層燃往復(fù)式機(jī)械爐排焚燒鍋爐設(shè)計(jì)與應(yīng)用

層燃往復(fù)式機(jī)械爐排焚燒鍋爐設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0國(guó)外先進(jìn)的爐排技術(shù)國(guó)家發(fā)改委關(guān)于完善焚燒發(fā)電價(jià)格政策的通知（發(fā)改價(jià)格第811號(hào)）規(guī)定：“將生活垃圾作為原料的焚燒發(fā)電項(xiàng)目在獲得廢物的前提下，根據(jù)入司的處理能力計(jì)算并計(jì)算當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)能耗。每噸生活垃圾的轉(zhuǎn)換能耗暫時(shí)確定為280千瓦時(shí)，全國(guó)統(tǒng)一垃圾發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)偏差的電費(fèi)為每噸1000瓦時(shí)的0.65元?！边@樣，當(dāng)垃圾的熱值不超過(guò)700kgh時(shí)，就可以享受垃圾的熱態(tài)補(bǔ)貼，這限制了垃圾中混合碳灰粉的燃燒模式，促進(jìn)了不需要添加碳灰粉的燃燒鍋爐的市場(chǎng)發(fā)展。層燃往復(fù)式機(jī)械爐排垃圾焚燒爐是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的城市生活垃圾焚燒爐技術(shù),它的主要特點(diǎn)是技術(shù)完善可靠、容量大、運(yùn)行維護(hù)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(shù)較復(fù)雜、技術(shù)含量高,我國(guó)目前的大型層燃爐排爐垃圾焚燒廠建設(shè)主要依靠引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的垃圾焚燒爐排技術(shù)。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)有三大優(yōu)點(diǎn):(1)引進(jìn)國(guó)外成熟且國(guó)內(nèi)有成功應(yīng)用業(yè)績(jī)的技術(shù);(2)保持與國(guó)外技術(shù)同步,可充分應(yīng)用國(guó)外多年的經(jīng)驗(yàn)并吸取其教訓(xùn);(3)性能和技術(shù)提供方共同保證。無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司比較了多家外國(guó)公司的爐排技術(shù)后,引進(jìn)了日立造船(瑞士授權(quán)VON-ROLLL型爐排)垃圾焚燒爐爐排技術(shù)。通過(guò)消化吸收引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)了200~600t/d爐排系列(包括余熱鍋爐),其中2臺(tái)UG—400—34.3/4.0/400—W型400t/d往復(fù)爐排垃圾焚燒鍋爐已于2011年11月在襄陽(yáng)恩菲環(huán)保能源有限公司襄陽(yáng)生活垃圾焚燒發(fā)電廠成功投運(yùn),并于2012年11月進(jìn)行了鍋爐性能與環(huán)保測(cè)試。本文介紹了該400t/d往復(fù)爐排垃圾焚燒鍋爐的結(jié)構(gòu)布置、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及應(yīng)用結(jié)果。1垃圾推料燃燒400t/d往復(fù)爐排垃圾焚燒鍋爐由余熱鍋爐和往復(fù)爐排兩部分組成(見(jiàn)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(chǎn)生的煙氣將熱量傳遞給余熱鍋爐受熱面(將給水加熱至設(shè)計(jì)參數(shù)的蒸汽)并降到排煙溫度后經(jīng)凈化從煙囪排入大氣,在爐排上燃盡的垃圾灰渣通過(guò)排渣機(jī)排出。1.1鍋爐的主要參數(shù)鍋爐設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(nèi)各級(jí)受熱面的管束都是垂直布置,煙氣橫向流過(guò)各級(jí)受熱面。鍋爐采用室內(nèi)布置,構(gòu)架按抗地震烈度7度設(shè)計(jì)。