文章编号:1004-8774(2008)06-15-04第一作者:方朝军,杭州锦江集团循环流化床锅炉首席专家,在循环流化床锅炉设计、安装、调试和运行维护方面拥有二十余年经验。

循环流化床垃圾焚烧炉的设计与安装要点收稿日期:2008-08-29方朝军,宋灿辉,王武忠(杭州锦江集团,杭州310005)摘 要:结合大量的工程实践,介绍了循环流化床垃圾焚烧炉在设计和安装中应当注意的问题,综合在运行中暴露的问题,从运行的稳定性、连续性、安全性、经济性等方面提出了合理建议。

关键词:循环流化床;垃圾焚烧;设计;安装中图分类号:TK229.6+6 文献标识号:BSu mm ary of Designi ng and Buil di ng about Circulati ngFl ui dized BedM S W I nci neration BoilerF ANG Chao -jun ,SONG Can -hu,i WANG W u -z hong(H angzhou Jinjiang G roup ,H angzhou 310005,Ch i n a)A bstrac t:Based on many pro j ec t practice experience ,m uch atta ti ons shou l d be pa i d to thedesign i ng and bu il d i ng o f CFB i nc i ne ra tion bo il er .A na lyzed and gaved som e adv i ces f o r CFB bo iler ope rati ng stab ility ,conti nuity ,secur ity ,econo m-ical aspect .K ey word s :CFB;M S W inc i neration ;d esign ;buil d0 概述垃圾焚烧锅炉从炉型上主要分为层燃锅炉与循环流化床锅炉,其中前者以国外引进为主,后者可以完全由国内自主研发制造。

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、设备成本低(初始投资仅为层燃炉的1/3左右)、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。

杭州锦江集团目前为国内最大的循环流化床垃圾焚烧发电企业之一,自20世纪90年代中期与浙江大学热能工程研究所合作开发城市生活垃圾异重循环流化床焚烧技术以来,先后同中国科学院、日本荏原公司进行过合作与技术交流。

并于1998年将余杭锦江环保能源有限公司1台35t/h 的链条炉排锅炉成功地改造成循环流化床垃圾焚烧炉,通过不断的积累经验,结合在余热发电系统、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,使得锦江集团在垃圾焚烧发电技术方面处于国内领先地位。

1 循环流化床垃圾焚烧锅炉设计要点迄今为止,杭州锦江集团先后在浙江杭州、嘉兴、余杭、山东荷泽、安徽芜湖、河南荥阳等地投资建设了20多台循环流化床垃圾焚烧锅炉,处理量和额定蒸发量分别从150~400t/d 、35~55t/h 不等,锅炉分离器型式分别有下排气中温分离、上排气高温分离;过热器布置型式有内置式与外置式。

通过大量的工程实践,杭州锦江集团在循环流化床锅炉的设计、制造、安装、运行、维护等方面拥有雄厚的实力和经验,以下将结合工程实践经验,总结循环流化床垃圾焚烧炉在设计方面应当注意的几个问题。

1.1 垃圾落料口垃圾落料口是垃圾进入炉膛的主要通道,其设计的合理性直接影响到锅炉热效率,主要分为矩形进料口和圆形进料口两种类型。

进料段与炉膛水冷壁连接的斜管为两段拼接而成,并同悬吊的膜式水冷壁整体向下膨胀,该管段上一般设置有六波或八波的金属膨胀补偿器。

以往由于进料口设计较大,漏风系数大,对炉膛中部温度及引风机负载存在很大影响,通过多次实验,将方形改进为1000mm @700mm,圆形外径为1000mm 或1200mm,且圆形的垃圾落料口需内衬浇注层,并在直管与斜管处布置环形密封风。

改进后漏风系数大大下降,并对布置前后墙的二次风腾出了很大的空间位置。

此外,垃圾落料口的设计还需考虑接口密封。

由于垃圾燃烧时易喷正压,落料口接口一般选择在炉膛负压区域,如果该接口不密封,当垃圾爆燃时会产生较大的正压而使热烟气冲出,不但会增加热损失,还可能破坏给料设备;当炉膛处于负压状态时,会将大量的冷空气吸进炉膛,对炉膛中、上部温度产生很大影响,会导致燃烧温度降低、飞灰含碳量上升、过量空气系数增加、排烟热损失增加、锅炉热效率下降等一系列问题出现,所以需高度重视对垃圾落料口接口的密封设计。

1.2炉膛垃圾焚烧炉炉膛的设计与常规循环流化床有一定区别,除了常规的受热面布置、燃料送入点、燃烧速度的控制等以外,还要考虑二恶英的/3T0技术要求,即焚烧温度高(850~950e)、停留时间长(燃烧气体在炉内的停留时间一般不低于3s)、湍流度好(在炉膛合适的位置开孔分级送风使气体与垃圾进行良好的混合形成湍流以便使其充分燃烧)。

因此,这就需要从炉膛的高度、二次风口的切入点、高温循环灰的切入点、避免水冷壁磨损、水循环动力等方面综合考虑进行设计。

对于中温中压垃圾焚烧炉,一般炉内流化风速设计应在5m/s左右,炉膛的高度应在20m左右。

在二次风口以下的床层应采取较小的横截面积,并向上渐扩的结构。

如果截面积保持与上部相同,则流化质量会下降,特别在低负荷时容易导致流化不良甚至不能流化等现象。

对于炉膛的设计,浙大同中科院在设计中存在一定的区别,浙江大学设计是下部区域采用较小的截面,在二次风送入位置采用渐扩的锥形扩口,扩口的角度小于45b;中科院设计在炉膛布风板上就呈锥形扩口,有助于在布风板附近区域提高流化风速,以减少床内分层和大颗粒沉积的可能性,两种设计各有利弊。

