影响炉排式垃圾焚烧锅炉长周期运行的问题研究
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摘要：分析了垃圾焚烧行业的当前情况以及行业发展前景,对垃圾焚烧锅炉运行中较为普遍的问题进行了总结,详尽地对这些问题的产生进行了探讨,并提出了一些预防措施和预案，对发展空间和新型技术作了展望。
关键词：垃圾焚烧;环保;运行技术;危害
收稿日期：20120406
作者简介：运嘉宁（1986—），男,天津人,助理工程师,主要从事垃圾焚烧电厂运行工作。中图分类号：TK229.91文献标识码：A文章编号：16749944(2012)05028503
1引言
随着我国社会经济的进一步发展,垃圾处理的问题也日益突出。据《人民日报》报道,我国600多座主要城市每年产生垃圾1.6亿t,人均垃圾年产量440kg,且以每年超过10%的速度增长,其中能够进行无害化处理的占66%,近1/3的垃圾只能进行简单填埋。这些城市已堆放或填埋各类垃圾80亿t,垃圾堆存累计侵占土地5亿m2,有2/3的城市被垃圾群包围。治理城市垃圾不仅是我国也是世界各国面临的重大环境问题。
采取垃圾焚烧方法可使生活垃圾减容85%以上,而且燃烧后的炉渣也是可再次利用的资源,因此垃圾焚烧处理能最大限度地延长现有垃圾填埋场的使用寿命。同时,由于人们生活水平的不断提高,生活垃圾中的可燃物、易燃物的含量大幅增长,提高了生活垃圾的热值,为发展生活垃圾焚烧技术提供了先决条件。而且,通过垃圾焚烧处理,也节约了其他不可再生能源［1］,为国家和社会的可持续发展做出了巨大的贡献。
二噁英类化合物的生成温度为180~400℃,分解温度在750℃,一般在800℃以上即可大量分解［2］。现代的垃圾焚烧炉一般都可以保证烟气温度在850℃持续2s以上,这样的高温环境足以让大多数二噁英分解,同时烟气净化系统进一步处理,理论上能够满足国家要求的合格排放标准。
我国东部地区垃圾的平均热值大约在4 200~5 000kJ/kg左右,进入焚烧炉时的垃圾热值还有不同程度的提高［3］。较高的热值为锅炉炉温和蒸发量的稳定打下了坚实的基础。目前,垃圾焚烧成本较高,但是在政府财政补贴的帮助下,垃圾焚烧处理还是有一定的利润空间的。而且在2011年3月23日,总理主持召开的国务院常务会议上,要求推广废旧商品回收利用、焚烧发电、生物处理等生活垃圾资源化利用方式［4］。所以有充足的理由认为,垃圾焚烧行业会取得进一步的发展。
2垃圾焚烧锅炉运行技术
综合国内多家垃圾电厂运行情况以及国外垃圾电厂的统计数据分析,炉排式锅炉所出现的运行问题集中体现在3个方面:第一是非计划停炉次数较多;第二是连续运行周期短;第三是炉温不稳定,波动较大。
2.1垃圾吊岗位原因
在垃圾焚烧发电厂,为了提高垃圾池的使用率,也为了更好地发酵垃圾,满足锅炉燃烧所需要的垃圾入炉量,必然要求垃圾吊车运行人员具备较高的工作强度，同时垃圾吊车磨损速度比较快。一般而言,垃圾吊主要负责以下几方面:将入厂垃圾抓放至发酵区合理堆放发酵并清理出不同发酵区之间的排水沟;翻松并混合不同发酵程度的垃圾,将之合理投入锅炉;清理转移垃圾池底部过于潮湿的垃圾至新垃圾发酵区［5］。
垃圾吊工作人员在高强度的工作条件下,极容易疲劳,如果垃圾吊设备质量和安装质量较差,再加上由于垃圾池内恶臭极重,检修和运行人员很少进去巡检,容易发生一些故障。比较典型的状况包括:垃圾吊电缆挂断破损、钢丝绳挂断破损、抓斗损坏、油缸漏油、行车轨道损坏、垃圾吊限位器故障、垃圾吊变频器故障等状况。这些状况都将导致垃圾吊不能运行,锅炉无法投入垃圾,即使勉强能投,也不能保证所投垃圾是合理的垃圾。这直接导致了锅炉运行的不稳定,甚至不得不压火停炉。
