垃圾焚烧炉尾部受热面积灰原因分析及措施

垃圾焚烧炉尾部受热面积灰原因分析及措施
高攀峰
摘要：本文主要针对垃圾焚烧炉普遍存在焚烧过程中出现的尾部烟道受热面积灰问题，分析了其积灰主要产生的原因，并结合本厂实际情况拿出了部分措施，为国内垃圾焚烧炉的工作者提供参考。

关键词：积灰，焚烧，生活垃圾，乙炔，腐蚀
作者简介：高攀峰（1980-），男，湖北武汉人，武汉电力职业技术学院电厂热能动力专业，2008-2011年任光大环保能源（江阴）有限公司锅炉专工，现为漳州环境再生能源有限公司锅炉专业工程师。

基金项目：无；（本文系光大环保能源（江阴）有限公司技改成功成果。

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一．引言：
生活垃圾焚烧处理具有占地少，处理快速，减量化显著，无害化彻底以及可回收余热等优点，在世界各国得到了越来越广泛的应用。

但是，垃圾成分复杂多样，含水量高，焚烧过程中容易在受热面上形成积灰。

“积灰”是指温度低于灰熔点时灰沉积在受热面上的积聚，多发生在锅炉的烟道受热面上。

积灰通常可按如下标准进行分类：
（1）根据飞灰温度范围划分，可分为熔渣，高温沉积灰，低温沉积灰。

（2）根据积灰的强度，可将其分为松散性积灰和粘结性积灰两种。

积灰是个复杂的物理化学过程，是目前垃圾焚烧炉运行中的重要影响因素。

探讨积灰的形成和抑制机理对于垃圾焚烧炉的安全运行具有重要的意义。

二．垃圾焚烧炉尾部受热面积灰情况
光大环保能源（江阴）有限公司自运行以来，制约锅炉运行周期最严重的问题是：尾部烟道受热面积灰严重。

通常情况下垃圾焚烧炉运行20天左右，在尾部烟道受热面可观察到显著的积灰现象，最严重的时候，30天左右需要停炉清灰一次。

图1是我公司垃圾焚烧过程中形成的积灰为高温烧结灰，属于粘结性积灰。

它主要是在管子迎风面形成并沿着气流方向生长。

这种积灰会引起管束阻力不断地迅速增长，直到烟
道完全堵塞，强迫停炉。

积灰底层相当坚硬密实，具有很高的烧结强度。

外层积灰较内层松散，灰粒间存在孔隙结构。

灰整体呈梳状，硬而脆，形成后难以用吹灰器清除。

图1
锅炉尾部烟道受热面积灰会引起很多问题，主要有经济性和安全性两个方面，积灰可以降低炉内受热面传热能力，增加传热阻力，降低锅炉经济性；在高温烟气作用下，积灰会与管壁发生复杂的化学反应，形成高温腐蚀；使锅炉连续运行周期缩短；积灰清除困难，增加工人劳动强度。

三．积灰原因分析
据统计，我厂2008年除大修外,1#、2#炉共停炉15次，其原因绝大部分是因为尾部烟道受热面积灰、结焦所致，最后无法维持正常运行，被迫停炉。

1.积灰的成分分析
利用X射线能谱分析仪，对我厂垃圾焚烧炉不同部位飞灰进行取样分析。

表一是与积灰形成相关的灰中各元素成分的质量百分含量。

表一飞灰中元素质量百分比
元素过热器进口省煤气出口布袋除尘器出口
Na 3.36 3.82 1.44
Mg 1.01 1.18 0.52
通过表中可以看出，飞灰中的碱金属元素比较高。

