陳高飛淺談垃圾鍋爐積灰及對策

1、淺談垃圾焚燒爐受熱面積灰及對策陳高飛關(guān)鍵詞：垃圾爐 受熱面 過熱器積灰 預(yù)防措施引言常州綠色動力環(huán)保熱電有限公司垃圾鍋爐為綠色動力環(huán)境工程有限公司自主研 發(fā)的三驅(qū)動機(jī)械爐排爐，日處理1050t/d ,配套三套余熱鍋爐-400 C4MPa 一期工程 于2006年動工建設(shè)，于2008年4月份進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行；二期工程于2009年動工建設(shè)， 2010年投入正常運(yùn)行。余熱鍋爐采用四煙道立式布置，對流受熱面積灰表現(xiàn)明顯， 最初受熱面積灰被迫停爐次數(shù)較多，嚴(yán)重困擾了鍋爐的正常運(yùn)行調(diào)整和連續(xù)運(yùn)行時 間，大大增加了運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備因啟停造成的損耗。運(yùn)行時間最初為1個月左右，經(jīng)過多方面的改造、控制和調(diào)整，現(xiàn)在已得到了

2、有效控制，連續(xù)運(yùn)行時間可以保證3個月以上，余熱鍋爐利用效率大為提高，單爐日垃圾處理350t以上，負(fù)荷率為105% 噸位垃圾產(chǎn)汽達(dá)到以上。下面，就針對常州綠色動力積灰淺談自己的見解。改造前積灰部位分析圖一對流管束運(yùn)行一個月后積灰圖二高溫過熱器運(yùn)行50天后積灰圖一：對流管束入口積灰情況： 對流管束結(jié)構(gòu)：對流管束布置于三煙道內(nèi)，出級過熱器的前面。蒸發(fā)管束的管子 成傾斜狀，以避免產(chǎn)生汽水分層。蒸發(fā)管束與第二隔墻、后墻水冷壁組成水循環(huán)回 路。共分上下兩級，各 50組，共100組，每組4根組成。管道規(guī)格為：。42*,每 組之間的管壁距離為70.5mm節(jié)距為114mm其中布置有24根吊掛管。鍋爐連續(xù)運(yùn)行20

3、天左右，鍋爐負(fù)荷維持在2332T/H,對流管束入口煙溫從450C 升至720C,且三煙道入出口負(fù)壓測點(diǎn)壓差不斷增大，煙氣通流面積減少，被迫降低 鍋爐負(fù)荷，以至難以維持正常運(yùn)行被迫停爐。停爐后檢查積灰部位：三煙道對流管束入口處管子與管子之間間隙幾乎被全部堵 死，鍋爐運(yùn)行后期因積灰換熱效果較差，煙溫偏高，至積灰成熔融狀且較硬的灰塊, 受煙氣沖刷的影響表面管子掛有成（鐘乳巖）狀的掛焦。圖二：高溫過熱器出口與中溫過熱器接口部位積灰：由于管組中間部位脈沖吹灰器難以形成有效的沖擊，加上管束節(jié)距偏小，首先在 高溫段中部堵塞，形成一個堆積平臺。上部掛灰到一定程度時受重力影響落在管組表面逐漸堆積，其次，吹灰器只

4、是吹 掃管束表面。吹下來后也層層疊加，在接口部位堆積成山丘模樣，更加重了煙氣 通流面積的減少。3、積灰對垃圾爐的危害使?fàn)t內(nèi)傳熱變差，加劇了結(jié)渣過程。受熱面結(jié)渣后，由于灰渣層導(dǎo)熱系數(shù)小，表 面溫度急劇上升，高溫?zé)煔赓N近灰渣層表面時不能充分冷卻，進(jìn)一步加劇了結(jié)渣過 程。嚴(yán)重時會造成管壁溫度過高使管壁超溫，縮短管子的使用壽命，甚至失效爆管。 煙道水冷壁積灰、結(jié)渣嚴(yán)重時，因換熱效果差，還會使蒸發(fā)量減少。爐膛內(nèi)結(jié)渣或積灰時，爐膛出口煙溫將升高，引起蒸汽溫度偏高或熱偏差增大。對流換熱面積灰、結(jié)渣較多時，多數(shù)并發(fā)高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕的內(nèi)在原因是 垃圾中的含硫量和含氯量，而外部原因是由于水冷壁管處于高溫?zé)煔?/p>

