蒸汽吹灰器在垃圾焚烧机械炉排炉中的应用实践

摘要：垃圾焚烧炉的飞灰熔点低，容易在锅炉受热面积灰结焦，形成局部烟气走廊和烟气通道堵塞，最终导致锅炉被迫停运下来进行清灰打焦，从而影响了锅炉的可用小时数。为了实现垃圾焚烧炉能够长周期安全稳定运行，文章对蒸汽吹灰器在垃圾焚烧机械炉排炉中的应用进行了探讨。

关键词：蒸汽吹灰器；垃圾焚烧炉；积灰结焦；锅炉效率；生活垃圾 文献标识码：A

中图分类号：TK229 文章编号：2096-4137（2017）02-059-04 DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2017.02.19

1 生活垃圾焚烧炉设备概况介绍

本次试验选用的锅炉结构为第一、二、三垂直通道均为水冷壁结构，第三烟道后的水平烟道依次布置一级蒸发受热面、三级过热器、二级过热器、一级过热器、二级蒸发受热面、二级省煤器和一级省煤器。改造清灰装置为哈尔滨现代提供的乙炔激波吹灰器，布置在尾部水平烟道两侧，按上、中、下三层布置于每个受热面的迎风面，共42个吹灰点（罐）。

改造前一运行周期中，连续运行912h，有效利用小时数为830.4h。水平烟道严重积灰结焦，烟气差压达1100Pa（检修新投运锅炉为100～200Pa），难以维持炉膛负压。投运10天后，锅炉排烟温度达220℃，运行40天后至停运前排烟温度达245℃。

2 生活垃圾焚烧炉积灰结焦的因素

垃圾焚烧与一般燃料燃烧相比，垃圾热值低而含水量高，质地低劣；焚烧过程极为复杂，气、液、固体多项反应混合发展，多孔介质中的传递、同相和异相间传递交互发生，并受晶界过程、电化学过程和应力演变过程等多重因素的影响。另外，由于垃圾形状不均，质量随季节、年代和地区而变化，相应的热值变化幅度较大，焚烧过程中烟气温度和成分波动也很大，所以垃圾焚烧环境中发生的结渣比一般燃料燃烧过程更复杂。从垃圾飞灰的实际的灰熔融特性来看，其变形、软化、熔融温度明显低于粉煤灰的温度，基本上在1050℃时发生软化，较煤灰低约200℃，且试验发现此三个温度点差距不大或分界不明显，可以说垃圾本身的固有特性，决定了垃圾焚烧炉易于结焦的特点。

3 生活垃圾焚烧炉积灰结焦的影响

生活垃圾焚烧炉积灰结焦所产生的影响主要包括以下五个方面：（1）锅炉内积灰结焦最直接的影响是导致锅炉烟气流道阻塞，炉内烟气负压无法维持而被迫停运；（2）由于锅炉受热面积灰结焦导致受热面热阻增加，使排烟温度大幅增加，导致锅炉效率降低；（3）在焚烧炉内积灰结焦，加大锅炉本体承重，特别是焚烧炉的耐火保温材料，焦块在重力作用下易将浇注料拉掉或局部脱落；（4）受热面大面积积灰结焦，给停炉检修带来极大的困难，增加检修维护工作量，同时也给检修人员带来安全与健康风险；（5）因积灰结焦造成锅炉运行周期短，机组启停频繁，大大损害了鍋炉及配套的汽轮发电机组寿命。

4 解决生活垃圾焚烧积灰结焦的对策与措施

在锅炉运行中，因无法控制入厂垃圾品质与成分，且锅炉运行周期短的首要因素是水平烟道中受热面严重积灰结焦，导致烟气通道受阻，最终被迫停运，故仅能从技术应用方面采取措施加以控制，并将解决水平烟道内受热面积灰结焦作为首要任务。

4.1 降低水平烟道的入口烟温

水平烟道设计入口烟温为625℃，改造前锅炉运行20天后，水平烟道入口烟可达700℃～750℃。当烟温达700℃以上时，由于粉尘已处下软化状态，极易在受热面沉积而积灰结焦，且积灰后水冷壁换热效率大幅下降。为此在第二、三烟道水冷壁增设蒸汽吹灰器，以增加水冷壁换热效率。

