技术 | 400t/d循环流化床垃圾焚烧锅炉改造的设计和运行

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出，以提高环境质量为核心，以解决生态环境领域突出问题为重点，加大生态环境保护力度，提高资源利用效率。随着我国经济的快速发展、城市化和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾产量与日俱增，由此而带来的环境污染问题日益严重，垃圾无害化处理 处置已成为生态环境领域的突出问题。很多城 市面临“垃圾围城”的困境，城市垃圾增长速度超 过ＧＤＰ增速。

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

垃圾焚烧处理不但可以实现其能源化资源化利用，又能对燃烧产生的有害气体成分通过烟气净化处理系统进行集中处置，减少对环境的污染。截至2016年底，全国投入运行的生活垃圾焚烧电厂有250座，总处理能力为23.8万吨／日，其中采用炉排技术的有168座，合计处理能力达到16.5万吨／日，约占垃圾焚烧电厂总数的 ６８％；其余主要采用流化床技术，总计有８２座，合计处理能力为7.3万吨／日，约占垃圾焚烧电厂总数的３２％。

《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》（发改环资〔２０１６〕２８５１号）提出，截止２０２０年底，设市城市生活垃圾焚烧处理能力要占无害化处理总能力的５０％以上，其中东部地区要达到６０％以上。另外，随着“一带一路”建 设和“中国制造２０２５”等国家战略的实施，垃圾焚烧产业将伴随着巨大的海外需求市场，未来我国的垃圾焚烧产业将迎来巨大的发展空间。

《生活垃圾焚烧污染控制标准》（ＧＢ １８４８５—２０１４）已于２０１６年１月１日起全面实 施，与原 ＧＢ１８４８５—２００１标准相比，新标准的污染物排放限值严格很多，同时要求每台焚烧炉必须单独设置烟气在线监测装置，对一氧化碳、颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和氯化氢等进行连续监测。清洁高效焚烧已是垃圾焚烧行业的必然发展趋势。

国内外研究人员对流化床垃圾焚烧的燃烧 特性和ＣＯ排放特性进行了广泛而深入的研究。DUANＦ等通过实验得出，炉膛温度是影响 ＣＯ排放浓度最重要的因素。罗春鹏等用模 拟垃圾开展试验提出焚烧炉实际运行时炉膛温 度在８00 ℃～１000 ℃，过量空气系数在１．５～２为宜。江爱朋实验得出当过量空气系数小于１.５ 时，ＣＯ 的 排 放 浓 度 很 高；ＥＳＴＥＬＬＥＤＥＳＲＯＣＨＥＳ －ＤＵＣＡＲＮＥ等实 验 研 究 表 明 ＣＯ对二次风比例的敏感性比对燃料中垃圾的 比例和过量空气系数都明显。闫涛通过实验 研究表明合理分配一、二次风比例可以降低 ＣＯ 的排放值。李蕾等指出 ＲＤＦ焚烧后的 ＣＯ 和二恶英等污染物排放浓度均低于原生垃圾直 接焚烧的排放值。ＣＯＵＴＵＲＩＴＥＲ 等在２２ ＭＷｅ循环流化床锅炉上研究发现采用双进料 口比单进料口在给料和炉内温度分布的均匀性都更好。Zhang Ｙ等研究表明，ＣＯ浓度随着炉膛高度的增加而减少。

国内外学者已进行大量的研究，影响流化床 垃圾焚烧和 ＣＯ 排放的主要影响因素为炉膛温度、过量空气系数、一、二次风比例、燃料特性、炉膛高度等。本文以总结现有文献资料为基础，结合流化床垃圾焚烧锅炉设计与运行经验，提出400t／ｄ循环流化床垃圾焚烧锅炉改造的设计方案。

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400ｔ／ｄ垃圾焚烧锅炉基本情况介绍

本文改造对象为某垃圾焚烧电厂４００ｔ／ｄ循环流化床垃圾焚烧锅炉。该型号锅炉主要投产 时间为２００５年左右，为单锅筒，自然循环，垃圾和煤混烧高温分离流化床锅炉，设计垃圾焚烧量４００ｔ／ｄ，掺煤重量为２０％，额定蒸发量５０ｔ／ｈ。通过初期改造后适当提升了垃圾处理量到５００ｔ／ｄ， 将掺煤量减少为１０％，额定蒸发量４５ｔ／ｈ左右， 锅炉简图见图１，初次改造后锅炉基本参数见表１。