5、的環(huán)境中，壁 面鄰近的區(qū)域中形成還原性氣氛，使灰熔融性溫度降低，加劇結(jié)渣過程，并使管子 表面產(chǎn)生高溫腐蝕。不但積灰粘附管壁造成腐蝕，垃圾燃燒后的高溫?zé)煔庖矔o管 束造成腐蝕，一般在燃燒區(qū)域較高段腐蝕較為嚴(yán)重。鍋爐效率降低。受熱面積灰、結(jié)渣后，各段受熱面出煙溫相應(yīng)提高，使排煙損失 增大。爐內(nèi)水冷壁結(jié)渣時。還有可能引起爐膛出口處的受熱面結(jié)渣，致使鍋爐不能 滿負(fù)荷運(yùn)行，甚至被迫停爐。結(jié)渣嚴(yán)重時，大塊渣落下可能會砸壞爐底水冷壁或阻塞排渣口。在傳熱減弱的情況下，為維持鍋爐出力需消耗更多燃料，使引、送風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加, 引起電耗增加。并且由于通風(fēng)設(shè)備的容量有限，加之結(jié)渣時易發(fā)生煙氣通道阻塞， 可能會造成引風(fēng)量

6、不足，燃燒不完全，co濃度大，一些可燃物被帶到對流受熱面， 在煙道角落堆積起來繼續(xù)燃燒，即發(fā)生所謂“煙道再燃燒”現(xiàn)象。其后果極具破壞 性。煙道對流換熱面積灰嚴(yán)重時，通風(fēng)阻力增大，在管束區(qū)域形成煙氣走廊，局部煙 氣流速過快，對管束造成沖刷和磨損，嚴(yán)重時引起爆管事故，增加對設(shè)備的危害和 檢修運(yùn)行成本。總之，鍋爐尾部受熱面的積灰會引起很多問題，主要有經(jīng)濟(jì)性和安全性兩個方面，積灰可以降低爐內(nèi)受熱面?zhèn)鳠崮芰?，增加傳熱阻力，降低鍋爐經(jīng)濟(jì)性；在 高溫?zé)煔庾饔孟?，積灰會與管壁發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成高溫腐蝕；使鍋爐連續(xù)運(yùn) 行周期縮短；積灰清除困難，增加工人勞動強(qiáng)度。垃圾鍋爐積灰的因素爐管壁面的積灰、結(jié)渣是一種

7、普遍現(xiàn)象，在爐膛內(nèi)火焰中心處的溫度高，燃料中 的灰分大多呈熔化狀態(tài)，而在爐管壁附近的煙溫則較低，一般在接觸受熱面時已凝 固，沉積在壁面上成疏松狀，就形成積灰：如果煙氣中的灰粒在接觸壁面時仍呈熔 化狀態(tài)或粘性狀態(tài)，則粘附在爐管壁上形成緊密的灰渣層，就形成了結(jié)渣。結(jié)渣主 要由煙氣中夾帶的熔化或部分熔化的顆粒碰撞在爐墻、水冷墻或熔融的沉淀物形式 出現(xiàn)在輻射受熱面上。積灰主要因素有：煙氣攜帶灰份：城鄉(xiāng)接合統(tǒng)籌收集的垃圾中水分、 灰分較大，其中水分為25%- 50%灰分為15%-30%同時還富含有大量生物質(zhì)，生物質(zhì)中堿金屬含量較高，此外 有塑料、橡膠等有機(jī)制品。這給垃圾焚燒帶來了極大的困難。焚燒爐一次風(fēng)

