南山垃圾发电厂垃圾处理设施升级改造

摘 要：目前国内大多数的垃圾发电厂在锅炉启动阶段和助燃阶段均使用油燃烧器进行启动或助燃，油燃烧过程中污染较大，因此，升级改造现有的余热锅炉以及汽轮发电机组系统是应对节能减排、应对能源和环境问题的首要任务。本文通过分析对余热锅炉以及汽轮发电机组的扩容改造，以满足未来垃圾热值继续升高情况下，提高焚烧线垃圾处理能力。

关键词：垃圾焚烧；余热锅炉；汽轮发电机组改造

中图分类号：TM619 文献标识码：A

1. 改造背景

近年来，随着深圳城市化水平的不断提高，生活垃圾热值普遍升高，机组现有容量较小，垃圾焚烧线的处理能力随之下降，同时造成炉膛出口温度普遍升高，同时造成炉膛出口温度普遍升高，水冷壁受高温腐蚀、管壁减薄速率加快，严重限制了垃圾焚烧处理量。我厂及时抓住这个良好的契机，抓紧实施天然气燃烧器改造工程。大幅削减污染负荷量，改善和提高生态环境质量，具有较好的环境效益。

2. 垃圾焚烧余热锅炉改造

余热锅炉进行扩容改造，在第一烟道水冷壁管利用Inconel625镍基焊接材料，采用冷金属堆焊技术（CMT冷焊），降低炉膛出口温度，解决水冷壁高温腐蚀同时及锅炉蒸发量。

（1）南山厂#2余热炉第一烟道前、后墙及左右侧墙水冷壁向火侧内表面（包括水冷壁管（20G，GB5310-1995）及鳍片（Q235））CMT冷焊材料的采购、焊层表面预处理及施工，堆焊施工面积373.1㎡，施工面积分别从前墙上联箱至下联箱间管屏，后墙上联箱至下联箱间管屏，左右侧墙下联箱往上11.245m范围管屏（不含上下联箱），从管屏右侧向左侧开始计算。

（2）材料选择及焊接规范

堆焊层材料选用进口的INCONEL625实芯焊丝（0.8mm～1.2mm），焊接材料含有制造厂的质量合格证书，质量要求符合JB/T3223-1996《焊接材料质量管理规程》的规定。

水冷壁管焊接前进行表面机加工处理，露出金属光泽；使用CMT焊接系统，选用CMT焊接工艺模式，采用直流反接焊接规范，采用氩氦混合气体保护，进行冷焊施工，堆焊层厚度小于2.5mm。

CMT冷焊（堆焊）技术是Cold Metal Transfer的缩写，是在短路过渡基础上开发的，同传统的MIG/MAG等气体保护焊相比热输出量更小。CMT技术必须结合Inconel625镍基材料才能制作出最佳的垃圾锅炉受热面腐蚀防护层。Inconel625是一种对各种腐蚀介质都具有优良耐蚀性的低碳镍铬钼铌合金，但要保证其抗腐蚀性能，对钼、镍、铬、铁等金属材料的含量都有严格要求，因此选择合适的工艺参数是发挥其作用的关键，CMT焊接模式很好地解决了以上难题。采用CMT焊接系统在锅炉主要零部件膜式水冷壁上堆焊一层高温耐腐蚀镍基Inconel625材料，堆焊层厚度控制在2mm左右，稀释率可以控制在5%以下。

采用CMT焊接设备系统，采用直流反接焊接规范，氩氦混合气体保护，核心为冷金属过渡技术—全新的MIG/MAG焊接工艺，实现了送丝监控与过程控制的统一，低热输入量，无飞溅过渡。数字控制，程序多选，保证了自动焊接的准确性；氩氦混合气保证优良的焊层性能，强制水冷系统控制焊接变形量并及时校正，脉冲同步气体保护弧逆变电源的应用大大提升了使用镍基焊材的自动化程序；盘绕填充金属焊丝的机械特性，保证高效焊接的清洁度和优异的物理性能。CMT焊接选用离线方式组织施工。离线堆焊由于是在专用施工平台进行操作，在合理的装夹，稳定的轨道平台，科学的施工界面、良好的冷却循环等综合因素的影响下能最大限度地保证堆焊质量，较之在线堆焊有着不可比拟的优势。

（3）结合南山厂锅炉实际运行状况，取垃圾热值1800Kcal/kg，给水侧温度、压力与蒸汽侧参数按额定设计状况下计算，堆焊前后蒸发量由32t/h提高至37.2t/h，垃圾处理量由330t/d提高至380t/d，堆焊后垃圾处理能力和锅炉蒸发量均有15%左右的提升，排烟温度略有下降，锅炉效率略有提高，受热面部件平均温压降低，一二级减温水喷量下降；另外炉膛出口上段出口烟温堆焊前931℃，堆焊后799℃，堆焊后高温腐蚀区温度下降132℃，大大减弱了第一烟道上部水冷壁高温腐蚀速率同时，实现了对余热锅炉进行增容改造。