爐膛(第一通道)、第二通道、第三通道均為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。在第三通道后的水平煙道內(nèi)依次布置前段蒸發(fā)受熱面、三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)過(guò)熱器、后段蒸發(fā)受熱面和省煤器,并在一二級(jí)過(guò)熱器之間和二三級(jí)過(guò)熱器之間分別布置了兩級(jí)噴水減溫器,用來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱器出口汽溫。整個(gè)鍋爐為支撐結(jié)構(gòu)。2.1.1省煤器進(jìn)口的管支撐與蒸汽側(cè)設(shè)備鍋筒內(nèi)徑為ue7881500mm,壁厚δ60mm,總長(zhǎng)約為10460mm;鍋筒兩端球形封頭均設(shè)有人孔,鍋筒通過(guò)集中下降管支撐在支撐梁上,使其可向前、向兩側(cè)和向上自由膨脹。鍋筒內(nèi)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(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),不使鍋爐排煙溫度過(guò)低,故在鍋筒蒸汽側(cè)布置了一給水加熱器,提高省煤器的進(jìn)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(chǎn)生漩渦而裝有安全柵欄。為了保證蒸汽品質(zhì)良好,鍋筒內(nèi)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(gè)鍋爐分為三個(gè)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?yàn)榈诙ǖ?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(cè)水冷壁均由膜式鰭片管子組成。水冷壁外設(shè)有剛性梁,整個(gè)水冷壁組成剛性吊箍式結(jié)構(gòu),水冷壁本身及其所屬爐墻及剛性梁等重量均通過(guò)設(shè)置在側(cè)壁下部集箱上的支撐腳自立。它的熱膨脹以固定點(diǎn)為中心,向上方、下方、側(cè)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(guò)側(cè)壁上部集箱支撐的吊桿吊掛,下部自由。2.1.4過(guò)熱器管束的安裝過(guò)熱器由三級(jí)、二級(jí)和一級(jí)過(guò)熱器組成,布置在水平煙道內(nèi),兩級(jí)噴水減溫器布置在一二三級(jí)過(guò)熱器之間。飽和蒸汽由連接管引入一級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱,再進(jìn)入一級(jí)過(guò)熱器,蒸汽經(jīng)過(guò)I級(jí)噴水減溫器后引入二級(jí)過(guò)熱器的進(jìn)口集箱,再進(jìn)二級(jí)過(guò)熱器,然后經(jīng)過(guò)Ⅱ級(jí)噴水減溫器后進(jìn)入三級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱,再進(jìn)入三級(jí)過(guò)熱器,最后進(jìn)入過(guò)熱器出口集箱。一二級(jí)過(guò)熱器為逆流布置,三級(jí)過(guò)熱器為順流布置。過(guò)熱器管束通過(guò)側(cè)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(diào)溫,按設(shè)計(jì)燃料額定負(fù)荷下的兩級(jí)噴水減溫調(diào)節(jié)幅度分別為24℃和47℃。2.1.5熱面供水管的設(shè)置后段蒸發(fā)受熱面設(shè)置在過(guò)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(jīng)下降管來(lái)的連接管引到側(cè)水冷壁下集箱,從那里分配到各蒸發(fā)受熱面以及側(cè)面水冷壁管。由蒸發(fā)受熱面加熱的飽和水集中到側(cè)水冷壁上集箱,通過(guò)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(shè)有880mm的空間,以便維修。