8、量越大、 一次風(fēng)壓越高、爐膛負(fù)壓越大，那么煙氣攜帶飛灰就越多。負(fù)荷越高，煙氣量也就 越大，所攜帶的灰分也就越多。爐排翻動頻率越高，煙氣揚(yáng)析所帶的灰分也就越大。高溫爐渣落入水冷出渣機(jī)中的瞬間會產(chǎn)生大量的水蒸氣，這時爐內(nèi)會產(chǎn)生極大的正壓，為保持爐內(nèi)負(fù)壓，引風(fēng)機(jī)就會開大，煙氣所攜帶的灰分也就變大。給推料器平 臺與干燥爐排之間的落差，各級爐排相互間的落差，垃圾中的細(xì)灰在燃燒過程中， 經(jīng)過這兩個“落差”時，都會被風(fēng)煙帶走，設(shè)計(jì)的落差越大，帶走飛灰的可能性越 大。焚燒鍋爐積灰結(jié)渣由許多復(fù)雜的因素引起，如爐內(nèi)空氣動力場、爐型、燃燒器布 置方式及結(jié)構(gòu)特性，垃圾的尺寸等都將影響爐內(nèi)結(jié)焦?fàn)顩r。保證空氣和燃料的良好

9、 混合，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，合理而良好的爐內(nèi)空氣動力工況是防止 鍋爐內(nèi)結(jié)渣的前提。一般來說，過熱器管道的節(jié)距一般需大于150mm運(yùn)行過程當(dāng)中二次風(fēng)需長期保證運(yùn)行，減少揚(yáng)析損失和在煙道灰粒沉積。鍋爐對流換熱面結(jié)構(gòu)一 般立式布置于臥式煙道中等等能減少煙道積灰的程度。5、積灰成分分析圖三：管壁下部積灰塊圖四：管束積灰塊垃圾煙氣飛灰中的堿金屬元素比較高。而水溶性的堿金屬化合物在高溫區(qū)中會發(fā) 生氣化，氣化的堿金屬化合物與揮發(fā)性氯結(jié)合形成了堿金屬氯化物。當(dāng)煙氣中有足 夠的硫存在時，大部分堿金屬氯化物會和硫化物發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽。對于爐內(nèi)高 溫受熱面的積灰來說，硫酸鈉與硫酸鈣或鈉，鈣與硫酸鹽的共

10、晶體是形成粘性灰沉 積的基本物（圖四）。硫酸鈉的熔點(diǎn)（888oC）低于硫酸鉀（1027oC）,因此在堿金屬化 合物型積灰的形成過程中，起主要作用的是 Na2SO4它常構(gòu)成灰沉積物中的液相成 分。凝結(jié)后的Na2SO吸收煙氣中的SO3并與受熱面上及沉積物中的Fe2O進(jìn)一步反 應(yīng)，生成堿金屬復(fù)合硫酸鹽（圖三），如 Na3Fe（SO4）3其熔點(diǎn)很低，只有6000% 右，而高溫對流受熱面的壁溫可達(dá)6500c700o3右，因此生成的堿金屬復(fù)合硫酸 鹽可處于熔融態(tài)，并作為一種粘性基覆蓋在管道表面上。這是管道表面上形成的積 灰的初始原因。形成后的表面具有粘性，能進(jìn)一步捕捉飛灰。氣化的堿金屬成分在 凝結(jié)過程中，

11、顆粒間的接觸面積增大，有時候伴隨著液相的存在，從而也為飛灰間 的快速燒結(jié)提供了條件。同時由于尾部煙道受熱面管束設(shè)計(jì)間隙較小，管束阻力會不斷地迅速增長，直到煙道完全堵塞，被迫停爐。6、積灰的形成機(jī)理積灰過程主要是灰分在燃燒過程中形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果?；伊３练e于管壁 上，逐漸粘結(jié)，熔融硬化。初始階段主要是沉積為主，尤其是管壁粗糙沉積速度更 快。影響灰粒沉積的因素主要有四個方面：熱遷移、慣性撞擊、凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)。這 也可以分為與固體顆粒有關(guān)的因素（熱遷移和慣性撞擊）以及與氣體有關(guān)的因素（凝 結(jié)和化學(xué)反應(yīng)）?；伊Ｔ诠鼙谏铣练e可以分為兩個不同的過程。一個為初始沉積層的形成過程。初 始沉積層由揮發(fā)性灰