（4）堆焊后过热蒸汽参数满足运行参数要求，炉膛出口“850℃，2S”符合设计标准，采用插值法，按高度平均温度场，烟温850℃，炉膛标高为：25039mm，烟气停留时间在2s以上。堆焊前后热力计算汇总结果理论上验证了“通过第一烟道水冷壁堆焊延长水冷壁管屏使用寿命的可行性”。

3. 汽轮发电机改造

汽轮发电机组增容改造主要包括汽轮机部分及发电机部分。

3.1 汽轮机部分改造内容主要包括：

（1）更换整个喷嘴组，增加喷嘴组个数，更换2-4级隔板及汽封，以适应改造后增加蒸汽流量。

（2）重新設计加工新的配汽机构、蒸汽室盖、调节阀、提升板、提杆、配汽机构、油动机及附件等。以适应扩容后，在更大蒸汽流量下的运行要求。

（3）更换前汽封第一级套筒及汽封圈，平衡改造后的轴向推力。

（4）消除机组缺陷部分，如修复盘车系统，恢复机组自投退功能等。

3.2 发电机部分考虑到现有发电机容量扩容量有限、改造工程量大及时间周期长等问题，经研究决定将购买新发电机替换现有小容量机组。

4. 天然气燃烧器设备改造

原8套油燃烧器设备需全部拆除，重新购置8套全新的天然气燃烧器设备。4台启动燃烧器采用紧凑的一体式结构。每台燃烧器额定流量为160NM3/H，功率为1.5MW。4台辅助燃烧器采用分体式结构，每台燃烧器额定流量为600NM3/H，功率为6MW。

5. 垃圾处理设施整体提标改造效果

5.1 垃圾焚烧余热锅炉

（1）可实现的预期成果

垃圾处理量及锅炉蒸发量提升15%，炉膛出口温度下降，解决水冷壁高温腐蚀同时，实现对余热锅炉扩容改造，满足未来垃圾热值继续升高情况下，焚烧线满足垃圾处理能力，另外水冷壁CMT冷焊（堆焊）后延长水冷壁管屏使用寿命，保证机组长周期稳定运行。

（2）改造关键技术指标

堆焊前后蒸发量由32t/h提高至37.2t/h，垃圾处理量由330t/d提高至380t/d，堆焊后垃圾处理能力和锅炉蒸发量均有15%左右的提升，排烟温度略有下降，锅炉效率略有提高，受热面部件平均温压降低，一二级减温水喷量下降。

炉膛出口上段出口烟温堆焊前931℃，堆焊后799℃，堆焊后高温腐蚀区温度下降132℃，大大减弱第一烟道上部水冷壁高温腐蚀速率。

堆焊后主汽参数满足运行要求，炉膛出口“850℃，2S”符合设计标准，采用插值法，按高度平均温度场，烟温850℃，炉膛标高为：25039mm，烟气停留时间在2s以上。

堆焊前后水冷壁管屏使用寿命由2年延长至至少6年，避免水冷壁泄漏事件发生，保证锅炉长周期安全稳定运行。

（3）改造完成后可以达到的经济、环境指标

①余热锅炉扩容15%，日均焚烧量增加50t，年增加垃圾处理量16650t，增加经济效益246万元，年发电量增加633万度，增加经济效益367万元，合计增加经济效益613万元。

②水冷壁管屏使用寿命延长至6年（原使用周期不足2年），至少减少3次因水冷壁泄漏导致机组停运事件造成的经济损失，每次停运从检修到启动至少需3天时间，间接增加垃圾焚烧量1140t，增加经济效益17万；间接增加发电量46.8万度，增加经济效益27万，合计间接增加经济效益44万。

以上共计增加垃圾处理量17790t，增加发电量679.8万度电，共计增加经济效益657万元。

5.2 汽轮发电机组部分

南山厂垃圾焚烧处理量因垃圾热值的提高及汽轮发电机组容量限制的影响，目前日均实际焚烧量约为660t/d，按汽轮机带额定负荷12MW，蒸发量为 64t/h，可以计算得出吨垃圾蒸汽量约为2.3t（蒸汽）/t（垃圾），意味着焚烧一吨垃圾产生约为2.3t的蒸汽量。

汽机增容改造后，锅炉额定蒸发量将会由额定的64t/h，增加至78t/h，每小时蒸发量增加接近14t，按南山厂设计年有效运行时间8000小时计算，可得如下数据：

增加年焚烧垃圾量=14×8000/t垃圾蒸汽量=48696t，增加经济效益720万。

结论

综上所述，垃圾处理设施整体改造后，可实现年垃圾处理量增加66486t，增加发電量679.8万度电，共计增加经济效益1377万元，上述数据反映了，整体改造后，垃圾焚烧处理量大大增加，发电量也有了很明显的提升，社会的环境效益十分明显，经济效益十分可观。

参考文献

[1]张忠凯，林英，敖建军.余热锅炉的综合节能技术改造[J].石油和化工节能，2008（1）：24-26.

[2]杨利民，李爱华.汽轮机节能和增容改造的可行性分析[J].中国电业（技术版），2013（1）：30-32.

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