2.1.6煤器兩側(cè)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(cè)也設(shè)置了膜式壁結(jié)構(gòu),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(chǎng)合,給水的流向采用從上到下、再?gòu)南碌缴系姆磸?fù)循環(huán)方式。因此,即使在省煤器內(nèi)部發(fā)生蒸發(fā),為了推動(dòng)管內(nèi)氣泡的流動(dòng),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(guò)熱器、蒸發(fā)器相同的、從側(cè)壁上部集箱用吊桿吊掛的結(jié)構(gòu)。2.1.7空氣橫向沖刷本鍋爐采用蒸汽空氣預(yù)熱器和直接式空氣預(yù)熱器,每臺(tái)鍋爐配組一次風(fēng)、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器和直接式空氣預(yù)熱器,其受熱面為螺旋翅片管。蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)放熱,空氣橫向沖刷。蒸汽空氣預(yù)熱器分二級(jí),第一級(jí)把空氣從20℃加熱到140℃,第二級(jí)把上級(jí)的空氣從140℃加熱到220℃。一級(jí)空氣預(yù)熱器用低壓蒸汽對(duì)空氣進(jìn)行加熱,加熱蒸汽壓力為0.7MPa(g),加熱蒸汽溫度為200℃;二級(jí)空氣預(yù)熱器用鍋爐的飽和蒸汽進(jìn)行加熱,加熱蒸汽壓力為5.25MPa(g),加熱蒸汽溫度為268℃。當(dāng)垃圾熱值低或鍋爐低負(fù)荷時(shí),則啟用直接式空氣預(yù)熱器,把空氣溫度從220℃加熱到300℃。2.1.8機(jī)械錘擊式振打清灰系統(tǒng)本鍋爐在蒸發(fā)受熱面、過(guò)熱器、省煤器等對(duì)流受熱面的每一排管束都設(shè)有機(jī)械錘擊式振打清灰裝置,同時(shí),在水平煙道的兩側(cè)墻上預(yù)留了兩排激波吹灰孔。2.1.9燒燒材料的鋪設(shè)及空冷墻的設(shè)計(jì)爐室和水平煙道均采用敷管式爐墻,爐墻外面有外護(hù)板。受熱面穿墻部分均設(shè)有密封板和密封罩。爐膛部分第一通道四周均鋪設(shè)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(cè)為耐火磚結(jié)構(gòu)。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(jié)渣,采用空冷墻。該空冷墻采用抑制空氣漏入爐內(nèi)的構(gòu)造。為了便于焚燒爐的檢查和維修,在焚燒爐的后壁設(shè)置檢修門(mén)、監(jiān)視窗,并在各部設(shè)置溫度計(jì),監(jiān)視運(yùn)行狀況是否正常。2.1.1次風(fēng)、二次風(fēng)通風(fēng)分為爐排進(jìn)風(fēng)(一次風(fēng))及焚燒爐進(jìn)風(fēng)(二次風(fēng))兩部分。一次風(fēng)一部分是從垃圾倉(cāng)吸入,另有一部分風(fēng)量進(jìn)入爐排兩側(cè)空冷耐火磚墻,利用爐墻的蓄熱加熱后,再并入一次風(fēng)風(fēng)機(jī),一次風(fēng)風(fēng)量為44600m3/h(標(biāo)態(tài)),進(jìn)入蒸汽空氣預(yù)熱器加熱至220℃。二次風(fēng)是從鍋爐房吸入,風(fēng)量為8785m3/h(標(biāo)態(tài)),風(fēng)溫為20℃,分成前二次風(fēng)和后二次風(fēng)進(jìn)入焚燒爐。當(dāng)燃用高熱值和設(shè)計(jì)熱值垃圾時(shí),二次風(fēng)可采用20℃冷風(fēng)入爐。當(dāng)燃用垃圾熱值為Qnet.v.ar=4187kJ/kg時(shí),一次風(fēng)需經(jīng)過(guò)蒸汽空氣預(yù)熱器加熱到220℃,再通過(guò)直接式空氣預(yù)熱器加熱到300℃進(jìn)入爐排,二次風(fēng)需進(jìn)入蒸汽空氣預(yù)熱器加熱至220℃,再進(jìn)入焚燒爐。2.1.1輔助燃燒和點(diǎn)火燃燒以輕油為燃料在爐室的側(cè)壁設(shè)置1臺(tái)輔助燃燒器,在爐室的后墻設(shè)置了1臺(tái)點(diǎn)火燃燒器。輔助燃燒器和點(diǎn)火燃燒器均以輕油為燃料。