近年来随着垃圾组分与热值的不断变化，包括该垃圾焚烧锅炉在内的一部分循环流化床 垃圾焚烧锅炉由于垃圾处理量增加，燃煤量减少，又没有及时进行设备改造与运行方式的调整，导致锅炉运行中出现炉膛冒正压、燃烧不充分和ＣＯ排放不达标等问题，严重影响整厂环保效益和经济效益。因此，为满足新的环保要求，同时兼顾经济效益，需要对该锅炉提出系统燃烧优化改造。

2改造原则

（ １）垃圾分选提质：通过分选提质后的成品垃圾粒径小于８０ｍｍ，去除玻璃、铁等不可燃组分，提升热值。

（ ２）焚烧锅炉改造优化：以温度、扰动和停留时间的“３Ｔ”要素为原则，调整炉膛受热面，确保稀相区炉膛温度高于８５０ ℃的停留时间≥ ２ｓ；合理布置二次风，增强炉内混合扰动；采用 ２个垃圾给料口来提升垃圾给料的均匀性。

3具体改造方案

3.1垃圾分选提质

目前，生活垃圾流化床焚烧发电技术还存在发电效率不高，污染物排放控制压力大的不足，涉及的因素较多，除了焚烧锅炉本身需要优化提升外，垃圾燃料本身也存在很大的影响，如垃圾组分复杂、成分不稳定、灰分大、热值低等。因此，生活垃圾预处理系统的优化提质是非常重要的部分。

目前该厂通过引进２条芬兰 ＢＭＨ 公司５０ｔ／ｈ霸王龙垃圾分选线可以大大提升垃圾品质，具体工艺路线见图２。

通过 ＢＭＨ 系统对原生垃圾进行分选提质后，可以有效去除玻璃、铁器等不可燃组分，垃圾粒径小于８０ｍｍ，粒度分布均匀，热值为６700ｋＪ／ｋｇ左右，但是含水率仍然较高达到５０％以上。分选提质效果见图３，成品垃圾的工业元素热值分析见表２。

3.2锅炉改造

3.2.1锅炉概况

通常流化床垃圾焚烧锅炉的单位截面处理 量取４００～６００ｋｇ／（m2·ｈ），在不改变炉膛结构前提下，结合截面垃圾处理量和热力计算校 核，以现有分选提质后的垃圾热值计算，要保证焚烧锅炉充分燃烧，改造后的该焚烧炉处理量将 在３７０～４００ｔ／ｄ左右。由于该地区垃圾处理量大，４００ｔ／ｄ的垃圾处理量已无法满足处理需求，因此对包括炉膛在内的所有锅炉结构尺寸扩大并全部换新，将炉膛断面扩展到５．３３ｍ×７．５３ ｍ，垃圾处理量提升到６００ｔ／ｄ。

改造后的锅炉仍为单锅筒，自然循环，中温中压，高温分离流化床垃圾焚烧锅炉。第一通道的炉膛作为炉室Ｉ，起循环燃烧作用；高温分离器 后的第二通道为炉室ＩＩ作为燃尽室，起燃尽作用（下部布置有对流管束）；新增加通道三，作为炉室Ⅲ布置有过热器；最后新增第四通道布置省煤器。空气预热器由原来的布置烟道尾部，改为采用外置式蒸汽空气预热器。改造设计燃料采用分选提质后的成品垃圾，改造后的锅炉参数见表 ３，结构布置见图４。

3.2.2 具体改造内容

（ １）给料装置

目前垃圾炉给料口为一个，布置在前墙位置，给料系统为垃圾斗→上级绞龙→下级绞龙，通过分别调节两级绞龙的速度来控制给料量。由于垃圾给料系统和给料口都只有１个，如果垃圾发生堵塞或者不均匀输送，容易造成垃圾入炉不均匀，出现垃圾入炉断断续续或者成团入炉，使得炉内燃烧不稳定，出现炉膛冒正压等问题。

给料口由原来的１个改为选用２个给料口，配套２条给料线，给料系统仍然采用垃圾斗→上 级绞龙→下级绞龙，每条给料线为两级单轴螺旋给料，采用两级给料输送可以提升给料的均匀性，达到稳定燃烧的目的，同时也可以避免炉内出现冒正压现象。

