城市生活垃圾流化床焚烧炉的设计及其运行

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150t/D 城市生活垃圾流化床焚烧炉的设计及其运行

李晓东, 杨家林, 池 涌, 严建华 蒋旭光, 黄国权, 倪明江, 岑可法

(浙江大学热能工程研究所, 杭州310027)

摘要：中国城市生活垃圾的主要特点是垃圾混合收集、垃圾组成复杂，水分高、热值低。针对上述特点，浙江大学开发了异重流化床垃圾焚烧技术，并成功将杭州余杭锦江热电厂原燃煤锅炉改造成为垃圾焚烧流化床锅炉。该文结合垃圾焚烧流化床技术特点，依据150t/D 城市生活垃圾流化床焚烧炉的实际运行结果，对于不同垃圾处理量对焚烧炉燃烧效率的影响、流化床床层温度的稳定性、焚烧炉的负荷变化率、烟气中污染物排放结果及焚烧炉的初步经济性等方面进行了分析讨论，所得结果有助于进一步提高我国废弃物焚烧处理技术的水平。

关键词：城市生活垃圾；流化床；焚烧；运行 0引言

城市生活垃圾排放所产生的环境污染及其妥善治理是我国急待解决的问题之一。随着社会和生产的发展，所产生的垃圾也会越来越多，同时环境保护意识的不断加强，要求人们能更加科学地处理和处置垃圾，其中焚烧法处理垃圾将起越来越重要的作用[1]。

浙江大学自80年代以来致力于开发适合国情的城市生活垃圾焚烧技术，针对我国目前城市生活垃圾组成复杂、高水份、低热值(国内原生城市生活垃圾热值目前一般在4181kJ/kg 左右)的特点，对垃圾的焚烧特性和二次污染特性开展了系统深入研究，并通过相关技术如垃圾预处理、烟气处理、渣分选回收、床下点火启动、焚烧炉热工自动控制等的综合集成，形成了系统化的城市生活垃圾流化床焚烧新技术。关于这一异重内循环流化床垃圾焚烧技术的主要特点可参见参考文献 [2]。

浙江大学于1998年1月着手将先进的流化床焚烧技

术应用于杭州余杭锦江热电厂，将该厂原1号燃煤链条炉改造成每天焚烧处理150t/D 城市生活垃圾的流化床焚烧锅炉，处理杭州城市生活垃圾。

本文将结合垃圾焚烧流化床技术特点对150t/D 城市生活垃圾流化床焚烧炉的设计及其运行结果进行分析介绍。

1杭州余杭热电厂原有1号燃煤链条炉的基本情况

余杭热电厂1号炉是由杭州锅炉厂生产的链条炉，其型号为NG-35/3.82-M 锅炉为单锅筒自然循环的中压电站锅炉，呈“┌┐”型布置，原有锅炉配置正行程鳞片式不漏煤链条炉排，设计燃料为Ⅱ类烟煤，锅炉为二层室内布置。1号炉于1993年10月正式投入运行，锅炉基本运行情况良好。改炉前的热力参数示于表1。

锅炉采用轻、重型炉墙相结合的炉墙结构。侧墙为重型炉墙，墙厚为600mm 。炉膛和烟井的前后墙为带护板的轻型炉墙，炉膛部分墙厚为410mm ，烟井部分上部厚385mm ，下部厚310mm 。炉拱与炉顶为耐火混凝土浇注结构。

2燃煤链条锅炉改造为垃圾焚烧流化床锅炉的主要内容

根据改炉的基本原则，将原35t/h 链条炉改造成流化床炉后保持负荷不变，蒸汽参数不变，即改炉后，锅炉仍运行在35t/h 产汽量，蒸汽压力为 3.82MPa ，设计城市生活垃圾处理量为150t/D ，在热量不足以维持锅炉参数时加入辅助燃料(烟煤)，改造后焚烧炉的基本参数示于表1。

垃圾焚烧处理量为每天150t ，元素分析与热值均按质量份额加权平均后得到。改炉后混合燃料的元素分析与发热值(表2)，此时每天烧150t 垃圾占总燃料量的54%，垃圾热值量约为总燃料热值的20%，体积约占总体积的73%。

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改炉采用了定向风帽构成内循环异重流化床系统, 同时保持了炉膛上部凝渣管, 高低过热器、省煤器及空预器等受热面不变, 增加了流化床内埋管受热面, 敷设了部分炉膛上部水冷壁受热面。

改炉中除下降管及炉下部的水冷管进行改造外,锅炉本体外部的汽水管道系统不变, 在改造施工时, 有些管道与新增设施相碰, 管道局部走向作调整。改造前后的焚烧炉结构示意图见图1, 图2。

原有炉型为链条炉改造为流化床且焚烧垃圾后, 为

消除垃圾产生的臭气, 将鼓风机进风口布置在垃圾贮藏

间和运输通道上。运至炉前料仓的燃料煤分3 路进入炉膛, 给煤设备用螺旋式给料机。炉前垃圾分两路进入炉膛, 垃圾给料采用专用设备。煤和垃圾炉前进料口交叉布置。保留了原两侧墙的重型炉墙, 前后墙从起弯处的支撑钢

