循环流化床垃圾焚烧锅炉技术

余热 锅炉 2 0 1 4 I 循环流化床垃圾焚烧锅炉技术 杭州锅炉集团股份有限公司 刘志施杰峰 摘 要本丈介绍了循环流化床垃圾焚烧锅炉发 电技术 对其基本原理 特点 优势 及流化床垃圾焚烧锅炉设计特点等进行论述 它是一项符合环保要求且节能的新技术 真正实现 了垃圾处理的减容化 无害化 资源化 使垃圾成为一种新的可利用能源 目 前垃圾 污染越来越严重 用循环流化床垃圾 焚烧炉处理垃圾不失为绿 色处理方式 既保 护环境避免产生二嗯英这样的剧毒气体 还能变废为宝 关键词垃圾污染 焚烧处理 焚烧锅炉 洁净环境 1概述 当今世 界 环境污染已成为仝球性的问 题 垃圾是人类牛活的产物 随着经济的发 展和物质消费的日趋现代化 城市生活垃圾 逐年增多 2 0 0 0年我国城市生活垃圾的产 量达 1 5亿吨 年 量火而广的城市生活垃 圾造成城镇严重的社会问题 这些垃圾污染 水质 土壤 大气 传播疾病 影响人类的 生存环境 同时还侵 占了大量 的土地 影响 城市的环境质量和可持续发展 如何将这些 垃圾做到减量化 无害化 资源化处理 成 为社会普遍关注的问题 城市生活垃圾的处理方式有填埋 堆肥 焚烧等 我国绝人多数城市的垃圾采取简单 填埋方式 这种方式简便易行 处理量大 但 占用了火量耕地 l司时造成二次污染 近 年来 垃圾焚烧 由于处理量大 速度快 占 地面积小的优 点 逐渐成为生活垃圾处理的 主要方式 2城市生活垃圾焚烧发电工艺流程 城市生活垃圾 的焚烧发 电是利用焚烧 炉对生活垃圾中可燃物质进行焚烧处理 通 过高温焚烧后消除垃圾 L J 人量的有害物质 达到无害化 减量化 的目的 同时利用回收 到的热能进行供热 供 电 达到资源化 垃圾焚烧发电系统中关键是焚烧炉型 目前国内应用的焚烧炉型丰要有两种 一是 进 口的机械炉排式的马丁炉排炉 投资费 极高 一般城市难 以接受 且运行成本高 另一种是流化床式的循环流化床炉 它是一 种适应国内垃圾低热值 高水分 难以着火 问题的炉型 正在国内逐步推广应用 循环 流化床垃圾焚烧发 电工艺流程如图 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 余热 锅炉 2 0 I 4 1 3 循环流化床垃圾炉的基本原理 固体粒子经与气体或液体接触而转变 为类似流体状态的过程 称为流化过程 流 化过程川于燃料燃烧 即为流化燃烧 其锅 炉称为流化床锅炉 循环流化床锅炉 设 炉排 以和风板取代 在炉 内铺设一定厚度 一 定粒径范围炉渣作为昧料 通过底部布风 板数入一定压力的空气 将床料吹起 滚动 搅拌 翻滚 燃料 在炉 膛 内实现燃 烧和 放热 被吹j I I 炉膛的高温 固体颗粒通过旋风分离 器和返料器被送回炉膛 形成炉 内物料的平 衡 流化床 气I 划混合强烈 垃圾入炉后 j 炽热 的床料迅速混合 垃圾被充分加热 I 煤 燃 烬 流 化 床 燃 烧 温 度 控 制 在 8 5 0 一 9 0 0 之问 可有效地提高出口蒸汽 的参数 满足发电 供热要求 汽 轮 发 电 t L 1 Tu r bI n e Gen er a t or 城 市 生 活 垃 圾 焚 烧 发电 工 艺 系 统 流 程 图 W as t e t o En er gy Pr oces s Flow Cha r t 1 4 循环流化床垃圾焚烧锅炉的优势 循环流化床垃圾焚烧技术 口趋成熟 给 料 排沧 燃烧控制 尾气处理设备成套化 小需要复杂的预处 iJl i己 套常规汽轮发电设 备 具有显著的环境和经济效益 4 1 运行优势 1 适应 焚烧低热值 高水分的垃圾 焚烧垃圾时 采f 1 J L 十倍于垃圾量的石英 砂 或炉灰 作为床料加热垃圾燃料 垃圾 和床料都处于 岛速空气形成的流化状态 它 们之问的接触 掺混和热交换都 l 分强烈 瞬时即可干燥高水分含晕的垃圾 并在 L 秒 之内把它引燃 使其稳定燃烧直到完伞燃 因而适合焚烧低热值 