2.2推料器故障
垃圾焚烧炉一般包括进料斗、落料槽、推料器、炉排、炉排下灰斗和风室。而推料器作为锅炉运行承前启后的一环,作用显得尤为重要。在运行期间一旦发生故障则很难处理。因此,大多数垃圾焚烧发电(供热)厂家都会在启炉前对推料器做详细检查并做活动实验。但是,所做的活动实验是没有垃圾负荷,没有高温膨胀的。
其典型故障主要包括活动部件卡死、滚动部件或轴承损坏、推料器不同步、限位器故障。造成这些故障的原因有推料器严重超负荷运行、检修不到位、设备有质量缺陷、垃圾夹杂有过大过硬过重块状物、限位器脱落。
通过查阅历史运行日志,笔者发现很多台垃圾焚烧炉曾在启炉过程中因为推料器故障而不得不终止启炉。在正常运行时,也会因为推料器不动或行程故障导致无法及时向炉排提供垃圾,造成锅炉运行的起伏波动过大甚至不得不停炉。
2.3炉排故障
目前国内应用较多的炉排式焚烧炉有逆推式炉排焚烧炉、顺推式炉排焚烧炉、水平双向推动式炉排焚烧炉、滚筒式机械炉排焚烧炉、组合式炉排焚烧炉、两段式炉排焚烧炉、三驱动逆推式炉排焚烧炉,等等。因篇幅有限,笔者只就SLC-400-4.0/400两段式炉排焚烧炉进行分析,该型锅炉包括逆推炉排14级、顺推炉排6级,炉排片的材料为耐热铸钢,炉排传动采用的是液压驱动，其单列炉排结构见图1。
图1单列炉排实例
如图1所示,该型炉排结构是目前我国炉排炉应用最为广泛的炉排类型之一,其故障情况具有很强的代表性。
炉排发生的典型故障包括炉排行程故障、炉排动作卡涩、炉排风孔结焦堵塞、炉排片翘起并偏移、推力机械系统故障。故障原因为运行调整理念和方式错误、严重过负荷、检修水平不足、设备老化以及质量问题。
炉排作为垃圾焚烧炉最为昂贵的部件之一,它的磨损和故障率在生产成本中占有重大比重,甚至有可能因此而大量占用生产管理部的检修资金。而且,运行中的炉排一旦发生机械故障,即使是靠近入孔门的顺推炉排故障,也将带来极大的额外工作量,甚至不得不因为无法继续运行导致停炉。由于炉排的贵重程度,部分企业在停炉检查的时候对炉排非常认真地检查,但对风室内的炉排工字梁等活动部件以及风孔的畅通检查程度有所不足。
需要强调的是,目前炉排的故障多数都是由于停炉期间检修水平不足,锅炉运行人员调整不合理、运行理念错误导致的。以炉排风孔结焦堵塞故障为例,检修人员在停炉期间务必要认真清理,保证畅通。同时运行人员要保证运行期间一次风压合理,炉排温度正常。图2为炉排风孔堵塞后高温腐蚀的情况。
图2炉排高温腐蚀实例
2.4受热面积灰严重
受热面积灰是制约锅炉运行周期最严重的问题之一,通常情况下垃圾焚烧炉运行半个月左右的时候,在尾部烟道受热面即可观察到显著的积灰现象。其显著特征是蒸发器前烟气温度显著升高,在省煤器后的排烟温度基本不变的情况下,锅炉负荷严重降低。
积灰的形成和性质:正常的高温烧结灰,属于粘结性积灰。在锅炉运行时,炉排上的垃圾被下部风室的一次风通过风孔和炉排间隙向上吹,大量的挥发分和细小颗粒被带到了高温烟气中,为了保证烟气中的挥发分能够完全烧掉并增强烟气扰动,也为了保证烟气在800℃持续2s以上,投用的二次风使挥发分在第一燃烧室中上部再次燃烧,使烟气温度在受热面前温度一直比较高。所以说积灰主要是在各种管道迎风面形成,并沿着气流方向大量生长。由此可见,积灰的程度主要受两点影响:一是一次风量,决定了烟气流速、挥发分以及细小颗粒量;二是烟气温度,决定了烟气中的灰分是否会达到熔点温度,在受热面上烧结,图3为凝渣管的积灰图片。
图3凝渣管积灰实例
积灰一般呈土黄色,表层相对疏松,有很多的间隙,底层比较坚硬密实,具有很高的烧结强度。积灰整体呈梳状,硬而脆,一旦形成后一般吹灰器很难清除［6］。这种积灰会引起管束阻力不断地迅速增长,从烟道蒸发器前后的负压压差的数值能够很明显地看出，甚至会发现烟道几乎完全堵塞,最终被迫停炉。