梁以下, 全部打掉重新设计, 膜式壁部分采用敷管炉墙, 炉内采用挂砖结构, 以防磨损, 并覆盖掉一部分多余受热面。

原链条炉受热面(含过热器、省煤器、空预器)在改炉后将保持不变，但由于其粉尘浓度由原有的8.17g/m3提高到改炉后的18.2g/cm3，加之烟气流速增加了约5%。因而，改炉后受热面磨损速度大大增加，为减轻磨损带来的危害，采用了以下防磨措施，在过热器前二排管加装防磨护板，防磨护板为半圆状，其材料为耐磨不锈钢

Cr20Ni14Si2，以耐高温。3段省煤器受热面前一排管均

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采用半圆状防磨护板，其材料为耐磨不锈钢Cr6SiMo。在空预器上级烟气进口管采用防磨短管装置来减轻磨损，防磨短管磨损后可再更换。上述措施的采用，较好地解决了受热面磨损的问题，实现长期运行的目的。

在改炉时结合原锅炉凝渣管，在炉膛出口构成一炉内鳍片管束气固分离器，使锅炉成为低循环倍率的流化床锅炉。经分离器分离下来的颗粒可实现炉内循环，增加其停留时间，大大提高锅炉的燃烧效率，并使尾部受热面的磨损程度大大减轻。

垃圾焚烧炉在燃烧垃圾的过程中会产生众多气态污染物，如氟化物(HF)，氯化氢(HCl)，二氢化硫(SO2)，粉尘，重金属和有机污染物二恶英等。若不加处理，这些污染物对周围环境将极大的污染。

为达到高效清洁焚烧的目的，采用了分段燃烧方式及二层二次风切圆布置方式，使炉内燃烧空气充分混合，改善燃烧状况，降低CO排放浓度及控制NOx的排放；并且采用了以下的抑制方法以有效地抑制二恶英的产生：①炉内温度保持均匀，在850～950℃范围内；②高温段烟气停留时间大于3s；③燃烧室内充分混合；④加强受热面吹灰。为控制尾部烟气中SO2、HCl、HF、Cl2及重金属的排放，采用了浙江大学开发的湿法烟气洗涤装置对尾气进行洗涤处理。该装置及其系统不片面追求过高的脱除效率而使装置投资费用过高，而是根据环保排放标准使焚烧烟气中主要气态污染物排放达到国内环保要求，从而很大程度地降低了设备的投资费用。具体实施是在已有的水膜除尘器的基础上进行改造。主要改造工作是在水膜除尘器基础上增加了烟气净化塔，并对水膜除尘器供水系统进行改造。

3改造后流化床混烧炉性能分析及运行结果

自该城市垃圾流化床焚烧炉投运以来，系统运行稳定，各项技术参数和指标均达到设计要求，对垃圾成份、热值随季节性差异的变化适应性好，锅炉燃烧稳定，汽温、汽压正常，保证了发电机组的正常运行。以下对改造后流化床垃圾焚烧炉的性能及运行结果进行分析介绍。实际应用结果表明：将原有链条炉改造成流化床后，锅炉的蒸汽参数、各段温度、速度分布，减温焓等运行参数均是可行且合理的。

通过对不同运行工况下的焚烧炉的测试结果及运行参数分析，可得到以下一些主要结果。

3.1不同垃圾处理量对焚烧炉燃烧效率的影响

垃圾焚烧炉在焚烧垃圾时，垃圾与煤比例可在20%～73%之间变化，为适应垃圾量的变化，可通过调节床层高度来保证床层温度的均匀和负荷的稳定。

经测试表明[3]：该焚烧炉在处理不同垃圾量时具有较高的燃烧效率和热效率，在处理150t/D垃圾时，燃烧效率为90.06%，热效率为81.3%，随着垃圾量的增加，将导致焚烧炉的燃烧率和热效率均有所下降，但幅度不大，在处理211t/D垃圾时，燃烧效率为87.73%，热效率为79.24%。

而根据有关报道，国外一些成熟的同容量炉排炉的热效率一般在68%～70%左右[4]。因此，采用浙江大学开发的异重流化床垃圾焚烧技术改造而成的垃圾焚烧炉热效率显然高于这一数值。

3.2流化床床层温度的稳定性

低热值高水分的垃圾投入，如处理不当，将会严重影响床层温度的变化，浙江大学采取两个方面的强化以降低垃圾进入时对床温的影响：一是尽可能扩大垃圾进入时与床层的接触面积，该炉设计时保证了入料口面积与床层接触面积之比大于0.06m2/m2；二是采用倾斜布风方式。运行结果表明：通过上述措施的实行，垃圾的投入对床层温度的影响可控制在一较小的范围内，图3给出了焚烧炉在床层高度为7400mm及蒸发量为34.8t/h时，4h内的床层温度变化曲线，其变化率相对较小，完全可实现稳定焚烧。在图中还给出了炉膛出口的氧量及尾部烟气CO排放浓度的变化情况，表明焚烧炉出口氧量均保持大于6%以上。

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