當(dāng)垃圾熱值過(guò)低、水分過(guò)高、灰分過(guò)多時(shí)垃圾焚燒的穩(wěn)定和煙氣的燃盡極為困難,為確保達(dá)到垃圾焚燒處理的無(wú)害化、減量化和穩(wěn)定化要求,減少消除對(duì)環(huán)境的污染,需啟動(dòng)輔助燃燒器。2.2墨水量熱力計(jì)算匯總表(100%負(fù)荷,Qnet.v.ar=6700kJ/kg)如表1。噴水量:一級(jí)噴水量1t/h;二級(jí)噴水量:1.7t/h。2.2.3風(fēng)壓高度煙氣側(cè)總阻力為500Pa(鍋爐本體);煙氣側(cè)總流量為76563m3/h(標(biāo)態(tài))(鍋爐出口處)。一次風(fēng)風(fēng)量為44600m3/h(標(biāo)態(tài));二次風(fēng)風(fēng)量為8785m3/h(標(biāo)態(tài));進(jìn)入空冷墻風(fēng)量為10880m3/h(標(biāo)態(tài))?？諝鈧?cè)阻力:爐排阻力為1000Pa;一次風(fēng)蒸汽空氣預(yù)熱器阻力為700Pa;二次風(fēng)蒸汽空氣預(yù)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(dòng)控制系統(tǒng)(ACC)等均為引進(jìn)日立造船技術(shù)。推料器、干燥爐排、燃燒爐排和燃盡爐排的速度根據(jù)垃圾熱值、垃圾處理量及燃燒工況由ACC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)。爐排的結(jié)構(gòu)主要包括料斗、推料裝置、爐排系統(tǒng)和排渣機(jī),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(shè)置在燃燒爐排上),在每級(jí)爐排之間的垂直方向上有落差。爐排下部布置十二個(gè)漏渣斗,漏渣斗下為落灰管及檔板閥,與漏渣輸送機(jī)連接。3.1爐排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)垃圾在爐排上的焚燒過(guò)程如圖2。垃圾由垃圾料斗經(jīng)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(dòng)爐排梁交替組成。與垃圾向下運(yùn)動(dòng)的方向相反,活動(dòng)爐排緩慢向上運(yùn)動(dòng),從而能促進(jìn)垃圾的翻滾和攪動(dòng),垃圾能較快地與灼熱的燃燒物質(zhì)混合,促進(jìn)其干燥。垃圾燃盡的爐渣緩慢地向下移動(dòng)至爐排的末端,通過(guò)灰渣斗和灰渣溜管排入出渣機(jī)。爐排的漏渣由漏渣輸送機(jī)送到出渣機(jī)與爐渣一起排出。爐排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了有效熱輻射和氣相流的有效利用,實(shí)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?zé)煔夂屠哂辛己玫幕旌闲Ч?落差的設(shè)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(zhǎng)×寬)14.43m×5.08m,爐排面積73.3m2,爐排的機(jī)械負(fù)荷227kg/m2h。爐排的運(yùn)動(dòng)由液壓傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)(如圖3)。干燥爐排、燃燒爐排和燃盡爐排三級(jí)依次連接,組成了爐排系統(tǒng),剪切刀設(shè)置在燃燒爐排上,在每級(jí)之間的垂直方向上有落差。燃料從一區(qū)域落下至下一個(gè)區(qū)域時(shí),粘連的大塊垃圾團(tuán)被拆散,內(nèi)部暴露,更多的干燥顆粒著火,并與周圍垃圾混合。結(jié)果垃圾中的著火顆粒引起一連串連鎖反應(yīng),干燥和燃燒過(guò)程的速率不斷增加直至進(jìn)入充分燃燒過(guò)程。另外,爐排梁往復(fù)運(yùn)動(dòng)促使垃圾充分混合和攪拌,確保垃圾完全燃盡和無(wú)害化。