高水分的生活垃圾 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 余热 锅炉 2 O l 4 1 9 其残渣中的未燃份 即炉渣热灼减率 1 2 流化床焚烧炉适宜于燃烧组份复杂 的城市垃圾 流化床 由于掺混和热交换效率 高 可以同时燃烧形态各异 气 液 固等 热值悬殊的燃料和废弃物 适于混烧各种生 物质燃料 如秸秆 甘蔗叶等 效果 良好 特别是可以焚烧处理垃圾堆放 储存过程中 产生的垃圾渗沥液 解决了困扰炉排路工艺 的垃圾渗沥液一次污染问题 同时由于炉内 没有炉排等复杂的传动机构 设备故障率低 运行负荷变动范围可 宽达 3 0 1 0 0 随着 近些年对循环流化床垃圾焚烧工艺的系统 研究逐渐深入 设计先进的垃圾给料和底渣 排出设备的研制开发 使循环流化床垃圾焚 烧炉对垃圾的分选和预处理要求越来越低 许多新建 的循环流化床垃圾焚烧项 目甚至 不需要特殊的预处理工艺就可以达到稳定 运行的效果 3 单炉处理量较大 经过多年改进和 技术进步 尤其是J 内一 些科研机构 人学 和锅炉厂家致力丁人型循环流化床焚烧炉 的开发 目前的单炉处理能力 已达 4 0 0 5 0 0吨 同 已适应大型垃圾焚烧厂的建设要 求 4 2环境友好 1 循环流化床焚烧炉因实现了均匀的 燃烧温度 并采用了分级配风及炉内添加石 灰石等措施 能彻底分解有毒有害物质 有 效控制 NOx S Ox的生成 2 循环流化床垃圾焚烧工艺是公认的 可以有效遏制二嗯英类物质产生 的垃圾焚 烧工艺 国内已建的循环流化床垃圾焚烧项 目的焚烧尾气中二 嗯英类物质 的排放浓度 均远远低于 G B 1 8 4 8 5 生活垃圾焚烧处理 污染物排放限值 二嗯英类物 中的相关 规定 其控制 嗯英及呋喃生成的主要措施 包括 a 用了技术成熟可靠的炉膛和布风结构 使垃圾在焚烧炉中得 以充分燃烧 T艺巾通 过调整空气流量 速度和注入位置 减少 C O和元素碳 以减少二嗯英的浓度 b 通过 良好 的燃烧控制 使炉膛或进入余 热锅炉前的烟道内 烟气温度不低于 8 5 O 炯气在炉膛 的停留时间 3 4 s 0 2 浓度不少 于 6 并合理控制助燃空气的风量 温度 和注入位置 即 三 T E 并 时问 温 度 湍流度 过量空气系数 控制法 炉膛 内部温度场非常均匀 不产生燃烧死 保 证垃圾的充分燃烧 c 由于循环流化床 内部大 量高温惰性循 环物料的存在 垃圾燃料进入焚烧炉膛后瞬 间被干燥 引燃 与循环物料发生剧烈掺混 垃 圾焚 烧 处 理 过程 中迅 速 通 过 容 易产 生二 噫英类物 质及其前驱物 的 3 5 0 5 o 0 温度 区间 减少 了炉膛内部二嗯英的产牛量 控 制余热锅炉排烟温度不超过 2 0 0 C 烟气除 尘采用布袋除尘器 以减少 嗯英的再合成 d 循环流化床采用炉 内加碳酸钙对垃圾 焚烧过程 中产生的 S O2 等酸性气体进行脱 除 有研究表明 C a O C a O H 2 及其盐型产 物 C a C I 2 C a S O 4 及 C a NO 3 2 对二嗯英前生 体 P C P及 HC B生成 P C D D F s 具有 滞效 果 结果表明 碱性的 C a O C a OH 2 对该 两类前生体生成 P C DD F s具有显著的 滞 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 0 余 热 锅 炉 2 0 1 4 1 效果 可以遏制垃圾焚烧过程中二嗯英类物 质的生成 e 铜等元素 的催化作用 也会对二噫英 类物质的形成 牛 定的影响 如果在垃圾 焚烧过程中j 牛过多的米燃烧物质 并存在 适 阜 的触媒物质如C u C 1 2 F e C I 3 时 在 3 O 0 5 0 0 C的温度 卜 会产牛二噬英类物质 如果 炉膛内存在一定数量的 S O 铜元素将首先 与 O 2 S O 2 结合生成 C u S O 4 