垃圾焚烧发电锅炉省煤器吊挂装置研究

陈 玲， 刘 鹏， 陈锋利

（东方电气集团东方锅炉股份有限公司， 四川 成都 611731）

1 技术背景

随着经济的发展和人民生活水平的提高，城市垃圾焚烧量越来越大，垃圾成分更加复杂。实现垃圾处理无害化、减量化、资源化利用是发展循环经济和资源再生的良性策略。在“双碳”目标背景下及国家“十四五”政策规划阶段，垃圾焚烧发电作为一种低碳化处理的重要方式，既符合清洁理念，又能实现垃圾资源化循环利用[1]。近年来，我国各地新建垃圾焚烧发电项目如雨后春笋般涌现，但由于我国发展垃圾发电技术起步晚、历史短，垃圾发电技术尚处在慢慢摸索成长的起步阶段，还有很多待改进的地方。本文主要介绍了一种新型的卧式垃圾焚烧发电锅炉的分级省煤器吊挂装置，对原设计有所改进与优化。

2 需解决的主要技术问题

垃圾焚烧发电锅炉又称余热锅炉，主要分为立式和卧式。在余热锅炉省煤器安装中，需要进行蛇形管的吊装，在吊装操作中必须控制水冷壁和管组的间隙，二者距离要达到设计标准，因此对安装要求很高，一般集箱中心距离蛇形管弯头短长度要小于±10mm[2]。本文主要介绍一种卧式余热锅炉的分级省煤器新型吊挂装置。通常卧式余热锅炉的分级省煤器顺列水平布置于尾部烟道内，其不同于传统燃煤锅炉的省煤器在竖直方向分级叠加布置形式。这样的布置形式导致卧式余热锅炉的省煤器吊挂装置既要承受省煤器管组的重力荷载，还要承受省煤器烟道及烟道下方灰斗的重力荷载。由于结构限制，省煤器管组自重荷载通常需先传递给省煤器外部烟道壳体，再通过烟道壳体的吊挂将整体荷载传递至顶部大板梁。

在本文所述技术有应用之前，常规卧式省煤器管组吊挂形式如图1 所示。序号3 角钢与序号4 烟道顶部钢板现场焊接固定，序号2 蛇形管上端弯头通过序号1 吊箍再与序号3 角钢进行焊接连接，从而将省煤器管组的荷载传递给上方烟道护板。这种布置形式存在的问题有：焊缝W1 操作空间小、仰焊，不利于安全施工；焊缝W2 仅能保证单面可视处焊缝质量，反面不可见部分的焊缝质量不能保证。由此导致了现场安装难度大、定位偏差大、效率低，同时影响工程安装进度，后期检修及更换省煤器管屏困难。

图1 传统卧式余热炉省煤器吊挂形式

为解决上述问题，进行了大量研究分析和结构形式对比，研发了本文所述技术，彻底解决了现场安装难题，是一种优良的技术改进。

3 新型卧式余热炉省煤器吊挂结构

改进设计方案如图2 所示。

图2 新型卧式余热锅炉省煤器吊挂形式

1）管屏吊箍优化为扁钢（序号1）和圆钢（序号7）的组合，扁钢弯制焊接成吊箍，扁钢上端开口与圆钢焊接组装，并与序号2 蛇形管弯头在厂内组装好。

2）序号4 烟道顶部钢板在序号7 圆钢穿出处分段，序号5 烟道框架型钢组成开口梁，序号7 圆钢穿出开口梁后在烟道外侧与序号8 密封梳形板焊接，密封梳形板再与开口梁焊接，以此将整个管屏荷载传递给烟道护板。

