垃圾焚烧炉结焦成因分析及对策

王国琦 ，姚昌模，夏清刚

(1. 惠州绿色动力环保有限公司，广东 惠州 516269；2.重庆电力高等专科学校，重庆 400053)

随着社会的不断发展，人们在生产、生活中产生了越来越多的生活垃圾，这些垃圾的处理是迫在眉睫的事。目前生活垃圾焚烧发电技术是处理生活垃圾的有效途径，此措施既能够解决垃圾处理难题，又能够利用焚烧垃圾产生的余热获得热能或电能，因此垃圾发电技术得到了广泛应用。但垃圾发电中普遍存在结焦问题，对锅炉长周期运行带来不良影响，解决这一问题是本研究的重点内容。

惠州某垃圾焚烧发电厂工程建设规模日处理垃圾能力1 200 t/d，垃圾焚烧炉采用的是3×400 t/d三驱动逆推往复式炉排炉，余热锅炉采用的是中温中压、单锅筒自然循环炉。3台锅炉全部满负荷运行，年平均运行时间均超过8 000 h。 长周期持续的运行致使锅炉同样存在超温及结焦现象。

1 垃圾发电厂余热锅炉结焦原因[1]

1)垃圾品质原因。惠阳地区城市生活垃圾内部含有工业垃圾及边角料，垃圾含水率低、热值高，低位热值为8 000 kJ/kg左右,而焚烧炉设计低位热值为LHV=4 200 kJ/kg。实际燃烧垃圾热值远远高于锅炉设计值,导致锅炉超温现象严重，锅炉结焦。

2)锅炉设计原因。锅炉在运行过程中，炉膛后拱设计偏低，没有布置水冷壁吸热，辐射热不能及时被带走，热量直接作用于垃圾表面助燃；大量热量集中在前后拱区域，导致该区域热量集中。该区域是结焦的主要区域，见图1。

3)锅炉配风原因。锅炉配风是锅炉运行中的重要组成部分，配风控制影响着锅炉结焦。当前，锅炉运行中配风控制存在的问题主要有两点：一方面，配风量明显小于锅炉运行量，在烟气氧量控制方面，运行中的配风量明显过小，致使烟气测试中一氧化碳含量偏高，降低了无机物灰渣熔点，造成炉壁结焦问题；另一方面，二次风机未投入运行或投入量偏少，氧量长期偏低，垃圾中的未燃烧颗粒在经过焚烧炉出口时，容易因重量问题而产生大面积沉积，在喉部上方结焦，并增加飞灰在喉部的沉积效果。有些二次风长期不投或投量较低，二次风喷口区域结焦，见图2。

图1 炉膛内壁结焦

图2 二次风孔结焦堵塞

4)燃烧调整不当，配风不均匀，火床位置偏上，没有在燃烧区燃烧，燃烧提前，在干燥区甚至在退料器上着火，导致锅炉结焦。如果锅炉时常发生偏料现象，火焰偏斜，会导致局部燃烧过旺，温度过高，而另一侧温度较低，动力场不均衡，也会增加结焦的概率。

2 垃圾发电厂余热锅炉结焦对策分析

2.1 控制锅炉炉膛温度[2-3]

通过以上分析可知，控制炉膛温度是防止结焦的重要措施。炉膛温度控制在850～950 ℃，其中850 ℃是较理想的温度，在理论上，二噁英在750 ℃时便能分解，850 ℃是二噁英完全分解的保证值，因此，炉内温度控制在850 ℃以上较合适。传统的控制炉膛温度只能是减少负荷，导致垃圾不能及时燃烧，同时降低了锅炉效率。

某厂通过浓水回喷控制锅炉炉膛温度，通过喷水控制炉膛温度既快速又效果明显，大大降低了炉膛结焦程度。同时，此技术利用的是锅炉连续排污废水，也减少了废水的排放。

2.2 通过增加辅燃风机，投入足够的风量[4]

某厂干燥风机功率75 kW，风量20 000 m3/h；燃烧风机功率132 kW，风量39 360 m3/h；二次风机功率37 kW，风量10 000 m3/h；燃烬段风机功率15 kW，风量5 910 m3/h；两台辅燃风机功率7.5 kW，风量约3 000 m3/h。由此可见，投运辅燃风机时，相当于增加1台燃烬风机运行，完全可以弥补二次风量不足问题。该厂于2016年9月26日投运辅燃风机至今，观察发现结焦程度明显降低，原因如下。

