谷占軍

（原陽縣康恒環(huán)保能源有限公司 河南新鄉(xiāng) 453000）

垃圾焚燒發(fā)電在解決“垃圾圍城”難題的同時，還為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了綠色能源，率先在我國東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用推廣。項(xiàng)目運(yùn)行后，在助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)方面發(fā)揮著重要作用，人們對垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的認(rèn)知也有了提升，有效破解了“鄰避效應(yīng)”。近年來，我國中西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)也得到長足發(fā)展。隨著這些地區(qū)的項(xiàng)目相繼投運(yùn)，反饋鍋爐結(jié)焦問題普遍存在；分析發(fā)現(xiàn)受區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，這些地區(qū)生活垃圾熱值相對較低，鍋爐焚燒工況調(diào)整難度大。結(jié)焦問題嚴(yán)重影響焚燒爐經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，已成為經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)亟待解決的問題。

1 鍋爐概況

某垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)置2 臺300 t/d 垃圾焚燒機(jī)械爐排爐，余熱鍋爐為立式單汽包自然循環(huán)鍋爐，布置4 個垂直煙道，第一、二煙道為沒有對流的膜式壁，其中第一煙道由內(nèi)襯耐火材料的膜式蒸發(fā)受熱面組成。第三煙道為膜式壁，內(nèi)部沿?zé)煔饬飨虿贾酶邷剡^熱器、中溫過熱器、低溫過熱器和蒸發(fā)管束。第四煙道為護(hù)板結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有五級省煤器管束。第二、三煙道下設(shè)置非水冷式灰斗，內(nèi)部襯有耐火材料，煙氣出口設(shè)計溫度為190 ℃～220 ℃。在低溫過熱器、中溫過熱器之間設(shè)置一級噴水減溫器，在中溫過熱器、高溫過熱器之間設(shè)置二級噴水減溫器，用來調(diào)節(jié)過熱器出口汽溫，汽包內(nèi)部采用波形板和旋風(fēng)分離器裝置。

該項(xiàng)目已投運(yùn)3 年，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，爐膛側(cè)墻及焚燒爐出口喉部易結(jié)焦，其中焚燒爐出口喉部位置結(jié)焦嚴(yán)重；在定期在線清焦的情況下，曾出現(xiàn)3 個月結(jié)焦量堵塞1/2 通流截面積的情況，2 臺焚燒爐均經(jīng)歷過因結(jié)焦嚴(yán)重而被迫停爐。

2 結(jié)焦的機(jī)理

結(jié)焦的過程與灰分的熔融特性、爐內(nèi)空氣動力場的組織、爐膛溫度等因素相關(guān)，其中灰分的熔融特性決定了其結(jié)焦性，通常用初始變形溫度DT、軟化溫度ST、半球溫度HT、流動溫度FT 來表征。在軟化溫度ST 下，受熱面上的積灰分就會粘結(jié)形成結(jié)焦［1］，灰分流動溫度FT 與初始變形溫度DT 的差值越小，越易在鍋爐受熱面形成熔融結(jié)焦。垃圾焚燒爐積灰熔融點(diǎn)測試結(jié)果表明，各部位灰渣中焦塊熔點(diǎn)最低，且ST-DT=4 ℃、FT-HT=6 ℃，差值較小；當(dāng)積灰達(dá)到初始變形溫度后，會迅速軟化、流動，加速結(jié)焦進(jìn)展，垃圾焚燒爐積灰的軟化溫度ST 為1 165 ℃［2］；如果煙氣中的灰分在鍋爐換熱面進(jìn)行熱交換后自身的溫度仍未被冷卻至軟化溫度ST 以下，就會以熔融狀態(tài)附著在換熱面上，最終形成結(jié)焦。

飛灰的宏量成分為CaO 和SiO2，其氧化物共熔點(diǎn)一般為1 200 ℃～1 400 ℃［3］；俞海淼等［4］研究表明，灰分中CaO、Al2O3/MgO/ZnO、SiO2等反應(yīng)生成的鈣化合物所形成的低熔點(diǎn)共熔物相的存在是結(jié)焦形成的主要原因；而在遠(yuǎn)低于灰分熔點(diǎn)條件下，爐膛受熱面積灰的內(nèi)部已經(jīng)有部分礦物發(fā)生局部熔融燒結(jié)，引起礦物質(zhì)顆粒相互粘連，為結(jié)焦創(chuàng)造了條件。爐內(nèi)一旦有結(jié)焦跡象，灰分與受熱面?zhèn)鳠崾茏?，呈熔融狀態(tài)的高溫渣層表面不斷粘結(jié)灰粒，結(jié)焦速度加快、能在較短時間內(nèi)引起爐膛負(fù)壓減小、鍋爐傳熱惡化、煙氣溫度升高、爐膛溫度檢測熱電偶溫度傳輸異常等問題，甚至造成被迫停爐的嚴(yán)重后果。