从而阻断铜 元素对二嗯英类物质的触媒作用 由于循环 流化床焚烧处理垃圾时 添加 了一定比例的 辅助燃煤 燃煤中含有的 S元素燃烧生成 S O2 根据 以 I 作用原理 对二嗯英类物质 的牛成产牛遏制作用 3 南于牛活习惯和牛活水平的差异 I I 国家城市 上活垃圾中重金属含晕较少 垃圾焚烧飞灰r f 重金属的含量相应减少 对 多个循环流化床垃圾焚烧项 F 焚烧 飞灰的 考察结果表明 多数主要用来处 城市生活 垃圾的循环流化床垃圾焚烧厂飞灰中重金 含量较低 符合 危险废物鉴别标准 浸 出毒性鉴别 巾规定的相应限值 而且 由于 循环流化床垃圾焚烧上艺对二 英类物质 生成的遏制特性 垃圾焚烧过程产生的烟气 巾 英类物质的浓度较之其他垃圾焚烧 工艺低很多 因此吸附至垃圾焚烧飞灰表而 的二嗯 类物质的浓度也较低 4 3 经济效益 1 设备 产化率高 流化床焚烧炉 源于石油化工上的反应塔 流化催化裂化等 装再 炉 内没有运动部件 材质要求不很严 格 焚烧炉炉体及其 属设备围内可 以加T 制造 国产化率高 有利于降低设备及 日后 的维护保养 循环流化床垃圾焚烧项 口的投 资一般比炉排型垃圾焚烧项 日低 3 0 4 0 同产化 垃圾处 补贝 占 一 般在 5 0 1 0 0元 吨即 保证系统的正常运行 2 发电晕大 经济效益好 循环流 化床垃圾焚烧技术将 发电量较同等蒸发量 规模 的炉排型焚烧炉提高 了 3 0 以上 提 高了整体的经济效益 降低 了设备投资 保 证了安令运行 5 循环流化床垃圾焚烧锅炉的设计要点 生活垃圾的组成成分具有复杂性和多 变性的特点 不同地区 不 的生活水平 惯 不同的季节等组成成分不同 但基本 组成 成分市 开 差不 多 我 生活 垃圾热值 较低 水 分含量高 一股 为 4 0 6 0 热值 一股 在 3 3 0 0 5 5 0 0 K J k g范 围内 r 九 于垃圾 燃料 热值较低 因此垃圾燃料 的着火 燃烧 稳 定运行非常困难 同时垃圾中的合成树脂类 如聚氯乙烯 P VC 人造橡胶 人造革 泡沫塑料 苯乙烯 等含有较多的有机氯化 物 而厨房垃圾则含有氯化钠 氯化钾和氯 化镁等尤机氯化物 造成了烟气L J 的各种有 机氯和无机氯浓度提高 使得锅炉的受热而 发牛高温腐蚀现象和空预器部位 的低温腐 蚀现象 由于垃圾燃料成分相对于常规燃煤 有较大差异 具有 自身的燃烧特性 埘锅炉 的设计也提出了特殊的要求 5 1 炉膛 垃圾焚烧 炉炉膛 的设计与常规循环流 化床有一定区别 除了常规的受热而布置 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 1 燃料送入点 燃烧速度的控制等以外 还要 考虑二嗯英的三 T 技术要求 即焚烧温度 高 8 5 0 9 5 0 C 停 留时问长 燃烧气体在炉 内的停留时间一般不低于 3 s 湍流度好 在炉膛合适的位置开孑 L 分级送风 使气体与 垃圾进行 良好 的混合形成湍流以便使其充 分燃烧 因此 这就需要从炉膛的高度 二 次风 u的切入点 高温循环坎的切入点 避 免水冷壁磨损 水循环动力等方面综合考虑 进行设计 对于中温 中压垃圾焚烧炉 一般 炉内流化风速设计应在 5 m s 左右 炉膛的 高度应在 2 0 m 左右 在二次风口以下的床 层应采取较小的横截面积 并 向 渐扩的结 构 如果截面积保持与上部相 同 则流化质 量会下降 特别在低负荷时容易导致流化不 良甚至不能流化等现象 通过运行观察得知 在炉内落料 口上部 又 域燃烧 的大部分为高 热值垃圾 而大部分的低热值垃圾 无机组 分负热值垃圾会在炉膛的中下部燃烧 会对 床层温度稳定有一 定影响 为了维持床层温 度的稳定 若通过增加掺烧煤量 这样会增 加运行成本 因此在设计刚 首先要考虑炉膛 内壁敷设浇注料 较少水冷壁吸热 成为绝 热炉膛 垃圾燃烧放 出的热量主要来加热 自 身烟气到 9 0 0 以上 炉膛水冷壁的作用不 再是蒸发吸热 而是要确保炉膛 