垃圾焚烧炉的燃烧调整蒋建忠1,周利峰2(1.江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院,江苏苏州215128;2.太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司,江苏苏州215416)摘 要 以太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司垃圾焚烧炉为例,研究分析了垃圾焚烧炉的燃烧机理和燃烧调整的方法,为该类型锅炉的安全经济运行提供了有益的参考。
关键词 焚烧炉 燃烧调整1 前言随着经济的发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高,城市垃圾的产生量也日渐增多。
在当今世界,大量的垃圾已成为城市中一个长期存在的污染源。
垃圾对环境的污染已经成为日益严重的问题,如何经济、有效地进行垃圾处理。
垃圾焚烧处理是目前国内外应用最普遍的处理方法。
此方法的最大优点使垃圾无害化、减容化、资源化,并且垃圾资源化和减量化处理程度较高。
垃圾焚烧厂建立在城市的周围,垃圾运送方便,并且可以向城市提供电能和热能,可以产生很好的经济效益。
近十年随着苏州市经济建设的持续发展和市民生活水平的不断提高,随着国家对环境保护的日益重视,垃圾处理的标准也越来越高。
长三角地区土地资源紧缺,苏州市及各县级市都已在建或建立了垃圾焚烧发电厂,到目前为止,共投产了8台250～350t/d垃圾处理焚烧余热锅炉,应用计算机对焚烧炉运行进行控制,并且配有先进的尾气处理设备和严格的排放监测手段,从而降低垃圾焚烧对大气造成的二次污染。
下面就太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司垃圾焚烧炉基本原理、燃烧技术、燃烧调整及自动控制、烟气处理进行分析。
太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司建有二台250吨/日垃圾处理焚烧余热锅炉,焚烧炉型号SL C250-4.1/400,额定蒸发量22t/h。
由杭州新世纪能源环保工程股份有限公司设计、制造的采用逆推和顺推二段式复合炉排垃圾焚烧装置,单台日处理垃圾量250t/ d,总计可日处理垃圾500t。
其中炉排逆推12级,顺推8级,炉排总长9.45m,炉排宽4.16m,面积39. 3m2。
此垃圾焚烧炉是在马丁炉的基础上进行了改进,采用了先进的单锅筒自然循环、四通道结构型式,加装了过热器,过热器采用三级布置、二级喷水减温,热力系统的蒸汽从饱和蒸汽提高为过热蒸汽,热力系统压力从旁路调节改为机前压力调节,可以大大地提高全厂热效率。
2 焚烧炉基本原理垃圾进行焚烧处理是将垃圾作为固体燃料送入垃圾焚烧炉中,在高温条件下,垃圾中的可燃成份与空气中的氧气进行剧烈的化学反应,放出热量,转化成高温的烟气和量少而性质稳定的固体残渣。
高温烟气流经各受热面通过热能交换将水进行加热,产生饱和蒸汽,继续加热成过热蒸汽,然后带动汽轮发电机发电。
性质稳定的残渣直接填埋,烟气处理收集的飞灰吸附有重金属和二恶英作为危险废弃物单独处理,经过焚烧,垃圾中的细茵、病毒被彻底消灭,被垃圾污染带恶臭的空气被抽送入炉中高温分解,因此,采用焚烧工艺处理垃圾能以最快的速度实现减量化、资源化和无害化的治理目标。
3 燃烧技术该焚烧炉是采用了日本三菱重工技术的马丁炉排并加以改进,属于逆推和顺推二段式复合炉排,逆推式炉排呈倾斜布置倾斜角度250,垃圾依靠自身的重力在炉条逆向推动时沿炉床向前移动,垃圾在炉床上不断翻动、搅拌,完成燃干燥、着火、燃烧和燃烬四个阶段,各阶段进行合理配风,采用炉排的逆向推送使垃圾容易着火燃烧,并延长了垃圾在炉床上的停留时间,炉条往复运动可以使炉床上的垃圾得到均匀的搅拌和翻转,同时对燃烧时产生固化的垃圾团起到破碎作用,让垃圾得到足够的空气进行燃烧,有利于燃烬。
