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技术 | 浅析大容量生活垃圾循环流化床焚烧炉的技术特点与调试运行

北极星电力网新闻中心  来源:循环流化床发电  作者:方朝军  2019/9/24 9:20:41  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 垃圾焚烧发电 火电技术 火电

北极星火力发电网讯:随着我国经济的快速发展,人口聚集、消费水平提高,全国生活垃圾产量逐步增长。2016年中国城市和县城生活垃圾清运量达到2.7亿吨,较上年增长5%,人均生活垃圾清运量增加至486kg。

(来源:微信公众号“循环流化床发电”  ID:xhlhcfd  作者:方朝军)

固废处理包括填埋、焚烧、堆肥三大技术路线。目前,虽然垃圾填埋在中国占主导地位,但焚烧处理技术优势明显,处理占比不断提高,将成为最主要的垃圾处理方式。垃圾焚烧与填埋相比,具有以下优点:1)减量缩容。垃圾经过焚烧后,一般可减重80%,减容90%以上,可节约大量的土地资源;2)资源再利用。每吨生活垃圾的热值相当于0.2~0.25t标准煤,垃圾焚烧发电能产生较好的资源综合利用效益。垃圾焚烧锅炉从炉型上主要分为炉排燃烧与循环流化床燃烧,其中前者以国外引进为主,后者国内可以自主研发制造。循环流化床锅炉具有垃圾燃尽率高、灰渣含碳量低、负荷调节范围大、燃料适应性广、符合中国垃圾低位热值低的国情等优点,但运行成本相对较高。通过近20年的不断积累,余热发电系统、脱硫除尘系统、DCS集中控制系统、垃圾预处理系统、给料系统及冷渣系统等各类配套设施方面的不断创新,垃圾焚烧发电技术得到大力提高。我司借鉴欧洲发达国家先进的循环流化床固体废物焚烧技术,在国内首次引进了单台日处理1000t的生活垃圾循环流化床焚烧炉。

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固体回收燃料预处理工艺

原生垃圾通过干化与分选后已经不是传统意义上的垃圾,而是固体回收燃料。预处理主要是通过干化(使原生垃圾中含水率从60%左右降低到30%以下)、机械破碎、分选等工艺,降低大件垃圾尺寸,去除垃圾中的金属、瓦砾和玻璃等不可燃物,提高可燃物占比。通过预处理使焚烧炉运行时给料均匀、燃烧更为彻底、减少炉渣生成量,并在一定程度上降低了二恶英等污染物的生成使排放更清洁。经生物干化和机械分选(如图1)后的燃料特性如表1。

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锅炉设计参数

锅炉设计参数如表2,图2为循环流化床锅炉示意图。

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流化床焚烧炉工艺特点

(1)该焚烧炉采用高温水冷旋风分离器及外置式换热器,以更好地防止热膨胀及防止高温烟气对过热器的腐蚀;同时还采用了低空气比的烟气再循环技术及组合式吹灰技术。自动化的给料系统设计以及多点给料,能保证锅炉焚烧自动化程度更高、给料更加均匀;飞灰含量可达5%以下。


(2)燃料粒径可达到80mm以下,燃料更均匀,焚烧更加充分;原始污染物排放浓度更低,符合清洁生产和促进循环经济。(3)垃圾中的金属、玻璃、建筑垃圾被分选出后,垃圾减量40%左右,使排渣更通畅。(4)蒸汽参数等级从中温中压提高到次高温次高压,有利于能源的高效转化与利用。(5)可不添加辅助燃料,年处理时间超过8000h,焚烧负荷范围70%~110%,焚烧炉中主燃区温度达到900℃以上,烟气温度850℃以上,停留时间超过2s,灰渣热灼减率低于1.5%。焚烧炉排放优于GB18485—2014烟气排放标准。

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循环流化床锅炉主要调试过程

4.1烘炉烘炉的主要对象为炉膛、风室、旋风分离器、返料器。烘炉过程中确保主要部件升温至350℃,并维持24小时。烘炉的作用是排除炉墙内的水分,保持炉墙在锅炉运行过程中严密、安全可靠。4.2化学清洗锅炉在制造过程中经常会形成轧制铁磷和带硅氧化铁皮,且出厂时在阀门等设备内涂覆防蚀油剂,长期暴露在空气使金属表面腐蚀形成腐蚀产物,这些杂物如不彻底清除,将带来很大危害,运行时使炉管发生沉积物下腐蚀、水质指标长期不合格。根据DL/T794—2001《火力发电厂锅炉化学清洗导则》的规定,锅炉水冷系统和省煤器在投产前必须进行化学清洗,主要清洗范围为省煤器、水冷壁、下降管、锅筒等,化学清洗工艺见图3。