3 結(jié)焦原因

3.1 燃料品質(zhì)不佳

垃圾作為鍋爐的燃料，其成分決定著燃料熱值的大小，燃料的熱值低是造成鍋爐結(jié)焦的一個重要因素。該項(xiàng)目為北方經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的縣域生活垃圾焚燒發(fā)電廠，主要收集城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活垃圾，城鎮(zhèn)生活垃圾以塑料、廢舊紙品、紡織衣物及廚余垃圾為主，熱值相對較高；而鄉(xiāng)村生活垃圾中除高熱值垃圾較少外，灰塵含量較大，垃圾整體熱值低。垃圾發(fā)酵質(zhì)量直接影響燃料的含水率，垃圾倉管理因素有造成燃料含水率不穩(wěn)定的可能。垃圾成分和含水率決定了燃料的品質(zhì)，低品質(zhì)燃料直接影響燃燒工況的調(diào)整頻次，對預(yù)防結(jié)焦不利。

3.2 爐膛溫度控制不當(dāng)

為使垃圾焚燒過程產(chǎn)生的二噁英等有害物質(zhì)徹底分解，需將爐膛煙氣溫度控制在850 ℃以上，停留至少2 s；當(dāng)爐膛測量溫度在850 ℃時，火焰中心溫度已達(dá)1 100 ℃。在實(shí)際運(yùn)行調(diào)整中，為滿足環(huán)保對爐膛溫度控制要求，爐膛溫度穩(wěn)定在950 ℃以上，此溫度下火焰中心的溫度遠(yuǎn)高于1 165 ℃的渣塊軟化溫度ST，灰分易軟化熔融產(chǎn)生流焦，并在鍋爐換熱面形成結(jié)焦。當(dāng)監(jiān)測爐溫的熱電偶掛灰或掛焦時，測點(diǎn)溫度與爐膛實(shí)際溫度存在負(fù)偏差，爐膛實(shí)際溫度會更高，灰分更易于熔融結(jié)焦。研究表明，燃燒調(diào)整致使?fàn)t膛溫度過高是導(dǎo)致垃圾焚燒發(fā)電廠鍋爐結(jié)焦的又一主要因素［5］。

3.3 鍋爐配風(fēng)不合理

配風(fēng)方式和配風(fēng)量對燃料穩(wěn)定燃燒至關(guān)重要。在運(yùn)行調(diào)整中，為了控制煙氣中NOx 濃度，多維持低氧運(yùn)行。當(dāng)爐膛內(nèi)部氧含量相對較低時，爐膛內(nèi)局部形成還原性氣體，灰分熔點(diǎn)降低，加劇鍋爐結(jié)焦［6］；配風(fēng)量過大，爐膛內(nèi)部煙氣溫度迅速升高，就會有高溫腐蝕、結(jié)焦的風(fēng)險；風(fēng)壓或風(fēng)速偏低，灰分氣流速度變慢，灰分容易粘附在受熱面上形成積灰，影響換熱效果，若吹灰不及時或不徹底就易結(jié)焦［7］。爐膛漏風(fēng)會使進(jìn)入爐內(nèi)風(fēng)量增大，爐膛溫度降低，為維持爐膛溫度往往會采取投用輔燃的措施，輔燃周圍局部溫度升高，易造成輔燃附近爐墻結(jié)焦。

3.4 吹灰清焦不及時

煙道受熱面吹灰不及時或吹灰不徹底，積灰阻礙煙氣換熱，煙氣溫度升高，為鍋爐結(jié)焦創(chuàng)造條件。即使發(fā)現(xiàn)受熱面有結(jié)焦跡象，因受爐溫控制等條件限制，在線清焦工作進(jìn)展緩慢，在線清焦不及時或不徹底均有造成鍋爐大面積結(jié)焦可能［8］。

4 應(yīng)對策略

4.1 加強(qiáng)垃圾倉管理，提供高品質(zhì)燃料

盡可能減少鄉(xiāng)村垃圾收集過程中渣土的摻入，從源頭減少垃圾粉塵的含量，提高垃圾熱值。投料前，將高熱值城鎮(zhèn)垃圾與低熱值鄉(xiāng)村垃圾進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，混合均勻，穩(wěn)定燃料熱值。加強(qiáng)垃圾倉管理，根據(jù)季節(jié)和氣溫變化情況適當(dāng)調(diào)整垃圾發(fā)酵時間，確保垃圾發(fā)酵充分，滲濾液導(dǎo)排順暢，減少燃料的含水率，提高燃料熱值的均勻度。