由于垃圾的热值较低,加上该垃圾焚烧炉正常运行中不添加任何燃料,余热锅炉外形尺寸较相同蒸发—11—热电技术 2007年第2期(总第94期)量的燃煤锅炉庞大得多,因此结构型式采用单汽包多通道结构。
为了减少垃圾产生的臭气对周围环境的影响,燃烧用的空气取自垃圾贮坑的上方,由鼓风机抽吸和压送进行二级加热,第一级为蒸汽加热,第二级为烟气暖风机,将风温提高到250℃左右,然后分成一次风和二次风,一次风进入到炉排下方的公共风室,通过各风室风门的调节,获得最佳的风量分配,最后经炉条的风道穿过垃圾层进入炉膛,提供垃圾焚烧所需的氧量,二次风通过二次风道经调节风门从燃烧室上方前、后拱处两排喷嘴喷射进炉膛,对燃烧进行扰动和补充氧量,达到充分燃烧的目的,燃烧空气从垃圾贮坑抽取是为了将这些被污染带有恶臭的空气送入炉内进行高温处理,并维持垃圾贮坑的负压状态,避免其外逸而造成周围环境的污染。
垃圾燃烧产生的高温烟气在引风机的抽吸下首先通过锅炉的第一通道,第一通道与炉膛相连,将膜式水冷壁延伸至炉拱和炉墙,下部用耐火材料敷设有相当长的卫燃带,用以减缓热交换的速度,使在此区域内的烟气温度保持着不低于850℃,炉温测点设在卫燃带的上端部,通过测温点对焚烧炉进行燃烧控制,保证烟气在850℃的绝热炉膛里至少停留2秒,有利于二恶英最大限度的分解,从而满足环保要求。
敷设卫燃带还可以避免水冷壁裸露在高温烟气中而产生的高温腐蚀。
烟气经凝渣管从上而下通过第二通道,采用辐射传热进行热交换,再急转进入布满对流受热面的第三通道和第四通道(其中省煤器和暖风器都布置在第四通道),加快了热交换的速度,使锅炉省煤器出口处烟温降至380℃左右。
随后通过布置有管式烟气暖风器的第四通道,与空气进行最后的交换,烟气被冷却到270℃左右,进入烟气处理系统。
4 燃烧调整目前我国城市生活垃圾水份高、热值低,成份复杂多变,焚烧炉运行各阶段垃圾热值相差较大,导致垃圾焚烧炉燃烧极不稳定。
太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司采用垃圾吊车将汽车运入垃圾坑的垃圾进行翻拌、混合,并按垃圾贮坑的作业程序进行堆栈、发酵。
翻拌混合可使垃圾的组份均匀,避免进炉垃圾热值忽高忽低导致炉温产生过大的波动,堆栈发酵可以解决高水份、低热值垃圾焚烧。
其机理是析出部份水分和产生沼气,既提高了垃圾的热值,又可以使垃圾容易着火燃烧。
为了使垃圾焚烧不致于对环境造成更进一步污染,所以垃圾焚烧对炉膛温度和在此温度下停留时间要求比较高,为了使垃圾炉炉膛内烟气温度保持不低于850℃,并在此温度下停留时间大于2秒,有利于二恶英最大限度地分解。
太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司采取了以下措施。
4.1 通过计算机控制炉排的运动实现燃烧过程的自动控制本焚烧炉采用马丁炉排,此炉排属于往复逆推式机械炉排,由于炉条的逆向推送使垃圾容易着火,并延长了垃圾在炉床上停留时间,炉排以列为单元,根据炉排的宽度分成三列,列间设置固定的分隔带,每列固定炉条与活动炉条相间排列,各列活动炉条分别由油缸单独驱动,按燃烧控制盘的可编程序控制器发出指令,使各动作按预定的程序依次进行,实现燃烧过程的自动控制。
通过设置炉膛测温点对焚烧炉进行燃烧控制,使能满足850℃、2秒的环保要求。
将炉膛测温点测得的温度值传输给计算机控制系统,由计算机发出指令对焚烧炉燃烧进行控制。
4.2 根据燃烧工况不同进行燃烧调整a. 料层厚度的控制。
根据垃圾质量(指热值量)调整料层厚度。