而水溶性的碱金属化合物在高温区中会发生气化，气化的碱金属化合物与挥发性氯结合形成碱金属氯化物。

当烟气中有足够的硫存在时，大部分碱金属氯化物会和硫化物反应生成硫酸盐。

对于炉内高温受热面的积灰来说，一般认为，硫酸钠与硫酸钙或钠，钙与硫酸盐的共晶体是形成粘性灰沉积的基本物。

硫酸钠的熔点（888ºC）低于硫酸钾（1027ºC），因此在碱金属化合物型积灰的形成过程中，起主要作用的是Na2SO4，它常构成灰沉积物中的液相成分。

凝结后的Na2SO4吸收烟气中的SO3，并与受热面上及沉积物中的Fe2O3进一步反应，生成碱金属复合硫酸盐，如
Na3Fe(SO4)3。

其熔点很低，只有600ºC左右，而高温对流受热面的壁温可达650ºC～700ºC左右，因此生成的碱金属复合硫酸盐可处于熔融态，并作为一种粘性基覆盖在管子表面上。

这是管子表面上形成的积灰的初始原因。

形成后的粘性表面能进一步促进捕捉飞灰。

气化的碱金属成分在凝结过程中，颗粒间的接触面积增大，并有时候伴随着液相的存在，从而也为飞灰间的快速烧结提供了条件。

同时由于尾部烟道受热面管束设计间隙较小，管束阻力会不断地迅速增长，直到烟道完全堵塞，强迫停炉。

2.影响烟气携带灰份的因素：
由于江阴生活垃圾采用的是城乡接合统筹收集，所以垃圾水份灰份较大，其中水份为25%～50%,灰份为15%～30%，同时还富含有大量生物质，生物质中碱金属含量较高，此外有塑料、橡胶等有机制品。

这给垃圾焚烧带来了极大的困难。

①江阴生活垃圾本身含灰份比较大。

②焚烧炉一次风量越大、一次风压越高、炉膛负压越大，那么烟气携带飞灰就越多。

③负荷越高，烟气量也就越大，所携带的灰份也就越多。

④翻动炉排翻动频率越高，烟气扬析所带的灰份也就越大。

⑤高温炉渣落入水冷出渣机中的瞬间会产生大量的水蒸气，这时炉内会产生极大的正压，为保持炉内负压，引风机就会开大，烟气所携带的灰份也就变大。

⑥给推料器平台与顺推炉排之间的落差，顺推炉排相互间的落差，垃圾中的细灰在燃烧过程中，经过这两个“落差”时，都会被风烟带走，设计的落差越大，带走飞灰的可能越大。

⑦二三烟道落灰及水平烟道落灰会返回至焚烧炉四段及五段炉排，加大了锅炉烟气中飞灰的携带，同时恶化了燃烧。

3.吹灰器的吹灰效果
在垃圾焚烧电厂吹灰器一般有蒸汽伸缩管吹灰和乙炔爆燃吹灰两种。

本厂设计上采用的是乙炔吹灰，利用乙炔爆燃的冲击波和震动将积灰清除，但是实际上效果有限。

其缺陷表现为如下几点：
①安装的吹灰罐较少，只有两层7组共28个（实际设计为三层7组共42只）；吹灰面积只能覆盖受热面的2/3，中间约1.5米宽度无法吹到。

在锅炉蒸发器和高过处容易积灰和结焦的地方却只安装了两组4个吹灰罐。

②吹灰器的乙炔进气管为母管制，且前三路积灰严重的控制方式是1个控制柜控制4个吹灰罐，也就是1拖4；再加上吹灰罐及出口弯头腐蚀严重，导致大量漏气，这样势必导致乙炔分配不均和乙炔压力不够，所以吹灰效果也不理想。

③飞灰容易在吹灰罐喷嘴出口堆积，烟气中的水分与堆积的飞灰一起将吹灰器的出口堵塞或者部分堵塞，使吹灰器闷响或者使射出的冲击波偏离设计的中心线。

④烟气中含有氯化氢、二氧化硫等酸性物质，对吹灰罐与吹灰管产生腐蚀，随着运行时间的增加，会将吹灰罐与管道烂穿或者报废。

若不及时处理会导致乙炔泄漏，吹灰无力。

⑤吹灰器没有定期维护，吹灰器经过一般时间的运行后，罐内积灰结垢会对当初设定的乙炔与空气配比造成影响，导致配比达不到要求，吹灰力度不够。

四．控制尾部烟道受热面积灰的措施
通过积灰原因的分析，结合本厂的实际情况，现将抑制积灰的措施介绍如下：
1.控制锅炉负荷
通过江阴光大垃圾焚烧炉两年的运行经验来看，当锅炉长期超过额定负荷的时候，积灰结焦就比较快；自从在规定了不超额定负荷的状态下运行后，烟道受热面积灰有了明显改善。