12、組分在受熱面的壁面上冷凝和微小顆粒的熱遷移沉積共同作用 而形成。初始沉積層中的堿金屬類和堿土金屬類硫酸鹽含量較高，并與管壁金屬反應(yīng)生成低熔點(diǎn)化合物，強(qiáng)化了微小顆粒與壁面的粘接。另一個是較大灰粒在慣性力作用 下撞擊到管壁的初始沉積層上，被具有粘性的初始沉積層捕獲，并使積灰層厚度迅速 增加的過程?；伊３练e于管壁后，受高溫?zé)煔鉀_刷和反應(yīng)，煙氣中的灰粒越來越多的粘附于積 灰表面，因?yàn)槔械幕曳萑埸c(diǎn)較低，煙氣達(dá)到 600c以上時就會在軟化粘結(jié)，隨著 表面越粘越多，積灰也會越來越嚴(yán)重，就像滾雪球一樣。只要積灰沉積擴(kuò)大，鍋爐 運(yùn)行周期也就會很快縮短。7、預(yù)防積灰及延時積灰的措施垃圾焚燒爐積灰一直是我國垃圾

13、電廠的通病，要完全杜絕是無法實(shí)現(xiàn)的，只有采 取有效措施抑制積灰的形成，針對我公司的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取了以下措施：因我公司對流管束布置較多，管距偏小，2008年進(jìn)行了對流管束改造，取消部分對流管束，改造后對流管束管間距由70.5mm增加至184.5mm煙氣流速明顯增大,通風(fēng)阻力大為減少，對流管束進(jìn)口煙氣壓力與省煤器進(jìn)口煙氣壓力差由原來100pa左右降至50pa左右。鍋爐出口負(fù)壓由原來的-1000多帕降至現(xiàn)在的-400-500帕，低于設(shè)計(jì)值，確保了焚燒爐正常的爐膛負(fù)壓。加強(qiáng)爐溫控制在850-1000C范圍內(nèi)，爐內(nèi)溫度是影響積灰最重要的因素。降低溫 度是防止積灰最有效的手段，但是，爐內(nèi)溫度降低勢必影響爐

14、內(nèi)穩(wěn)定燃燒，在這 里重要的是要找出一個溫度平衡點(diǎn)，在這個溫度及其分布下，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，而 又不發(fā)生嚴(yán)重積灰。控制好爐內(nèi)溫度水平。加強(qiáng)燃燒調(diào)整，合理控制一二次風(fēng)量與垃圾量配比，減少煙氣飛灰?guī)С觥Ｖ饕獙?干燥段一次風(fēng)電氣變頻控制在 30Hz以內(nèi)，燃燒段一次風(fēng)電氣變頻控制在 40Hz以 內(nèi)，降低煙氣流速。 根據(jù)送風(fēng)的恒定及時調(diào)整推料速度及爐排速度，并控制好料層厚度，確保床體平整、無生料、爐溫穩(wěn)定。對流管束進(jìn)口煙溫控制在600c范圍以內(nèi)。通過的運(yùn)行來看，鍋爐在運(yùn)行了一個月后，水平煙道受熱面上就開始有了積灰，吹灰器不容易吹下來，這時打開尾部煙道人孔，伸入一根長的鋼管，利用壓縮空 氣可以有效地吹掉管壁上的