1)辅燃风机能有效增加锅炉的含氧量。原先锅炉运行含氧量一般维持在3%～5%，现基本在5%～7%运行，增加约3%。能有效避免锅炉低氧燃烧，减少还原性气体的产生，从而避免灰熔点下降造成锅炉结焦的问题。

2)增加锅炉二次风量约6 000 m3/h，加强对锅炉的对流换热，提高了锅炉蒸发量，现阶段的锅炉基本处于满负荷运行状态。

3)辅燃风位于二次风孔上方1.5 m左右炉墙的左右两侧，且辅燃风是直角吹入炉膛烟道中，与二次风吹入炉膛的角度不一样，刚好与二次风充分混合，加强对烟气的扰动，延长烟气在炉膛停留的时间，对炉膛高温区域存在降温作用，减少炉膛结焦。

4)投运辅燃风机时，由于角度是从两侧吹入炉膛，对锅炉起到类似贴壁风的作用，可以有效防止火焰对炉墙造成直接的冲刷，同时也减少烟气中扬灰粘在炉墙上。

5)辅燃风的加入降低了炉膛的温度，降低了炉膛内灰的温度，同时也就减缓了锅炉结焦现象。2016年9月26号辅燃风机投运至今，在配合浓水回喷及锅炉的燃烧调整后，结焦的情况基本在可控的范围之内。

6)主燃风机会把锅炉燃烬段基本已经完全燃烧的灰吹起，混入烟气，经二三烟道、水平烟道进入烟气。混入的飞灰直接冲刷后拱、炉墙及水冷壁管道，造成管道磨损及锅炉本体严重的积灰，吹灰效果差就会影响传热，容易造成堵灰。投用辅燃风机配合二次风对燃烧充分的扰动，延长烟气在炉膛的停留时间，能有效减少烟气中的灰直接冲刷后拱及管道，同时也减小了二三烟道、水平烟道、反应塔及布袋的下灰量，锅炉整体的下灰量得到改善。这也避免了经常性的堵灰情况，有效减轻了锅炉人员的劳动强度。

7)因增加辅燃风机的风量,辅燃口有足够的冷却风，可以防止辅燃口因高温而结焦，从而避免辅助燃烧器无法投运的情况发生。

但是，辅燃风机的投运也有以下缺点需要注意。

1)增大烟气量的同时，使得引风机的电耗率升高，引风机由原先的33 Hz增加至现阶段的37 Hz运行。每班约增加200 kW·h，造成厂用电量增高。

2)增大了锅炉的排烟热损失。

3)烟气流速增大，容易造成过热器管壁温度上升。

因此, 辅燃风机风量的大小应尽可能与控制结焦之间达到平衡。

2.3 维持风量平衡并减少炉膛漏风[5]

合理而良好的炉内空气动力场是防止锅炉结焦的前提，维持锅炉的风量平衡对于保持炉内合理的空气动力场至关重要。在正常运行的状态下，烟气平稳地沿固定的设计流线流过锅炉的竖直烟道和水平烟道，灰颗粒聚集在烟气中的位置处于炉膛的中心范围。当一次风给风急剧增大或减小而引风机未能及时进行调整时，烟气的流线会急剧发生变化，熔融的灰颗粒会因惯性力作用而甩向水冷壁。二次风的急剧变化同样会对焚烧炉出口的烟气产生极大的干扰，使原本处于平流状态的气流产生紊流，这样就会有大量熔融的灰颗粒撞击在炉墙上。在运行锅炉的调整中，风量的调节应平稳缓慢。实际运行中也发现焚烧炉出口处是炉膛结焦最严重的地方。

炉膛漏风会破坏正常的垃圾燃烧工况，造成火焰的充满度和燃料与一次风的搅拌混合情况恶化，导致火焰中心升高或偏斜、局部还原性气氛增强等，进而加速结焦的形成。因此， 运行中要注意炉底漏灰输送机和捞渣机水封的水位，避免冷风从这些部位漏入炉膛。

3 总结

该项目地区城市生活垃圾热值高，在设计二次风容量偏小的情况下，为保证锅炉长期稳定经济地运行，提高垃圾处理量，采用辅燃风机配合浓水回喷，用以帮助锅炉的燃烧调整和降低炉温减缓炉膛结焦。同时，提高锅炉的产汽量，电厂运行时每班多产生的上网电量完全可以弥补辅燃风机投运带来厂用量增加的不足。因此，采用辅燃风机配合浓水回喷投运方案，有利于整个机组安全经济地运行，对于出现类似的垃圾焚烧炉超温及结焦问题的解决具有一定的参考价值。