4.2 調(diào)整燃燒工況，嚴(yán)控爐膛溫度

加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，實(shí)時調(diào)整鍋爐燃燒工況，使?fàn)t膛出口煙氣溫度明顯低于灰分熔點(diǎn)。在鍋爐負(fù)荷變化時，及時調(diào)整給料量和風(fēng)量，當(dāng)提高鍋爐蒸發(fā)量時，應(yīng)先加大配風(fēng)量，后增加燃料投加，當(dāng)減少蒸發(fā)量時，先減少燃料投加，后減少配風(fēng)量，并保持鍋爐汽壓和汽溫穩(wěn)定，避免調(diào)整幅度過大。在滿足垃圾焚燒爐膛溫度不低于850 ℃的環(huán)保在線監(jiān)控指標(biāo)的前提下，盡可能控制爐膛溫度在較低溫度水平運(yùn)行；加強(qiáng)熱電偶巡查保養(yǎng)，避免因溫度測點(diǎn)掛灰或結(jié)焦造成監(jiān)測爐溫與實(shí)際爐膛溫度偏差過大情況的出現(xiàn)。加強(qiáng)鍋爐熱負(fù)荷控制，避免鍋爐長時間超負(fù)荷運(yùn)行，提高鍋爐運(yùn)行效率，減少鍋爐結(jié)焦。

4.3 合理配風(fēng)，消除鍋爐漏風(fēng)

平衡配風(fēng)量，避免出現(xiàn)缺氧燃燒情況的發(fā)生，減少爐膛局部還原性氣體環(huán)境出現(xiàn)的頻次，根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況選擇合理的過量空氣系數(shù)，使鍋爐出口氧含量保持在6%～8%范圍內(nèi)。爐排干燥加熱區(qū)、熱解燃燒區(qū)和燃盡區(qū)按3∶5∶2 的比例進(jìn)行配風(fēng)，并控制爐排溫度不超過350 ℃。

鍋爐停運(yùn)檢修啟爐前，須進(jìn)行正壓試驗(yàn)，并加大對鍋爐漏風(fēng)點(diǎn)的查找，確保所有看火門、人孔門、除灰門等關(guān)閉嚴(yán)密，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)點(diǎn)及時采取堵塞措施，減少爐膛的漏風(fēng)量；正常運(yùn)行時，應(yīng)保持各段爐排有相應(yīng)的風(fēng)量通過，控制鍋爐燃燒室上部負(fù)壓在-30 Pa～-50 Pa 之間。加大對爐膛側(cè)墻風(fēng)機(jī)運(yùn)行巡檢的力度，確保其對焚燒間爐排夾道及給料爐排處的吸風(fēng)冷卻效果，抑制爐墻結(jié)焦。

4.4 強(qiáng)化運(yùn)行管理，定期吹灰和清焦

鍋爐結(jié)焦是一個緩慢的過程，運(yùn)行司爐要熟知預(yù)防結(jié)焦的措施，實(shí)時觀察運(yùn)行情況并優(yōu)化運(yùn)行方式，有效應(yīng)對鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，積極開展鍋爐最佳燃燒工況調(diào)整，盡可能避免結(jié)焦問題的發(fā)生。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有結(jié)焦跡象時，司爐應(yīng)具備分析結(jié)焦原因，并具備通過燃燒調(diào)整最大限度減少結(jié)焦量、減緩結(jié)焦速度［9］的能力。為避免積灰因素所導(dǎo)致?lián)Q熱受阻，煙氣溫度較高造成的結(jié)焦，需提高吹灰質(zhì)量，使受熱面盡可能少的殘留灰分［10］。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有結(jié)焦時，應(yīng)及時組織在線清焦作業(yè)，避免出現(xiàn)結(jié)焦進(jìn)程加速，錯過在線清焦的最佳時機(jī)，造成事故擴(kuò)大。

5 結(jié)語

該垃圾焚燒發(fā)電廠因生活垃圾熱值相對較低，鍋爐燃燒工況調(diào)整難度較大，爐膛積灰結(jié)焦問題嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)被迫停爐，打亂企業(yè)既定停爐檢修計劃，影響生產(chǎn)計劃落實(shí)。該項(xiàng)目在保證鍋爐燃燒工況穩(wěn)定，且滿足二噁英控制所需爐膛溫度的前提下，通過采取提高燃料品質(zhì)、控制爐膛溫度、合理配風(fēng)、加強(qiáng)運(yùn)行管理等措施，有效抑制鍋爐結(jié)焦問題，爐膛結(jié)焦速度減緩、焦塊易于清除，鍋爐各運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。