15、積灰。而且將在線清灰做為定期工作，由專人監(jiān)督每 隔兩天或者三天進(jìn)行一次。在沒有人工清灰前，我們鍋爐的運(yùn)行周期是50天左右， 而增加了搗灰平臺進(jìn)行人工清灰，現(xiàn)在運(yùn)行周期可到70天，最長的時候到了 80天。加強(qiáng)激波吹灰：吹灰由原來的每班一次增加至每班兩次。對重點(diǎn)過熱器及對流管束區(qū)域每班吹灰五次。通過以上措施還沒用徹底解決公司積灰的根本狀況，于2009年初對高溫過熱器段進(jìn)行了蒸汽吹灰技改，技改如圖所示:在過熱器煙道對流管束出口和高過入口處拆除原設(shè)計(jì)安裝的1、2兩臺脈沖（激波）吹灰器。在原安裝孔處安裝兩臺長伸縮式旋轉(zhuǎn)蒸汽吹灰器，吹灰半徑如 圖示。對原有的清灰平臺加長至8米, 并加固平臺。管道系統(tǒng)的現(xiàn)場

16、安裝。蒸汽管道的保溫材料的鋪設(shè)。電纜（包括吹灰器、閥門的電源電纜和控制電纜）的供貨和敷設(shè)，校對線等。蒸汽來源于主蒸汽母管，減壓后進(jìn)入吹灰器，疏水至疏水箱，現(xiàn)場和 DCSS控布置有流量計(jì)和壓力表及調(diào)節(jié)器。通過安裝調(diào)試完成后，規(guī)定每天或兩天一次的吹灰，鍋爐連續(xù)運(yùn)行時間上升了一大步，正常運(yùn)可以運(yùn)行100天，最長運(yùn)行時間135天，滿足了我公司生產(chǎn)所需。垃圾搭配、投料均勻，必要時用播煤器在垃圾中摻入少量的煙煤，從而保證垃圾熱值，穩(wěn)定爐膛溫度，避免爐溫低于 800C,防止揮發(fā)份在煙道再燃燒。同時，燃燒較好時，控制鍋爐負(fù)荷不超額定 15%絕不超參數(shù)運(yùn)行。技改爐膛噴涂料，爐膛出口三周保溫噴涂料打掉與費(fèi)斯頓管下

17、部平齊（現(xiàn)已技改為耐火搗打料），降低爐膛出口煙氣溫度。同時，每一次停爐對一二煙道的水冷壁積渣清理干凈，增加爐膛和一煙道的換熱，降低對流管束處的煙溫。從而也降低煙氣中夾帶飛灰的熔點(diǎn)溫度，減少積灰的形成。其次，垃圾電廠積灰還可以通過 在焚燒爐內(nèi)加入適宜的添加劑脫除堿金屬，對于 解決垃圾焚燒過程中堿金屬積灰，是便捷有效的辦法。研究表明鋁硅類礦物質(zhì)可 以脫除煙氣中的堿金屬，對防止堿金屬積灰有一定的效果。其中高嶺土效果較為明顯，高嶺土不僅可以和堿金屬化合物反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的鋁硅酸鹽，而且可以減 輕沉積物中氯元素的富集。因此，可以作為垃圾焚燒爐內(nèi)堿金屬脫除劑使用。爐內(nèi)噴入添加劑，目的是脫除堿金屬，提高熔點(diǎn)，減輕結(jié)渣，一般常用的方法如下： (1)氣態(tài)堿金屬通過化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)形式(爐內(nèi)添加高嶺土)；(2)通過物理吸附固化下來(利用活性磯土)；(3)使用除渣劑(磯土、碳化硅、氧化硅)，提高灰熔點(diǎn)，降低結(jié)渣。8、結(jié)論對于三驅(qū)動爐排焚燒爐在我公司是從電腦理論走入成功實(shí)踐的典范工程，我們已經(jīng)運(yùn)行了四年多的時間，積累了很多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和檢修經(jīng)驗(yàn)，大小技改本人主持過多 項(xiàng)，因我們?nèi)?qū)動垃圾爐是國內(nèi)首創(chuàng)，積灰問題一直是我們的主要問題，其他垃圾 爐或許比我們更嚴(yán)重。經(jīng)歷幾年來的技改和摸索，通過以上措施抑制鍋爐積灰，現(xiàn) 基本走出了每月每臺爐積灰停爐的