垃圾重、料层应稍薄,垃圾重指灰份较多的、压在中底部的、水份较多的垃圾。
垃圾轻、料层应稍厚,垃圾轻指灰份少,堆在上部的垃圾。
火床上垃圾偏厚(1000mm 以上)时调整,由于料层厚炉床燃烧火孔少,一次风难于穿透料层,着火困难,燃烧不稳定,导致炉温不易升高。
调整方法:停给料,只运行炉排,根据火床上火焰的长短情况、垃圾的着火情况,确定运行、停运时间。
当第推炉排二、三风室上部着后,给料器动作适当缩短燃烧行程。
并按正常燃烧进行控制。
料层偏薄的调整,料层薄,垃圾在第一、二风室就能着火,导致火床上火焰燃烧行程短,垃圾极易燃烬,炉温也不高。
调整方法:适当加长给料行程,但速度、幅度要小,逐步增加到合适厚度为止。
b. 观察当前垃圾着火情况,为燃烧正确调整提供依据。
看料层厚度:第一风室上部为干燥区,料层厚度为600～800mm ,第二、第三风室上部为主燃区,料层厚度为600mm ,位置应在后拱0.5m 处。
看火床上火孔分布情况来调整焚烧炉燃烧工况。
如火孔前移,说明火床上火焰燃烧行程偏短,火孔后移,火床上火焰燃烧行程偏长,燃烬区剩余可燃物燃烧不烬。
看—21—热电技术 2007年第2期(总第94期)火渣厚度(400～600mm ):以渣滚上灰渣厚度为准,灰渣太薄,燃烬区剩余可燃物停留时间短,垃圾燃烧不充分,太厚影响前部料层的运动。
c. 给料的速度和风门进行燃烧调整。
给料行程、给料速度与炉排速度配合,以保证料层厚薄适当,火床上火焰燃烧稳定正常。
当给料行程、给料速度一定时,如料层薄,则炉排速度快,反之,则料层厚炉排速度慢。
当炉排速度一定时,根据给料行程长短,给料速度的快慢来调整料层的厚薄。
当焚烧炉正常运行其间,风门开度一般控制在50%～100%之间,根据烟气中的含氧量、料层厚度调整风门大小。
含氧量低风门适当开大,反之适当关小,料层厚风门适当开大,料层薄适当关小。
d. 料层偏厚时运行时间与停止时间的确定。
运行时间由给料器一个来回时间来确定。
停止时间根据火床上垃圾燃烧情况,火床长短来确定。
当火床过长,适当延长停留时间,但不能太长,因为停留时间过长,在三区即主燃区垃圾基本燃烬,火床迅速缩短,新的垃圾进来,干燥时间不够,着火慢,造成脱火。
脱火对炉况影响很大,造成炉温急剧下降,从而导致焚烧炉其它参数相应变化,影响锅炉的正常运行。
e. 脱火的防止与处理。
轻微脱火:炉温下降在50～100℃之间,当火床稳定后,炉温又上去。
产生原因:火床上垃圾着火情况很好,炉温也高,但给料没跟上,造成火床偏短,新料进来后,着火慢,造成炉温下降;垃圾品质轻微变化。
严重脱火:炉温下降>100℃,三区、四区只有零星火孔。
产生原因:火床严重偏短,新料进来后,将一、二区火孔压灭;垃圾品质变化大,特别是燃烧垃圾坑最底部垃圾由于水份高品质重。
要防止脱火,保证稳定燃烧,首先火床一定要调整到位,即主燃区燃烧稳定。
其次保持料层厚薄适当,垃圾品质变化时及时进行调整。
5 尾气处理技术由于垃圾焚烧后烟气中含有多种有害物质,采用常规的锅炉脱硫除尘技术达不到排放要求,因此必须采用复合式的处理技术。
本焚烧炉采用的是半干法中和处理工艺加布袋除尘器,半干法中和处理工艺首先将石灰调和成浓度约为20%的石灰浆,然后采用双流喷嘴的反应塔雾化石灰浆,雾化了的石灰浆与烟气全面接触,烟气从反应塔上部切向进入反应塔,沿塔壁盘旋向下流动,随着烟气向下流动并与烟气充分混合,和酸性气体发生反应,同时水份在塔内完全蒸发,最后,反应生成物以固态形式沉积在反应塔底部。
部份生成物随同烟气流入布袋除尘器,和灰尘一起被清除。
在反应塔出口设置返料器,使未中和的石灰料回收再利用。
少量的未完全反应的Ca (O H )2粉尘附着于滤袋上,当废气经过时因增加表面接触机会,可提高废气中酸性气体的去除效率。