日处理600吨生活垃圾的焚烧余热锅炉设计

日处理600吨生活垃圾的焚烧余热锅炉设计
雷　明　许　峰
(江西江联能源环保股份有限公司　江西　南昌　330001)
摘　要:本文主要介绍了处理量600t/d 生活垃圾焚烧余热锅炉的开发、设计。

关键词:生活垃圾余热锅炉;设计
中图分类号:　TK 229 文献标识码:　B 文章编号　1005-7676(2006)04-0003-02
Abstract :This paper mainly introduces the development and design of incineration exhaust -heat boiler which has
the incineration capacity :600t/d.
K ey w ords :Waste Heat Boiler ;Design
0　前言
生活垃圾焚烧处理具有减量效果明显,无害化彻底,占地小,余热能得到利用,减少二次污染等优点,是国内外发达城市治理垃圾污染和利用资源的有效方法。

生活垃圾焚烧发电项目的建设,将总体上改善城市的环境,有利于节约土地资源,有利于改善城市的生存与投资环境,达到在发展经济的同时,合理开发利用资源,积极保护生态环境,保持人与自然的和谐发展,最终实现经济社会与生态环境的协调可持续发展。

目前国内各个大中城市都非常重视城市生活垃圾的综合处理,并将生活垃圾焚烧发电作为首选方式,很多城市已建立或在建城市生活垃圾焚烧处理发电厂。

西部直辖市重庆也在
2003年建设了一座垃圾焚烧发电厂,该项目日处理垃圾量1200吨,采用2条处理能力为600吨/天的垃圾焚烧线。

笔者
所在公司为该项目开发、设计和制造了关键设备———焚烧余热锅炉。

1　垃圾焚烧发电厂主要工艺系统
垃圾焚烧发电厂新建的生产线由下列主要系统组成:①进厂垃圾计量系统;②垃圾卸料及贮存系统;③垃圾及辅助燃料进料系统;④垃圾焚烧系统;⑤焚烧余热利用系统;⑥烟气净化和排放系统;⑦灰渣处理系统;⑧污水处理系统;⑨烟气排放在线监测系统;⑩垃圾焚烧自动控制系统。

工艺流程如图1
:
图1　垃圾焚烧工艺流程图
2　日处理600吨生活垃圾焚烧余热锅炉的开发、设计
在整个工艺流程中,焚烧余热利用系统是工程量最大,最复杂的系统,而余热锅炉又是其中最关键的设备。

其主要设计规范、燃料特性、锅炉总体布置、设计要点及运行情况如下:
2.1　锅炉设计规范
2.1.1　型号:LC600-58/4.0/400/130型
2.1.2　垃圾处理量:600t/d 2.1.3　额定蒸发量:58t/h
2.1.4　额定蒸汽出口压力:4.0MPa 2.1.5　额定蒸汽出口温度:400℃2.1.6　锅炉给水温度:130℃2.2垃圾特性参数(设计值):2.2.1　设计低位热值　7000k J/kg
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3·　研究探讨 江西能源　2006(4)
2.2.2　最大低位热值　10000k J/kg 2.2.3　可燃成份 27%～50%2.2.4　不可燃成份 4%～27%2.2.5　水份 38%～59%2.3　垃圾组成成分:(见表1,2)
表1　垃圾化学成分表(单位:%)
总碳　(Cd )总氢
(Hd )总氧
(Od )总氮
(Nd )总磷
(P )总硫
(S t ,d )总氯
(C L )30.74
3.77
16.37
0.93
0.296
0.44
0.369
表2　生活垃圾分类情况表(单位:%)
灰土
砖瓦
动物类
植物茎叶果皮类
纸类
布类
橡塑类
木材类
金属类
玻璃
14.28
2.85
2.98
36.15
6.82
4.56
15.99
14.08
1.09
1.20
2.4　锅炉总体布置锅炉型式为单锅筒自然循环,四垂直烟道,垂直顶支吊结构,室内布置。