（ ２）燃烧装置

目前布风装置的排渣口与给料口对应为１个，由于垃圾给料口改为２个后，如果排渣口仍然为１ 个容易造成入料口块状不可燃物体难以顺利排出炉外，因此对应的排渣口也应改为２个，对应排渣口附近的风帽也相应地改为定向风帽。

（ ３）增加补渣系统

增加连续补渣系统可使回到炉内的细料有效降低床层的临界流化风速，减少玻璃铁屑等的渣块比率，冲击玻璃熔融团，从而减少压火次数，延长运行周期，降低一次风量，提升锅炉的整体效率。

（ ４）二次风装置

二次风可以对入炉垃圾产生较大的扰动作用，合理的二次配风可以增强垃圾与氧气之间的氧化反应，使得燃烧更加完全。原锅炉左右侧墙共布置三层二次风，每层对称布置２个二次风口。最下层二次风口位于垃圾给料口下方１.７ｍ 位置，第二层二次风口位于垃圾入料口水平处，最上层二次风口位于给料口向上１.５ｍ处。

改造后除了原有二次风口外，在最上层二次风口向上１ｍ 位置左右侧墙分别均匀布置３个二次风口，２ｍ 位置左右侧墙分别均匀布置４个二次风口，以增强二次风对炉内燃烧的混合和扰动。

（ ５）炉膛部分

将炉膛断面扩展到５．３３ｍ×７．５３ｍ，通过热力计算对炉膛内部受热面进行校核计算，以确定合适的炉内受热面积从而保证炉膛温度高于８５０ ℃，达到炉内垃圾充分燃烧的目的。炉膛内温度越高，炉内传热、传质和氧化反应就越 剧烈，燃烧也就越充分。

（ ６）分离器

分离器全部换新，仍然采用高温上出气旋风分离器作为高温循环物料的气固分离装置。分离器具有９９％以上的分离效率，将烟气中的颗粒分离下来保证烟气排放的粉尘浓度达标，同时实现高温物料的循环，延长燃料颗粒在高温条件下的炉内停留时间，提高锅炉的燃烧效率；同时可以使炉膛上部空间具有较高的物料浓度，使炉膛整体温度均匀。

（ ７）增加燃尽室

拆除分离器后第一跨烟道所有受热面，将该烟道改为燃尽室，布置水冷包墙，并在外全部敷设浇筑料，在燃尽室最下侧烟道布置对流管束，以弥补炉膛内部受热面积减少造成蒸发受热面减少的不足。

分离器后布置燃尽室既可以延长烟气停留时间，使得炉膛内未燃尽气体继续燃烧，同时还可以对炉膛内由于给料不均等引起的瞬时烟气波动起到缓冲作用。燃尽室的效果已在多台投入使用的循环流化床垃圾焚烧锅炉中得到验证。

（ ８）过热器系统

饱和蒸汽从锅筒经连接管引至低温过热器， 经一级减温器进入中温过热器，再经二级减温器进入高温过热器，最后进入到主汽集箱。

过热器为纯对流型，双管圈顺列布置，位于分离器后第Ⅲ水冷烟道中。沿烟气流动方向依次为高温、中温和低温过热器，中、高温过热器均为顺流布置，低温过热器为逆流布置，两级过热器之间设有减温器以调节汽温。所有过热器重新布置，横向节距为200ｍｍ，目的是为了减少过热器积灰。

（ ９）省煤器

新增第四烟道以布置省煤器，烟道宽度×深度尺寸为７．５３ｍ×３．２ｍ，省煤器分７组光管，均为顺列逆流布置，横向节距为１１０ｍｍ，增加管间距的目的是为了减少受热面积灰，延长运行时间。

（ １０）空气预热器

尾部烟道不再布置空气预热器，改造后采用外置式蒸汽空气预热器，一次风风温由２０ ℃加 热至１５０ ℃（采用汽轮机抽汽），二次风风温由 ２０℃加热至２２０℃（采用汽轮机抽汽与汽包抽汽相结合）。外置式蒸汽空气预热器可以增加一、二次风温的调节性，减少尾部受热面积灰，解决炉内空气预热器运行中容易漏风而增大烟气量导致引风机负荷变大问题。