通过运行观察得知,在炉内落料口上部区域燃烧的大部分为高热值垃圾,而大部分的低热值垃圾、无机组分负热值垃圾在炉膛的中下部燃烧,会对床层温度稳定有一定影响。

为了维持床层温度的稳定,就必须增加掺烧煤量,增加运行成本。

因此在设计时首先要考虑炉膛出口温度在各种工况下都在850e以上,确保返回的飞灰温度在850~950e范围内(垃圾炉的分离器一般应设计为绝热式分离筒体),这样就可以利用飞灰来加热床层而满足整个炉膛垃圾焚烧所要求的温度;其次是尽可能提高炉内内循环的份额,让高热值的垃圾释放出的热量通过内循环灰的传递来补充负热值垃圾吸收的热量,使整个炉膛的轴向温度趋于均匀。

在循环流化床垃圾焚烧炉炉膛的设计中,如果充分考虑到以上问题,可借助垃圾自身发出的热量来建立稳定燃烧的温度场,提高垃圾与煤的比值,发挥循环流化床垃圾焚烧炉的优势。

1.3二次风口二次风一般分两层或三层从一定的高度送入炉膛,提供完全燃烧所需的氧气。

在设计中,二次风送入的位置与速度非常重要,因为送入位置决定了密相区的高度,密相区作为一个稳定的温度场与储能区,这一区域的大小也就决定了煤是否能完全裂解及变负荷下床温的稳定性。

较低的密相区能降低能耗,根据工程经验,二次风送入高度一般距离布风板1.5~3m,笔者在工程实践中一般取2.3m。

另外送入的风速决定了射流的刚性与射程,试验表明,大型循环流化床二次风在冷态下的流速在70m/s左右时方可达到炉内完全混燃的效果,中压锅炉在50m/s左右即可满足运行要求,在设计中考虑到燃烧垃圾的特殊性和加强混燃及扰动效果要求,需要留有一定的余量。

运行中具体风速需要根据炉膛高度、深度及穿透深度及在炉墙的布置型式而定。

1.4排渣口垃圾入炉后带进床层的粗颗粒最终会影响床层的流化质量,所以调整流化质量是循环流化床垃圾焚烧炉的一个主要任务,而流化质量的调整主要是通过排渣来实现的。

通过观察一次风风量、风室风压及料层压力的升降来判断床层的厚薄,然后再对排渣机的转速进行调节来控制床层,并维持床层粗细比例不至于失调。

因此在设计中需考虑排渣口位置的确定和排渣口口径大小。

通过大量的工程实践发现,排渣口位置设计应尽量避开给煤口,否则在排放粗颗粒物料时原煤与底料很容易一起排走而增加运行成本。

另外排渣口的中心线应对准垃圾落料口的中心线,以利于最大化地排除粗颗粒,尽可能减少细颗粒物料的排出,保证流化质量及避免过大的灰渣热损失,而且运行实践后发现,将排渣口布置在布风板的中前部比布置在后部和中部更有利于大颗粒物料的排除,因为在运行中发现垃圾焚烧后的大颗粒主要集中在布风板的中前部,往后推移的速度很慢,如果排渣口设置在中部或后部,很难将大颗粒物料及时排出。

除了排渣口位置外,同时还需重视排渣口口径大小的设计,否则影响锅炉的安全、连续、经济运行。

由于我国的城市生活垃圾成分极其复杂,运往焚烧厂的生活垃圾中常掺有较大份额的建筑、工业垃圾等难排除(如陶瓷、金属、混凝土、轮胎焚烧后残留铁丝等)的不可燃垃圾,排渣口口径大小的设计对锅炉的连续稳定运行有很大影响。

杭州锦江集团在排渣口口径的设计上从早期的后墙方形排渣口改进为布风板中后部布置<159mm圆形排渣口,后来又设计在布风板中部左右侧各布置一个<219mm圆形排渣口,接着又改在布风板中前部布置<273mm 或<325mm的圆形排渣口,且采用圆形排渣管时,设计应注意设置一个浇铸件短管与下部的不锈钢管焊接而成,以防止口子变形造成堵塞。

通过大量运行实践发现,采用矩形口径为300mm@500mm或300mm@600mm材质全段采用铸钢件的排渣管,既可有效防止排渣管变形,又可有效排出大颗粒物料。

1.5返沙口高温的物料经过冷渣机分选后返回炉膛,可保证细颗粒比例在床内的份额,有利于床层流化。

但返回床层的细颗粒经过冷却后一般温度都在200e 以下,直接补入床层则会吸收大量的热量,会影响床温,在连续补充床料时,需要较大的给煤量以维持床温,同时由于外界负荷与烟气流通量一定,投煤量增加势必导致垃圾焚烧量将会降低,因此会大大增加运行成本。

所以在设计时应尽可能把返沙口设置在垃圾落料口的上方区域,这样便可以用垃圾焚烧释放的热量加热低温床料,待沙料被加热到床层所需温度后才进入下部床层,这样既可提高垃圾焚烧量又可减少煤用量,达到经济稳定运行。

1.6尾部对流受热面尾部受热面主要为过热器、省煤器或对流管,在运行中存在诸多如过热器管束磨损、积灰严重影响主蒸汽温度、省煤器管束磨损、积灰、管内介质流速过低造成整组管束变形等问题,针对此类问题,在设计时应从以下几个方面予以考虑并有针对性地采取措施。

(1)如果没有特殊的防腐防磨手段,在热力设计中应选择合适的烟气和工质流动速度,既要考虑防止烟气侧磨损,又要考虑使工质能尽快带走通过管壁传来的热量。