锅炉燃烧炉膛位于炉排的上方。

锅炉的第一烟道四周敷设耐火砖,耐火砖敷设至第二烟道进口处。

第二烟道裸露的水冷壁增加吸热使得烟气到达过热器之前已降低到适宜的温度。

适宜的烟温、合理过热器布置方式及选材,这样就能保证过热器有较长的寿命。

烟道中的换热部件(过热器、蒸发管束和省煤器)为顺列布置,并保证足够的空间以防止堵塞,使锅炉在污染状况下也能正常运行。

垂直布置的余热锅炉包括四个垂直烟道:
第一和第二烟道为没有对流受热面的膜式壁,其中第二烟道中装有3片垂直屏;第三烟道为膜式壁,内部装有高温过热器,低温过热器和一、二级蒸发管束;第四烟道为护板结构。

内部装有省煤器管束,位于第二和第三烟道下的灰斗为非水冷式,内部衬有耐火材料(见图2)。

锅炉的主要附属部件有蒸汽空气预热器及吹扫清灰装置。

图2　LC600-58/4.0/400/130型垃圾焚烧余热锅炉
2.5　锅炉设计要点
1.余热锅炉必须保证合适的烟气流速和足够的炉膛高
度。

为抑制二恶英、NOx 及S Ox 等有害气体的产生量,焚烧炉产生的高温烟气需在其中保持850℃左右停留2～3秒。

为了达到以上要求,必须选定适宜的烟气流速和炉膛高度,一般烟气流速3～4m/s 为佳,炉膛高度约为15m 左右。

2.合理的结构布置及选用良好的清灰装置。

垃圾焚烧后
产生的烟气成分非常复杂,其中的灰尘粘结性很强,减轻受热面积灰是垃圾锅炉中一个关键的问题。

为尽量减少受热面的积灰,更易清除积灰,其对流受热面(过热器、省煤器、蒸发管束等)无论是水平布置还是垂直布置一般多采取顺列布置结构。

另外在容易产生积灰的部位一般都根据具体情况布置不同类型的吹灰装置(蒸汽吹灰装置及燃气吹灰装置等)。

3.合理的布置高、低温过热器及选用适宜的过热器材质。

垃圾焚烧产生的有害烟气对受热面金属材料有较强烈的腐蚀性,典型垃圾焚烧工程的实际经验显示,蒸汽温度若超过
400℃,过热器管壁会发生急剧的高温腐蚀,严重影响锅炉运
行的可靠性、安全性。

因此在设计过程中必须选用适宜的过热器入口烟温,合理的分配高、低温过热的受热面积及工质流向,另外在选择材质方面必须综合考虑温度参数及耐腐蚀性。

4.选用可靠的膨胀补偿装置。

由于余热锅炉采用了全悬
吊结构,锅炉整体向下膨胀,因而余热锅炉与焚烧设备、余热锅炉本身各部件之间都必须充分考虑热膨胀可能带来的影响。

焚烧设备与余热锅炉的接口、余热锅炉三烟道与尾部烟道的接口、二次风系统及吹灰装置与余热锅炉的连接等关键部位在设计中都布置了补偿器,同时根据各个部位的不同情况对补偿器的材质、耐磨耐温性能提出了不同要求。

5.设计可靠的密封装置。

垃圾锅炉的密封是否严密不仅
影响锅炉运行状况,而且对电厂的整体环境至关重要。

在本台锅炉设计中,除常规密封方式外,采用了较多迷宫式密封,密封装置内部用耐高温柔性材料填充,使其不至于由于热膨胀和高温而损坏,导致漏烟、漏灰。

6.合理设计刚性梁保障膜式水冷壁的刚度。

垃圾余热锅
炉膜式水冷壁的宽度、高度均较常规同等级的燃煤、燃气(或油)锅炉超出很多,为保障膜式水冷壁的刚度、使其在安装及使用过程中不致过度变形,设计时应对刚性梁布置位置、数量及刚性梁本身的结构优化组合,兼顾稳固性和经济性。