2.控制炉膛顶棚温度
顶棚温度控制住了，那么相应炉膛出口温度，或者说是进入尾部烟道受热面的温度就控制了，通过前面积灰原因的分析，我们知道尾部烟道烟温达到650ºC以上受热面是最容易积灰，现今我们将顶棚温度（一烟道的出口烟温）控制在850ºC以上（主要是减少二恶英的生成）950ºC以下。

这样我们锅炉检修清灰完成后，起炉发现炉膛出口温度(尾部烟道入口温度）大概在450ºC左右。

随着锅炉运行时间的延长，尾部烟道的入口温度也会慢慢升高。

3.减少烟气携带飞灰的分量
我们知道烟气携带飞灰是不可避免的，只能通过合理的调整，在满足充分燃烧垃圾以及负荷的情况下，尽可能减少一次风量和增加炉排停运时间，减少翻动炉排的翻动频率，从而达到减少烟气携带飞灰的目的。

同时将水平烟道落灰技改后直接引致渣坑，减少锅炉中烟气飞灰的携带。

4.对吹灰器的改造
通过对比吹灰器厂家及各电厂吹灰器使用情况的调查，最终决定选择北京百利和公司的吹灰器，通过加大吹灰罐来增强吹灰力度。

因其积灰主要集中在水平烟道内的一级蒸发屏和二、三级过热器区域，故先对前三路吹灰器进行改造，共计12个吹灰管，具体为：
喷嘴由φ159mm改为φ194mm；
吹灰罐由φ325×10mm改成φ377×10mm；
控制方式由一拖四改成一拖二，拆除原来的三个就地控制柜，安装六组新的就地控制柜；
乙炔和压缩空气管重新布置，前三路汽源从十米母管接出，在十二米平台设置母管控制柜；
增加一套密封风机和风幕（保护吹灰罐不被烟气腐蚀）；
增加管道共计750米，分别为φ57×3的190米，φ25×2的400米，φ38×3的100米，φ89×4的56米。

将水平烟道积灰严重的前三路吹灰器改造为北京百利和吹灰器后，积灰问题大大改善，最长运行周期可以达到125天。

同时对后四路增加密封风幕，吹灰器管道及弯头的腐蚀也消除，说明改造极其成功。

5.加添加剂脱除碱金属
在焚烧炉内加入适宜的添加剂脱除碱金属，对于解决垃圾焚烧过程中碱金属积灰，是便捷有效的办法。

研究表明铝硅类矿物质可以脱除烟气中的碱金属，对防止碱金属积灰有一定的效果。

其中高岭土效果较为明显，高岭土不仅可以和碱金属化合物反应生成高熔点的铝硅酸盐，而且可以减轻沉积物中氯元素的富集。

因此，可以作为垃圾焚烧炉内碱金属脱除剂使用。

此办法只是在有关书本上见到，至于实用与否还有待见证。

五．结束语
对于西格斯炉排焚烧炉，我们已经运行了两年多的时间，积累了很多运行经验和检修经验，但是垃圾焚烧对设备的腐蚀和环保要求的不断提高，我们需要不断的学习和改进，才能将理论和实际相结合，延长焚烧炉的运行周期。

参考文献：
1.汉春利，张军，颜峥。

固体吸收剂脱除高温烟气中碱金属研究[J]。

燃烧科学与技术，2001，7
2.孙超凡．首台垃圾焚烧炉的调试及完善化建议[J]．中国电力，1998，31。