垃圾處理量及燃燒工況由ACC系統(tǒng)自動調節(jié)。爐排的結構主要包括料斗、推料裝置、爐排系統(tǒng)和排渣機,其中爐排系統(tǒng)包括干燥爐排、燃燒爐排、燃盡爐排和剪切刀(剪切刀設置在燃燒爐排上),在每級爐排之間的垂直方向上有落差。爐排下部布置十二個漏渣斗,漏渣斗下為落灰管及檔板閥,與漏渣輸送機連接。3.1爐排系統(tǒng)的設計垃圾在爐排上的焚燒過程如圖2。垃圾由垃圾料斗經推料裝置送到爐排,爐排呈向下傾斜狀布置,由固定爐排梁和活動爐排梁交替組成。與垃圾向下運動的方向相反,活動爐排緩慢向上運動,從而能促進垃圾的翻滾和攪動,垃圾能較快地與灼熱的燃燒物質混合,促進其干燥。垃圾燃盡的爐渣緩慢地向下移動至爐排的末端,通過灰渣斗和灰渣溜管排入出渣機。爐排的漏渣由漏渣輸送機送到出渣機與爐渣一起排出。爐排系統(tǒng)的設計考慮了有效熱輻射和氣相流的有效利用,實現(xiàn)從高水分到低水分、低熱值到高熱值各類垃圾的完全燃燒。采用足夠的焚燒爐容積,輻射熱的利用具備良好的干燥垃圾效果,高溫煙氣和垃圾具有良好的混合效果,落差的設置使得焚燒爐具有良好的燃燒效率。3.2燃燒爐排系統(tǒng)爐排尺寸(長×寬)14.43m×5.08m,爐排面積73.3m2,爐排的機械負荷227kg/m2h。爐排的運動由液壓傳動裝置驅動(如圖3)。干燥爐排、燃燒爐排和燃盡爐排三級依次連接,組成了爐排系統(tǒng),剪切刀設置在燃燒爐排上,在每級之間的垂直方向上有落差。燃料從一區(qū)域落下至下一個區(qū)域時,粘連的大塊垃圾團被拆散,內部暴露,更多的干燥顆粒著火,并與周圍垃圾混合。結果垃圾中的著火顆粒引起一連串連鎖反應,干燥和燃燒過程的速率不斷增加直至進入充分燃燒過程。另外,爐排梁往復運動促使垃圾充分混合和攪拌,確保垃圾完全燃盡和無害化。3.2.1垃圾焚燒燒磚法垃圾所含水分通常達到40%~60%,因此,只有去除垃圾中的水分,垃圾才能燃燒。垃圾的干燥過程如下:首先垃圾隨著機械往復錯列爐排緩慢運動時,垃圾被破碎;850~950℃的高溫煙氣和焚燒爐內磚墻的輻射熱干燥垃圾;同時,溫度預熱至220~300℃的一次風氣流,從爐排吹入焚燒爐進一步促進垃圾干燥;當垃圾溫度超過200℃時,垃圾中揮發(fā)分析出,垃圾開始著火;最后著火區(qū)域覆蓋垃圾整個表面。燃燒空氣量和爐排速度相配合調節(jié)可在較寬范圍內較精確地調節(jié)干燥過程。3.2.2有充分干燥的垃圾在干燥爐排上點燃的垃圾掉落到機械驅動的傾斜燃燒爐排面上。掉落的沖擊拆散了團狀垃圾,增加了垃圾與空氣的接觸面積,促進燃燒;而沒有充分干燥的垃圾落在燃燒的垃圾上,有助于全部垃圾充分燃燒。由于爐排的往復運動,垃圾被破碎或剪切,有利于燃燒的擴散。燃燒過程中像紙和紙板之類的易燃物,首先開始燃燒,燃燒空氣容易從該燃燒區(qū)域吹出,形成空氣短路而阻礙了燃燒空氣沿著爐床的均勻分布,引起垃圾不完全燃燒。本焚燒系統(tǒng)中采用往復錯列爐排和剪切刀,可有效地防止這種情況的發(fā)生。設置剪切刀的爐排設備有助于垃圾的完全燃燒。3.2.3燃燒含水分蔬菜物垃圾主要可燃部分在燃燒爐排上燃燒,然而像木塊、固狀含水分蔬菜物尚未完全燃燒。與燃燒爐排一樣,燃盡爐排也利用垃圾自重破碎未燃盡的團狀垃圾,使其在燃盡爐排上得以完全燃燒。3.2.4剪切刀裝置爐排系統(tǒng)突出的特點是與燃燒爐排組合在一起的爐排剪切刀裝置(如圖4)。剪切刀裝置在焚燒高水分、低熱值垃圾時尤其有效。剪切刀裝置的扇形刀片安裝于液壓驅動的橫軸上,剪切刀在非運行狀態(tài)時,刀片的頂端與爐排面平齊。當被驅動螺桿頂起時,剪切刀切入或穿入垃圾料層,產生一系列效果:a.壓碎、剪斷、脫落和拆碎團塊垃圾,改善其與燃燒空氣的接觸條件并防止結渣;b.料層密度分布均勻;c.燃燒空氣分布均勻;d.封堵燃燒空氣短路氣流;e.有效地促進燃燒。3.2.5活動爐排梁的布置爐排由固定梁(F)和活動梁(M)支撐。為了防止垃圾與爐墻間接觸引起的摩擦阻礙垃圾流動,靠近爐墻的兩側布置活動爐排梁,促進靠爐墻的垃圾順暢運動。固定爐排梁和活動爐排梁交替布置?；顒恿涸诠潭ㄓ跈M梁的滑板上滑動?；顒訝t排梁按上下一定角度由液壓驅動向上和向前運動,然后又回到初始位置。依靠爐排面的傾斜,垃圾在爐排上向前方移動,同時被向上推動。因這些運動對垃圾產生剪切效果(如圖5),團塊垃圾產生裂縫、破碎使燃燒空氣變得容易穿越。4鍋爐從機械拋運后的性能測試襄陽恩菲環(huán)保能源有限公司襄陽生活垃圾焚燒發(fā)電廠2臺UG—400—34.3/4.0/400—W型400t/d往復爐排垃圾焚燒鍋爐于2011年11月成功投運,2012年11月由機械工業(yè)鍋爐及產品質量監(jiān)督檢測中心對2#爐進行了鍋爐熱工與環(huán)保性能測試。測試時入爐垃圾的元素分析如表2。4.2測試結果的數(shù)據總結(1)熱工性能測試數(shù)據匯總如表3。(2)環(huán)保性能測試數(shù)據匯總如表4。5鍋爐負荷能力及反平衡效率測試結果無錫華光鍋爐股份有限公司采