垃圾焚烧炉蒸汽空间空气预热器汽源的选择对锅炉的影响

朱红芳 广州环投技术设备有限公司

垃圾焚烧炉蒸汽空间空气预热器汽源的选择对锅炉的影响

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运用数学公式对蒸汽空间预热器采用不同的加热汽源对锅炉的影响进行分析，并以垃圾处理量为600t/D 垃圾焚烧锅炉为例，在空气预热器加热汽源从采用饱和蒸汽改为采用汽机抽汽时，通过对计算数据的分析，得出对锅炉给水量、出力、结构等方面的影响。

垃圾焚烧锅炉 蒸汽空气预热器 加热汽源 影响

国内垃圾含水率高，需要热风对垃圾进行干燥，并促进垃圾更稳定、更快、更完全燃烧，提高燃烧效率。在垃圾焚烧电厂目前采用的空气预热器有烟气加热和蒸汽加热两种形式，其中利用蒸汽加热的空气预热器（以下简称蒸汽空气预热器）汽源分别有过热蒸汽、饱和蒸汽和汽轮机抽汽。蒸汽空气预热器一般都作为一个单独的设备，与锅炉本体分开放置，因此采用不同的加热汽源对锅炉会产生不同的影响。蒸汽空气预热器加热汽源采用过热蒸汽和汽机抽汽相比，都可作为锅炉系统外部的热源，对锅炉系统的影响一样，因此以下仅对从锅筒抽汽和汽机抽汽对锅炉的影响进行比较说明。

1 不同的加热汽源对锅炉的影响

对比仅指100%从汽包抽汽和100%从汽机抽汽作加热汽源的工况，一部分从汽包抽汽和一部分从汽机抽汽是介于两者之间的情况，对锅炉影响的大小取决于两者的抽汽比例。

1.1 对锅炉给水量的影响

对于两种加热汽源，入炉热量为：

式中：Qin——锅炉输入热量，kJ/h；

Qnet.ar——燃料收到基的低位发热量，kJ/h；

Qk——热风带入的热量，kJ/h。

从饱和蒸汽抽汽情况下锅炉有效热量：

式中：Q11——锅炉的输出热量，kJ/h；

D1——从锅筒抽出的饱和蒸汽量，t/h；

is.s——饱和蒸汽焓，kJ/kg；

if.w——给水焓，kJ/kg；

D2——锅炉额定蒸发量，t/h；

ish.s——过热蒸汽焓，kJ/kg；

Db.w——锅炉排污量，t/h；

is.w——饱和水焓，kJ/kg。

从汽机抽汽的情况下锅炉有效热量：

式中：Q12——锅炉的输出热量，kJ/h；

D3——锅炉额定蒸发量，t/h。

在入炉垃圾热值、热风流量及温度、排污水流量及温度、锅炉热效率、蒸汽参数相同的情况下，将式

(1)、式(2)、式(3)整理得：

式中：η——锅炉热效率。

又由于is.s＜ish.s，得出D1+D2＞D3，即在采用饱和蒸汽抽汽和采用汽机抽汽时，前者的给水量大于后者。

1.2 对锅炉出力的影响

图1为蒸汽空气预热器示意图，蒸汽带来的热量一部分加热空气，一部分成冷凝水排出，即：

式中：Q——蒸汽带入的热量，kJ/h；

Qk——空气吸收的热量，kJ/h；

Qcod——冷凝水带走的热量，kJ/h。

式中：Qk1——冷空气的热量，kJ/h；

Qk2——热空气的热量，kJ/h。

图1 蒸汽空气预热器示意图

热量Qk由辅助空气携带进入炉膛、成为入炉热量的一部分。

在用饱和蒸汽作为加热汽源时，热量Qk在锅炉系统内部循环，并不构成热损失(当然，略去散热损失和焚烧效率的影响)，对锅炉出力没有影响，但从式(5)中看出，热量Qcod却排出了锅炉系统形成热损失，降低了锅炉出力。