3）省煤器烟道及管屏荷载通过序号9 顶部一级吊杆传递至序号10 过渡梁，过渡梁荷载再通过序号11 二级吊杆传递至锅炉顶部大板梁，如图3 所示。

图3 省煤器烟道吊挂

4 新型吊挂结构的优点

相比传统的卧式省煤器吊挂结构，本文所述改进技术具有诸多优点，主要体现在以下几个方面：

1）改进方案中圆钢吊箍在厂内与蛇形管组装，圆钢伸出烟道顶部与密封梳形板焊接，密封梳形板再与烟道框架型钢焊接。圆钢做吊箍，相比原来的扁钢与角钢通过开槽焊接相比，更有利于吊箍调整和对正安装。并且烟道内圆钢吊箍长度可不受安装空间限制，图1 中L1远小于图2 中L2。通过合理选取吊箍长度，可以压缩烟道腔体，防止烟气短路，提高省煤器管屏换热效率。

2）蛇形管与烟道的连接由炉内角钢焊接修改为圆钢吊箍在烟道顶部与序号8 密封梳形板通过焊缝W3 进行焊接，此焊缝是在完全可视状态下以及更为容易的施工角度条件下（非仰焊）进行操作，不仅可以保证焊缝质量，现场焊缝长度也比原来大大缩短，加快了安装进度。

3）吊箍伸出烟道处设置为烟道护板分片断口，减少了现场安装时切割护板的工作量，且有利于检修维护。

5 新型吊挂结构的经济效益

新型余热锅炉省煤器吊挂结构，不仅能彻底解决原卧式省煤器吊挂结构设计中存在的各种安装问题，还能提高省煤器换热效率，有益于后期维护，同时也具有较高的经济效益。以500 t/d 生活垃圾焚烧发电余热锅炉省煤器（三级省煤器，单个宽度4 300 mm，三级共14 列吊挂节点）为例。

1）大幅减少焊接工作量。该方案使用后单台省煤器总计减少现场焊缝长度约173 m，原方案仰焊15 m/（天·人），单台炉省煤器单人吊挂焊接大约需要28 d；按新方案俯焊35 m/（天·人），单台省煤器单人焊接量仅7 d，焊接工程量可减少75%。

2）有利于安全施工。改进后所有的焊接工作都在烟道顶部进行，不再存在高空仰焊问题，安全施工能够得到更好的保障。

3）可提高换热效率。蛇形管与顶部护板钢板之间的距离由250 mm 缩小至约150 mm，缩短距离有利于防止烟气短路现象，控制烟气更多的在管间流动，有利提高管屏换热效率。

4）如管屏发生爆管或者磨损需要更换，按原设计方案，只能从省煤器最左侧或者最右侧开始逐片拆除原有管屏，直至拆到需要更换的管屏位置，将其更换之后再把之前拆除的其它管屏逐一恢复，检修更换的工作量非常大。而如果省煤器烟道采用新方案，只需从需要更换的管屏附近切割烟道顶部，更换损坏管屏，最后在烟道顶部烟道和吊挂装置恢复拆除即可。这样，检修时受影响的管屏将大大减少，维修更换及恢复管屏的安装工作量也会大幅度降低。而待更换的管屏位置越靠近结构中心线，两种结构下更换管屏产生的工作量差异越明显，本方案获益越多。

6 结语

城市生活垃圾污染已严重影响到城市的生态环境，垃圾无害化、资源化利用是可持续发展的必然要求。垃圾焚烧发电正成为国际上保护资源，实现环保和资源再生的主流手段。垃圾焚烧发电不仅能解决垃圾处理的环境问题，还能有助于改善城乡环境，综合利用资源。我国提出碳中和和碳达峰的重大决策，“十四五”非石化能源占比要达到20%左右，到2030 年要达到25%左右，提升非石化能源的占比。以此向世界释放了中国坚定走绿色低碳发展道路，引领全球生态文明和美丽世界建设的积极信号。我国的垃圾发电技术刚刚起步，尚有许多不足的地方，相信通过不断地探索和创新，逐步改进各种问题和不足，定能使我国的垃圾发电技术逐渐成熟。只有发展完善了我们的垃圾发电技术，并大力推广应用，才能将我国巨大的垃圾资源，转换为潜力无限的新兴补充能源，保护环境，造福人类。