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4.3蒸汽吹管在受热面及管道安装完毕后,用蒸汽进行吹洗,以消除在制造、安装中遗留下的焊渣及杂物,以保证汽轮机和锅炉运行安全。


吹管相关参数见表3、表4。

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锅炉吹管的目的就是利用锅炉蒸汽冲除过热器、在热器受热面管及蒸汽管道内的铁锈、焊渣、铁屑、灰垢和油垢等杂物,否则向汽轮机供汽时将会产生危害。吹管的过程是依次经过过热器、主蒸汽管道、临时管、靶向器、消音器。吹管流程如图4所示。

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4.4 循环流化床锅炉冷态试验

4.4.1冷态试验的目的

(1)鉴定送风机风量、风压是否能满足运行要求;

(2)测定布风板的布风均匀、布风板阻力、料层阻力特性,检查流化质量;

(3)绘制布风板阻力、料层阻力随风量变化的曲线,确定冷态临界流化的风量和热态运行时的最小风量;

(4)了解循环物料的循环情况。

4.4.2冷态特性测定

(1)布风板阻力特性测定:开启一次风门,返料风风门,启动引、送风机,逐步开大送风机入口调节挡板,增加风量,记录对应挡板下的风量、风室风压和送风机电流,一般每增加2000m3/h风量记录一次,试验时始终保持炉膛下部压力表为零,此时风室静压即为布风板阻力。从全关到全开,然后从全开到全关,取两次的平均值作为布风板阻力的最终值,在平面直角坐标系中用平滑的曲线将这两点连接起来,便得到了布风板阻力与一次风量变化的特性曲线(图5)。本次试验过程中,根据运行经验,铺设500mm床料,实施流化试验。

(2)布风均匀性检查:在布风板上铺上约500mm厚的床料,启动引、送风机,逐步开大挡板,使床层完全流化,10分钟后,急停送、引风机,打开炉门,检查床面:床面平整则表示布风均匀;床面不平整则说明布风不均匀,应查明原因,予以消除。

(3)料层阻力特性测定:在布风板上铺上约500mm厚的床料,启动引风机、送风机,逐步开启风门挡板,维持炉膛下部压力为零,记下对应挡板下的风室静压、风量及送风机电流,直至全开,然后从全开到全关,取两次平均值,然后根据空板阻力特性标出料层阻力,在直角坐标上用平滑的曲线将这些点连接起来,便得到料层阻力与风量变化的特性曲线(图5)。

(4)临界风量的确定:从料层阻力特性曲线中可以看出,当风量增加到一定值后,料层阻力不再随风量的增加而增加,它将保持不变,达到此状态时的风量称为临界流化风量。

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由图5可知,500mm料层的孔板阻力、风室压力、料层阻力都随一次风量的增加而增大,而料层阻力的变化曲线随一次风量的增加趋向于平稳,其阻力大小为5.1kPa,此时对应的一次风最小值为13.89m3/s(标态),孔板阻力为1.69kPa,风室压力为6.79kPa,13.89m3/s(标态)即为该循环流化床锅炉的临界流化风量。4.5料层压差监视与调整风室静压力是布风板阻力和料层阻力之和,由于一般设计布风板阻力为风室压力的20%~25%,所以运行中通过风室静压力可估算出料层阻力。此外,通过风室静压力变化情况,可以了解沸腾料层的运行状况。流化燃烧良好时,压力表数值摆动幅度较小且频率高;如果数值变化缓慢且摆动幅度加大时,流化质量变差。运行中料层压力过高和过低时,都会影响流化质量,容易发生熄火和结焦。

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结论

固体燃料回收预处理工艺以及高参数循环流化床锅炉焚烧工艺的集成技术在国内尚属领先。该机组自2018年6月第一次热态启动,7月第一次并入电网,8月开始进入72小时试运行。主蒸汽温度维持在513℃左右,主汽压力维持在7.60MPa左右,功率最高达37MW,进汽量130t/h,机组综合汽耗率3.6kg/kWh。试运过程中机组调节系统运行稳定、负荷变动稳定,各监控仪表投用正常,各分系统及辅机运行正常。高参数大容量循环流化床技术将开启我国能源的高效再利用,迎合未来垃圾高热值发展方向,对提供高效垃圾处理方案、帮助达成降低垃圾填埋的目标、减少对有限的化石燃料的依赖、减少碳排放量等都有很好的促进作用,并满足我国趋紧的环境要求。锅炉调试和试运行的成功经验对未来循环流化床技术应用于城市生活垃圾,乃至污泥、生物质等固体废弃物的处理和综合利用有着重要的示范作用与参考价值。

文献信息

方朝军,任超峰,王武忠,王汝佩,王玉生,覃军建.浅析大容量生活垃圾循环流化床焚烧炉的技术特点与调试运行[J].工业锅炉,2019(03):37-40.

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