垃圾焚烧循环流化床锅炉改造与研究

陈新 李光耀

摘 要：介绍某生活垃圾焚烧厂一台掺烧污泥循环流化床垃圾焚烧锅炉的改造方案。根据现有燃料的热值及燃料量核算锅炉蒸发量，对受热面进行适应性调整，以达到降低排烟温度的目的，在保证床料流化质量的基础上，实现分段供风。

关键词：循环流化床锅炉;垃圾焚烧;污泥排放

中图分类号：TK229.66 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-00-03

Study on Rebuilding of CFB MSW Incinerator Boiler

CHEN Xin LI Guangyao

（Nantong Wanda Boiler Co.， Ltd.， Nantong Jiangsu 226001）

Abstract： To introduce the transformation scheme of a circulating fluidized bed waste incineration boiler mixed with sludge in a domestic waste incineration plant. In this transformation， the boiler evaporation is calculated according to the calorific value and fuel quantity of the existing fuel， and the heating surface is adaptively adjusted to reduce the smoke exhaust temperature， so as to realize sectional air supply on the basis of ensuring the fluidization quality of bed material.

Keywords： circulating fluidized bed boiler;garbage incineration;sludge discharge

随着社会经济的发展[1]和城市化的不断推进，城市生活污水的产生量不断增长。目前中国城市生活污水排放量约为350亿吨/年，在污水处理过程中污泥的产生量将近3 000万吨/年。近年来，由于新建污水处理厂的陆续投产和原有污水处理厂升级提标，城市污泥产生量湿基（含水率80%）将达到4 200万吨/年，折合干基污泥产生量约为840万吨/年，占全国固体废弃物排放总量的3.2%。

城市生活垃圾无害化、減量化和资源化是城市垃圾处理的要求和方向。整个垃圾处理过程不仅要求实现垃圾大幅度减容，而且焚烧污染物排放必须达到国家规定的相关排放标准。循环流化床垃圾焚烧锅炉是垃圾处理厂的关键设备，是垃圾处理厂实现垃圾无害化、减量化、资源化的主要环节。它是将流化燃烧技术应用于城市生活垃圾及污泥处理中，具有减量化程度高、物料适应性好、处理过程中物料燃烧充分、灰渣含碳量低、锅炉负荷调节范围大、以及设备初始投资费用低（为炉排式垃圾焚烧炉设备投资的1/3左右）的特点。本文以某垃圾焚烧发电厂一台掺烧污水处理厂污泥的垃圾焚烧循环流化床锅炉升级改造项目为例，对实际应用中的技术改造方案进行阐述和分析，为垃圾焚烧循环流化床锅炉升级改造提供一定的技术和经验借鉴。

1 设备概况

原垃圾焚烧循环流化床锅炉为单锅筒式锅炉，采用自然循环模式。燃烧物料为垃圾、污泥、烟煤按比例配备的混合物料;单台垃圾焚烧循环流化床锅炉垃圾处理量为450 t/d，污泥处理量为150 t/d;原垃圾焚烧循环流化床锅炉的额定蒸发量为75 t/h。该锅炉具备以下特点：①采用高温上排气中置式旋风分离器，炉膛内布置有倾斜床面和后墙排渣式水平布风板;②炉膛水冷壁采用悬吊结构，尾部受热面设置在旋风分离器后端的竖直烟道中;③竖直烟道由上而下依次布置有低温过热器、高温过热器、一级省煤器、二级省煤器和空气预热器。

原垃圾焚烧循环流化床锅炉在设计时混合物料中城市生活垃圾、城市污水厂污泥、烟煤的热值分别为5 024 kJ/kg、11 221 kJ/kg、23 948 kJ/kg。由于特殊原因，后期设备实际运行中的物料与设计值偏差过大，城市生活垃圾、城市污水厂污泥、烟煤的热值分别为3 789 kJ/kg、4 798 kJ/kg、22 190 kJ/kg。尤其物料中城市污水厂污泥的热值偏差较大，与设计时的主要参数严重不符。在垃圾焚烧循环流化床锅炉投入生产运行后，锅炉系统中一次风供风量远高于设计理论计算值。另外，燃煤消耗量和排烟温度也均高于设计值。

2 方案与措施

2.1 技改方案

经过技术分析和探讨，依据垃圾焚烧循环流化床锅炉现有热值稳定的混合物料不变情况下核算锅炉蒸发量，通过对锅炉受热面的适应性调整等措施，达到降低排烟温度和锅炉系统中一次风供风量的目的。

2.1.1 降低排烟温度。在实际运行中，一、二次风比变化较大，锅炉尾部省煤器、空气预热器受热面积灰倾向比较明显，锅炉运行排烟温度高达180 ℃，比设计排烟温度高了10 ℃。本次改造方案通过调整省煤器受热管排列方式，将原来的错列改成顺列，减少烟灰搭桥，降低积灰程度，增设一次风空预器等措施降低排烟温度。