在用汽机抽机作为加热汽源时，热量Qk是由锅炉系统外部汽机抽汽的热量传递的，属于外加热源，增加了锅炉出力。

1.3 对结构的影响

● 1.3.1 过热器

电站锅炉要求在锅炉允许的负荷波动(一般60%～70%负荷到100%负荷)范围内以及工况变化(如燃料水份、过量空气量变化)时过热蒸汽温度保持正常，其波动范围保持在一般规定的±10℃以内[1]。国内的生活垃圾随着季节的不同热值波动大，因此过热器的设计应满足上述要求受热面的布置应有充足的裕量。

由于新建的垃圾焚烧厂一般都是根据现有的垃圾热值基础上预测到第8年左右的垃圾热值作为额定垃圾热值[2]，即MCR点的热值。根据国内现有的垃圾发展趋势，垃圾热值在逐渐提高，因此垃圾焚烧炉在新建的几年内热值低于MCR点。在当前热值情况下，锅炉出口的蒸汽温度和压力应达到额定值。

由上面1.2的分析，燃烧同样的垃圾采用饱和蒸汽和汽机抽汽锅炉出力会不同，采用汽机抽汽增加了蒸汽流量，蒸汽流量的变化量取决于加热空气需要的热量，由热平衡计算可以得出蒸汽流量的变化。这时需要对燃烧图上的各个工况点进行核算，确保在低工况和当前热值情况下蒸汽参数能达到额定值，过热器受热面积需要增加，因此要进一步校核以确定过热器的受热面积。

● 1.3.2 省煤器

由于采用两种加热汽源流经省煤器的水量发生变化，如果省煤器受热面不变，锅炉出口烟气温度就不能达到设计值，为满足上述条件省煤器的受热面积也将改变。

1.4 对阀门的影响

从汽机抽汽与从饱和蒸汽抽汽相比，前者比后者蒸汽流量和过热器受热面积都增加，这样过热器的蒸汽阻力相应增加，如保持过热器出口蒸汽压力不变，则锅筒压力增加，相应的锅筒安全阀的设定压力也将改变，其它阀门的压力也应作相应的修改。

1.5 其它

以上分析的前提条件在保证垃圾处理量不变的情况下，如果是维持锅炉蒸汽量、压力及温度不变，由式（4）可得出垃圾处理量将减少，过热器的结构、阻力保持不变，相应的过热器和锅筒安全阀的设定压力不变，但给水量和省煤器受热面将发生变化。

2 案例分析

以600t/d的焚烧炉为例，锅炉布置形式如图2所示。建设阶段收集检测到的垃圾热值为5500J/kg，预测第8年左右的垃圾热值为6700kJ/kg，即焚烧炉MCR点采用的热值，在垃圾处理量一定的情况下，采用饱和蒸汽和汽机抽汽的热力计算结果见表1：

图2 600t/D焚烧炉布置

表1 热力计算汇总表

从以上的数据可以看出，当空气预热器的加热汽源从饱和蒸汽改变为汽机抽汽时，为维持垃圾处理量不变，额定蒸发量、过热器受热面面积、过热器阻力和省煤器受热面面积数值增大；给水流量减小。

3 结论

如改变蒸汽空气预热器的加热汽源应对整台余热锅炉进行重新计算和设计，锅炉给水量、结构、出力和阀门等都会出现相关的变化。

1 冯俊凯,沈幼庭.锅炉原理及计算.北京：科学出版社,2003

2 白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术.北京：中国建筑工业出版社,2009

Using the mathematical formula to analyze how steam driven air preheater influences the boiler by using different heating sources, and taking 600t/D boiler as an example, when changing saturated steam to turbine bleeding as the heating source, the effect is obtained on boiler feed water flow, steam flow and boiler structure.

Waste incinerator Steam driven air preheater Heating sources Influence

2013－06－21）