4.2 改善水平受热面清灰装置效率

为进一步提高受热面清灰效率，将积灰结焦严重的一级蒸发管、三级过热器受热面清灰装置改为吹灰效果更佳的伸缩式蒸汽吹灰器。

4.3 根据锅炉积灰结焦原因分析制定应对措施和改造方案

鉴于J市垃圾产生量大的因素，为减少改造对垃圾处理量的影响，利用两次停炉检修期间进行改造实施。第一次停炉检修期间，在二、三烟道进行水冷壁管拉稀改造以及增设吹灰器安装检修平台。第二次停炉检修期间，对水平烟道原吹灰口进行改造，以及蒸汽吹灰器的安装与调试。

4.3.1 吹灰器气源选取。考虑到改造区域受热面均为高温区，为避免吹灰过程使受热面急剧冷却，故选取新蒸汽（压力为3.90MPa，温度为390℃）作为吹扫气源，同时蒸汽足够高过热度也可减少管道中产生水冲击的可能，管道预热过程中的疏水就近排入锅炉定期排污系统。

4.3.2 在二、三烟道中安装，在第二烟道采用左右两侧布置，每侧上下布置2台吹灰器，共计4台，分别在第二烟道约20.2m层和约26.10m层处；第三烟道采用左右两侧布置，每侧布置3台吹灰器，共计6台，再分别布置在第三烟道17.70m层、20.7m层、25.72m层三处。为便于安装检修在第二和第三烟道的19.50m和25.38m两侧原设有1000mm宽的平台。

4.3.3 在一级蒸发管、三级过热器和二级过热器之间呈上、下两层布置4台长伸缩式吹灰器，均布置在锅炉左侧，上部标高29.93m处，下部标高25.00m处，原27.91m和25.38m的两侧各设有1000mm的平台过道，二级过热器过道外侧设有立柱，就地安装有激波吹灰器，改造时将原激波吹灰器拆除并封堵原乙炔和空气管路。

4.4 蒸汽吹灰器的技术参数

应用于水平烟道蒸发管与过热器的长伸缩吹灰器技术参数列于表1中，长伸缩式吹灰器合计4台，清灰范围覆盖一级蒸发受热管（67.8m2）、三级过热器（309.4m2）和二级过热器（501.6m2），合计吹扫面积可达878.8m2。

应用于第二、三烟道炉膛内的短伸缩吹灰器技术参数列于表2中，短伸缩式吹灰器合计10台，主要布置于二、三垂直烟道中，单台吹灰器理论清灰范围可覆盖19.6m2，合计吹扫面积可达196.3m2，约点总水冷壁面积的21.00%。

5 3#炉蒸汽吹灰器改造项目费用

（1）锅炉壁拉稀管、吹灰器安装孔安装、钢结构改造等材料费7万元，施工费8万元，小计15万元；（2）吹灰器设备费用（含安装、调试）为47万元；（3）单台锅炉改造合计费用为62万元。

6 蒸汽吹灰改造后的效果分析

6.1 吹灰器运行成本分析

6.1.1 改造后运行方式在日常运行中，乙炔吹灰3、4路每两小时一次（1、2、5路隔断），改造后蒸汽吹灰每天长、短各运行2次。

6.1.2 改造后撤销了3个集箱的乙炔吹灰，根据月统计，得出日均少用4瓶乙炔；乙炔单价为60元/瓶。每天节省240元乙炔费用。

6.1.3 改造后日蒸汽吹灰用蒸汽量为2120kg，按汽轮机汽耗4.86kg/kWh计算，耗用蒸汽可以发电约436度，电价按0.65元/度，折合人民币为283.5元。

6.1.4 消耗除盐水1060kg，价值15.9元，耗电0.4元。

6.1.5 按锅炉年运行340天计算，年增加运行成本为340×（283.5+15.9+0.4-240）=20332元。

6.2 维护成本分析

改造后3#炉激波吹灰点减少12个，增加14个蒸汽吹灰点，蒸汽吹灰器年维护成本较低，主要为内外管密封填料、阀门密封填料和行程开关。

激波吹灰系统年维护成本相对较高，吹灰罐两年更换一次1800元、吹灰管道弯头每季度更换一次100元、火花塞每半年更换一次100元，单个吹灰点年维护成本大约1100元。改用蒸汽吹灰后年节约维护成本13200元。