2.1.2 锅炉系统分段制供风。在保证混合床料流化质量的基础上，实现分段供风。在锅炉实际运行过程中，为了保证混合床料的流化质量，基本上依赖一次风供风，而二次风只有少量供风，导致耗煤量高、正压反窜、受热面磨损加剧、热效率降低以及环保效果差等问题。本次通过对水平布风板及垃圾给料装置的改造达到合理的一、二次风比[2-3]。

2.2 改造措施

2.2.1 炉膛和燃烧装置的改造。计算出匹配锅炉实际煤耗的炉膛辐射受热面积185 m2，将受热面多余部分加焊销钉后用耐火可塑料浇注覆盖，浇注厚度为

80 mm。

综合考虑其他垃圾焚烧项目的实际运行情况，对燃烧装置（水冷布风板）进行改造。根据改造方案，在原前后水冷壁标高7 200 mm处截断，重新制作一套水冷风室替换原先的水冷风室，在截断标高处与上部水冷壁组焊，同时完成原前后水冷壁下降管道的缩短改造。根据调整后锅炉参数对燃烧装置进行改造设计，由混合燃料消耗量计算确定一次风量，再确定蘑菇型风帽在水平布风板上的布置数量，并计算风帽上小孔的大小和数量[4]。根据水平布风板调整情况对炉膛护板进行更换，改造后的整体结构形式详见图1。

2.2.2 过热器和省煤器改造。由于低温过热器布置在高温烟气入口处，加上锅炉一直在低负荷状态下运行，因此低温过热器管壁长时间处于超温状态，导致过热器受热面高温腐蚀严重[5]。这次改造将低温过热器管片由碳钢更换为12Cr1MoVG合金钢。

上级省煤器保持不变，下级省煤器由于积灰较严重，换热效果受到较大影响，受热面管子已发生扭曲变形，因此本次改造把下级省煤器原错列布置的管片改成顺列布置。原错列节距为40 mm，共76片，改造后顺列节距为64 mm，共48片，增加烟气流通面积，减少搭桥，减轻积灰，提高了在线清灰的效果和停炉时人工清灰的效率。由于省煤器位置发生变化，因此也对外部连接管进行了相应调整。

2.2.3 空预器改造。在原有空预器下方增加一组一次风空预器，这组空预器采用直径为51 mm的搪瓷管作为受热管，管子横向节距78 mm，纵向节距65 mm。这组空气预热器横向节距（S1=78 mm）和纵向节距（S2=65 mm）均比上面的二次风空预器大，更有利于清除积聚在锅炉最底部的烟灰。该改动除了增加一组空预器管箱及支撑钢柱、钢梁外，现场还对烟道和一次风道进行了调整。

2.2.4 分离器改造。由于实际运行烟气量明显低于原理论烟气量，因此在分离器烟气入口处下沿向上浇筑200 mm耐火浇注料，以使入口烟气流动达到合理的速度，确保分离器实现理想的分类效果。

结合本次改造对炉内水冷壁管进行测厚，更换磨损严重的管子，并检修和维护热工检测及控制系统。

3 改造后的调整工况

根据现有混合燃料的热值及燃料量确定改造后的垃圾焚烧锅炉的蒸发量为55 t/h，结合上述改造方案调整后锅炉各部分受热面的几何尺寸，确定和计算出改造后锅炉调整工况的热平衡数据（见表1、表2和表3）和热力计算数据（见表4、表5）。

4 改造总结

①锅炉按现有燃料的热值及燃料量核算蒸发量，锅炉蒸发量由75 t/h降為55 t/h，垃圾处理量为450 t/d，污泥处理是为150 t/d，达到了设计要求。

②改造后烟气量有所下降，尾部烟速偏低，运行时有利于防止磨损。

③改造后水冷风室为水平布风板，重新设计布置风帽，保证流化质量。

④排渣口设计为大口中心排渣，排渣衬管外布置水冷管，热渣可被冷却到120 ℃以下，排渣比较通畅。

⑤锅炉排烟温度降到170 ℃以下，保护了尾部布袋除尘器。

⑥由于流化质量的改善，一、二次风配比合理，改变了以前仅有一次风供风的状况，锅炉负荷调节性能较好。在负荷突然改变时，可通过改变给煤、送风和循环物料等来实现稳定运行。

参考文献：

[1]张自丽，曾钦达，何宏舟，等.燃福建无烟煤循环流化床锅炉掺烧污泥的可行性研究[J].工业锅炉，2017（3）：10-14.

[2]陈俊.流化床垃圾焚烧锅炉研发回顾与展望[J].工业锅炉，2012（6）：1-4.

[3]林宗虎.循环流化床锅炉的发展过程及趋向[J].工业锅炉，2008（2）：1-5.

[4]岑可法，倪明江，骆仲泱，等.循环流化床锅炉理论、设计与运行[M].北京：中国电力出版社，1997：35.

[5]彭小军.垃圾焚烧余热锅炉节能改造[J].工业锅炉，2017（1）：55-57.