3.2.1垃圾焚燒燒磚法垃圾所含水分通常達(dá)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(guò)程如下:首先垃圾隨著機(jī)械往復(fù)錯(cuò)列爐排緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí),垃圾被破碎;850~950℃的高溫?zé)煔夂头贌隣t內(nèi)磚墻的輻射熱干燥垃圾;同時(shí),溫度預(yù)熱至220~300℃的一次風(fēng)氣流,從爐排吹入焚燒爐進(jìn)一步促進(jìn)垃圾干燥;當(dāng)垃圾溫度超過(guò)200℃時(shí),垃圾中揮發(fā)分析出,垃圾開(kāi)始著火;最后著火區(qū)域覆蓋垃圾整個(gè)表面。燃燒空氣量和爐排速度相配合調(diào)節(jié)可在較寬范圍內(nèi)較精確地調(diào)節(jié)干燥過(guò)程。3.2.2有充分干燥的垃圾在干燥爐排上點(diǎn)燃的垃圾掉落到機(jī)械驅(qū)動(dòng)的傾斜燃燒爐排面上。掉落的沖擊拆散了團(tuán)狀垃圾,增加了垃圾與空氣的接觸面積,促進(jìn)燃燒;而沒(méi)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(fù)運(yùn)動(dòng),垃圾被破碎或剪切,有利于燃燒的擴(kuò)散。燃燒過(guò)程中像紙和紙板之類的易燃物,首先開(kāi)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(fù)錯(cuò)列爐排和剪切刀,可有效地防止這種情況的發(fā)生。設(shè)置剪切刀的爐排設(shè)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(tuán)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(diǎn)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(shí)尤其有效。剪切刀裝置的扇形刀片安裝于液壓驅(qū)動(dòng)的橫軸上,剪切刀在非運(yùn)行狀態(tài)時(shí),刀片的頂端與爐排面平齊。當(dāng)被驅(qū)動(dòng)螺桿頂起時(shí),剪切刀切入或穿入垃圾料層,產(chǎn)生一系列效果:a.壓碎、剪斷、脫落和拆碎團(tuán)塊垃圾,改善其與燃燒空氣的接觸條件并防止結(jié)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(jìn)燃燒。3.2.5活動(dòng)爐排梁的布置爐排由固定梁(F)和活動(dòng)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(dòng),靠近爐墻的兩側(cè)布置活動(dòng)爐排梁,促進(jìn)靠爐墻的垃圾順暢運(yùn)動(dòng)。固定爐排梁和活動(dòng)爐排梁交替布置?；顒?dòng)梁在固定于橫梁的滑板上滑動(dòng)?；顒?dòng)爐排梁按上下一定角度由液壓驅(qū)動(dòng)向上和向前運(yùn)動(dòng),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(dòng),同時(shí)被向上推動(dòng)。因這些運(yùn)動(dòng)對(duì)垃圾產(chǎn)生剪切效果(如圖5),團(tuán)塊垃圾產(chǎn)生裂縫、破碎使燃燒空氣變得容易穿越。4鍋爐從機(jī)械拋運(yùn)后的性能測(cè)試襄陽(yáng)恩菲環(huán)保能源有限公司襄陽(yáng)生活垃圾焚燒發(fā)電廠2臺(tái)UG—400—34.3/4.0/400—W型400t/d往復(fù)爐排垃圾焚燒鍋爐于2011年11月成功投運(yùn),2012年11月由機(jī)械工業(yè)鍋爐及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)2#爐進(jìn)行了鍋爐熱工與環(huán)保性能測(cè)試。測(cè)試時(shí)入爐垃圾的元素分析如表2。4.2測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)總結(jié)(1)熱工性能測(cè)試數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。(2)環(huán)保性能測(cè)試數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。5鍋爐負(fù)荷能力及反平衡效率測(cè)試結(jié)果無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司采