6.3 锅炉效率分析

吹灰器改造前，各项烟温温升速度较快，一级蒸发器入口烟温最高达750℃，排烟温度是呈连续上涨态势，在停炉检修前运行40天时，排烟温度高達245℃。而改造后，各项烟温温升速度平缓，一级蒸发器入口烟温最高温为550℃，而排烟温度在焚烧炉运行4个月后仅达225℃左右，相当于改造前焚烧炉运行25天时的工况。

根据经验值一般排烟温度每升高10℃～15℃，测锅炉效率降低约1%，预计锅炉运行20天后，锅炉效率约降低1%，锅炉运行后期降低值可达2%。同时根据W市节约能源监测站历年测试结果比较，改造前，打焦清灰后一个月时对锅炉进行热平衡测试，锅炉热效率80.17%；改造后，锅炉运行一个月对锅炉进行热平衡测试，锅炉热效率81.27%。测试结果充分证明了锅炉受热面积灰结焦导致受热面热阻增加，导致排烟温度大幅增加，锅炉效率明显下降。

6.4 锅炉运行周期影响分析

改造前，锅炉运行周期为45天左右。由于焚烧炉的严重结焦，改造前平均1.5个月左右需停运打焦清灰一次。改造后，基本可以保证4个月以上打焦清灰一次。年均减少停炉次数5次，按每次停炉时间为4天计，则改造后锅炉运行时间较改造前多20天。全厂一年可多处理城市生活垃圾20×1200吨=24000吨，增加收益24000×78+24000×吨垃圾收益=4564080元

6.5 锅炉启停对机组寿命的影响

从设备寿命分析，锅炉启停焚烧炉内炉墙、前后拱要承受剧烈的温度变化和交变应力，从而缩短焚烧炉使用寿命。余热炉汽包、汽水分离装置寿命都和锅炉启停次数关系很大；对于汽轮机更是如此，启停是汽轮机运行中的两个重要阶段，其不仅影响着汽轮机的经济性、可靠性，而且影响着汽轮机的使用寿命。蒸汽吹灰改造后单台炉年减少启停5次，汽轮机组启停年减少15台次。

从机组启停费用分析。每次锅炉启动用柴油约3T，加上厂用电及汽水损失约合1.5万元，年节约（0.88×3+1.5）×15=62.1万。

6.6 项目每年带来的经济效益

在经济效益上每年可带来456.41+62.1-2.03+1.3=517.77万元的收益。

7 思考与探讨、结论

7.1 思考与探讨

锅炉长周期运行，是体现焚烧厂管理团队运营水平的一个重要标准。目前增加了焚烧炉蒸汽吹灰、一级空气预热器增加了换热面积、渗滤液回喷炉膛等技术改造工作。

7.1.1 一级空气预热器增加换热面积后，有效地提高了一次风温，对焚烧炉一段、二段垃圾起到了更好的加热作用，加强垃圾干燥效果，保证锅炉运行工况的稳定性，有利于锅炉长周期稳定运行。

（下转第78页）

（上接第61页）

7.1.2 渗滤液回喷系统根据焚烧炉燃烧状况合理控制渗滤液回喷量，在保证焚烧质量的同时采用雾化喷射渗滤液使渗滤液在炉膛内均匀蒸发，从而辅助控制炉膛温度在850℃～950℃之间，保证了燃烧工况的稳定。

7.1.3 增加蒸汽吹灰后，焚烧炉打焦清灰周期明显增加。目前影响锅炉长周期运行的另一因素是喉部结焦问题。在第一次试验运行阶段，因为喉部严重结焦，导致焚烧炉给料卡涩，无法给料而停运，如能解决喉部结焦问题，将有可能进一步延长锅炉运行周期，故下一步考虑参照燃煤锅炉打焦，尝试在焚烧炉喉部开打焦孔，试验在线打焦。

7.2 结论

此次蒸汽吹灰改造圆满成功，有效减轻水平烟道受热面积灰结焦现象，将垃圾焚烧炉运行周期由改造前平均45天延长至120天。

增加蒸汽吹灰后大大减少维护人员劳动强度、提高了设备安全性、延长主设备寿命，同时每年可带来约517.77万元的经济收益。

参考文献

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（责任编辑：蒋建华）

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