同时必须向安装单位强调膜式水冷壁与刚性梁安装组合的工艺程序。

2.6　锅炉运行情况
2台日处理600吨生活垃圾余热锅炉目前均已投入运行
超过18个月,用于重庆同兴垃圾处理发电厂处理生活垃圾及余热发电。

从实际运行情况来看,该炉运行稳定、出力足、具有较强的超负荷能力、热效率较高,使用单位认为该炉性能良好,评价较高。

2005年经国家级环保监测部门测试,初始排放浓度、烟气黑度、排尘浓度、二恶英排放量、垃(下转第32页)
表2　烟囱防腐方案比较
鳞片树脂内衬硼酸砖内衬烟囱内壁喷涂聚合金复合湿烟囱防腐性能良好良好良好很好
耐温性能/℃≤160≤300≤160≤300
耐磨抗冲刷性能较好良好较好很好使用寿命/a10～15≥20≥15≥30
施工周期/d≤60≤70≤50≤70维护工作量大一般不需要维护工作量大一般不需要维护
缺点施工较困难
温度过高可能
烧蚀破坏其结构
施工较困难,要求
高,砖有可能脱落
易施工
国内投运业绩
少
施工难度极大,可能
达不到合金的全部
焊接要求
4.2　4种烟囱防腐材料的经济性比较见表3
表3　4种烟囱防腐材料的国内造价比较
鳞片树脂内衬500～600元/m2
硼酸砖内衬1600元/m2
烟囱内壁喷涂聚脲400～500元/m2
合金复合湿烟囱6000～600元/m2
由表2、表3可以看出,方案1采用鳞片树脂衬里,有较好的防腐性能,但适应温度比较低,使用寿命较短;由于采用进口乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥,使得防腐工程投资偏高,施工周期较长。

方案2采用硼酸砖衬里,具有良好的防腐性能,在国外电厂烟囱防腐中有着优良的业绩,使用寿命较长。

但是,由于采防腐工程投资高,施工周期长。

另外,此方案采用了防腐砖,荷载较大,需要采用圈梁支撑,对于老烟囱的改造难以实现。

同时,由于防腐层较厚,烟囱出口内径缩小较多,增加烟气流动阻力,使得烟囱正压运行区域增加。

方案3烟囱内壁喷涂聚脲材料,可以同时满足耐温和防腐要求,用它来做防腐整体面层,其整体性好,强度高,使用寿命长,适合于老烟囱的防腐改造。

施工中可采用自上而下的程序,在烟囱顶部设辘轳、卷扬机、外部设升降平台和罗茨风机即可进行施工,简便可行。

方案4采用衬镍基合金,防腐、耐温、耐磨抗冲刷性能都非常好,而且使用寿命长,但是价格昂贵,不易施工,因此不推荐该方案。

5.方案建议
综上所述,已建机组加装烟气脱硫装置,不设GG H,电厂的老烟囱应按“强”腐蚀性湿烟囱来考虑烟囱结构设计和进行防腐处理。

采用鳞片树脂衬里和烟囱内壁喷涂聚脲材料进行老烟囱防腐,耐腐蚀性较好,施工简便,是目前较为理想的方案。

参考文献:
[1]郝吉明,王书肖,陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[Z].北京:化学工业出版社,2001.
[2]赵星,徐堂,陈之易,邓云.火电厂烟气脱硫技术标准与主流工艺设计制造安装调试运行检修后评估实施手册[Z].北京:中国知识出版社,2005.6.
作者简介:曾冬梅(1969年-),女,助理工程师,主要从事能源与环保管理工作。

(上接第4页)
圾焚烧热灼减率等各项环保指标均达到或超过国家标准,社会效益显著。

参考文献
[1]何品晶,冯肃伟,邵立明.城市固体废物管理[M].北京:科学出版社,2003[2]吴文伟.城市生活垃圾资源化[M].北京:科学出版社,2003
[3]汪玉林.垃圾发电技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社, 2003
作者简介:雷　明(1971-)男,现在江联能源环保股份有限公司从事环保产品开发设计工作。