2.5燃烧理念的影响
垃圾作为一种相对低热值的燃料,其运行理念主要体现在对不同类型的垃圾采用不同的调整方式。垃圾焚烧炉所烧的生活垃圾主要以热值来区分,细化起来有4大类,分别是春、夏、秋、冬4类垃圾。在每一类里又有5种不同的细化方式,分别是发酵时间、堆放层面、含水量、含灰量，以及垃圾的可燃成分的比例。其中又有极端天气造成入厂垃圾热值波动较大。所以统计起来,锅炉运行值班员要对至少20种垃圾采取不同的运行调整方式。
例如在冬季烧垃圾时,典型特征是含灰量大、发酵环境温度低、含水量较少。如果发酵时间不足,垃圾挥发分较少。部分锅炉运行值班员为了达到入炉能量的稳定,会增加炉排燃烧垃圾的厚度,而为了保证一次风能穿透垃圾,又需要加大一次风量。但是由于垃圾含灰量大,所需要的一次风量非常大。这样的结果主要有3点危害:一是一次风量变化特别大,需要不断地调整风室的风门和炉排速度,不利于锅炉值班员的调整,因为炉排炉反应的滞后性,任何调整都会在一段时间后表现得很明显,炉温和负荷非常难以有效掌握。二是较高的一次风,会造成烟气中的颗粒物非常多,造成受热面积灰加快,同时增加烟气净化系统负荷,降低锅炉运行周期,提高烟气净化物料消耗。三是增加推料器和炉排的负荷,笔者曾见过推料器连接件10mm厚的槽钢在运行期间被硬生生撕裂,因此推料器和炉排过负荷后果十分严重。
垃圾焚烧的调整理念以稳定运行为主,从源头把握好垃圾的质量,及时清理垃圾池导排沟、保证发酵时间(一般而言发酵时间夏季不少于3d,冬季不少于7d),在锅炉燃烧调整上以满足环保指标为前提,加强去现场看火,及时调整炉排速度和一次风量,一切调整以勤调整、微调整为主,合理布料,根据料层的穿孔程度进行一次合理风量配比。
燃烧理念的科学正确与否对垃圾焚烧日常运行的稳定和效率非常重要，直接表现在炉温和负荷的起伏波动,一旦调整得不及时,甚至需要投用喷油燃烧器才能调整过来。另外,燃烧理念对环保指标的影响可以说是决定性的,二噁英的分解大部分还是靠高温烟气来进行,环保是垃圾焚烧发电厂生存的根本，因此进一步推广科学燃烧理念至关重要。
2.6其他相关辅助设备故障
影响垃圾焚烧炉的长期运行的重要辅助设备主要包括一次风机、二次风机、引风机、冷渣机、冷渣机出渣的振动输送机、烟气处理系统。这些设备没有备用设备,其故障率对锅炉正常稳定的运行是致命性的。运行值班员和检修人员要对这些重要设备勤于巡检、认真巡检,严密注意油位、电机和轴承等温度。
2012年5月绿色科技第5期3结语
我国的垃圾大多数都没有经过分类,由于成分复杂,导致处理成本一直居高不下。目前国外发达国家已经在努力推广燃烧分类垃圾。分类过的垃圾在处理上能有更好的针对性。目前我国已经在部分城市开始试点垃圾分类处理,相信在不久的将来,我国的分类垃圾焚烧行业会普及到各大城市,为社会和自然的和谐相处做出巨大贡献。
参考文献：
［1］ 李建政.环境毒理学［M］.北京:化学工业出版社,2010.
［2］ 张益,赵由才.生活垃圾焚烧技术［M］.北京:化学工业出版社,2000.
［3］ 白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术［M］.北京:中国建筑工业出版社,2009.
［4］ 付龙,袁悦.主持召开国务院常务会议［N］.人民日报,2011-03-24.
［5］ 保利协鑫徐州再生能源发电有限公司.锅炉设备运行标准［R］.徐州:保利协鑫徐州再生能源发电有限公司,2011.
［6］ 孙巍,马增益,严建华,等.垃圾焚烧炉尾部受热面积灰及其抑制方法分析［J］.能源工程,2006(1)：27~29.