出口温度在 各种 T况下在 8 5 0 以上 同时确保返吲的 飞灰温皮在 8 5 0 9 5 0 范围内 垃圾炉的分 离器一般设计应为绝热式分离筒体 这样 就可 以利用飞灰米加热床层而满足整个炉 膛垃圾焚烧所要求的温度 其次是尽可能提 高炉内内循环的份额 让高热值的垃圾释放 出的热量通过 内循环灰 的传递来补充负热 值垃圾吸收的热量 使整个炉膛的轴向温度 趋于均匀 在循环流化床垃圾焚烧炉炉膛 的设计 中 如果充分考虑到 以上 问题 可借助垃圾 自身发出的热量来建立稳定燃烧的温度场 提高垃圾与煤的比值 发挥循环流化床垃圾 焚烧炉的优势 目前 已有循环流化床垃圾焚 烧炉项 目炉膛采用敷设浇注料 绝热炉膛的 方式 垃圾燃烧所产生的热量维持燃烧产生 的烟气 身温度在 9 0 0 C以 为了垃圾燃 料的加热 着火 稳定燃烧创造 了有利的环 境 实现了纯烧垃圾的 口的 为用户带米更 大的经济效益 5 2尾部对流受热面 尾部受热面主要为过热器 省煤器或对 流管 在运行中存在诸多如过热器管束磨损 积垢严重影响主蒸汽温度 省煤器管束磨损 积灰 管内介质流速过低造成整组管束变形 等问题 针对此类问题 在设计时应从 以下 几个方而予以考虑并有针对性的采取措施 1 如果没有特殊 的防腐防磨于段的情 况下 在热力设计 中应选择合适的炯气和工 质流动速度 既要考虑防J L 烟气侧磨损 义 要考虑使工质能尽快带走通过管壁传来的 热量 过热器进 口烟温应取在 7 5 0 以下 防止 HC 1 S O3 等酸性气体对管壁 的高温腐 蚀 以及焦硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐 蚀 2 生活垃圾燃烧过程 中南灰渣形成低 熔点的化合物极易使管壁积灰 所 以需要留 有一定的管排节距 并采用合适的脉冲激波 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1 2 余 热 锅 炉 2 0 l 4 1 吹灰器 且管排尽每采用顺列布置形式 3 选择合适的蒸汽参数 对流烟道烟 气进 l l 的高温过热器选用 T P 3 4 7 H 不锈钏 作为过热器高温段的材料是比较合适的 可 以有效的防止和减弱高温腐蚀的影响 4 山于垃圾焚烧放热波动较大且对受 热面存在粘污 所以过热受热面在设计中必 须要有较大的富裕量 且必须校核在低负荷 高负荷和变负荷等多种T况下过热器参数 是否满足要求 5 3二次风 u 二次风一 般分两层或三层从一定的高 度送入炉膛 提供完伞燃烧所需的氧气 存 设计巾 一次风送入的位置与速度非常重要 因为送入位置决定了密相区的高度 密相区 作为一个稳定的温度场与储能区 这一区域 的大小也就决定了燃料是否能完全裂解及 变负荷下床温的稳定性 较低 的密相区能降 低能耗 根据工程经验 二次风送入高度一 般距离布风板 1 5 3 m 左 笔者在工程实 践L J 一般取 2 3 m 另外送入 的风速 决定 了射流 的刚性与 射程 试验表 明 大型循环流化床二次风在 冷态下的流速在 7 0 m s左右时方可达到炉 内完仝混燃 的效果 巾压锅炉在 5 0 m s 左右 即可满足运行要求 在设计中考虑到燃烧垃 圾的特殊性和加强混燃及扰动效果要求 需 要留有一定的余量 运行中具体风速需要根 据炉膛高度 深度及穿透深度及在炉墙的布 置形式而定 5 4排渣 口 垃圾入炉后带进床层的粗颗粒最终 会影响床层的流化质量 所以调整流化质量 是循环流化床垃圾焚烧炉的 个土要任务 而流化质量的调整主要是通过排渣来实现 的 通过观察 次风风量 风室风压及料层 压力的升降来判断床层 的厚薄 然后再对排 渣机的转速进行调节来控制床层 并维持床 层粗细比例不至于失调 因此在设 计巾需考 虑排渣 口的位置和排渣口L J 径大小 通过大量的工程实践发现 排渣 口位置 设计应尽量避开给煤 口 否则在排放粗颗粒 物料时原煤与底 料很容易一起排走而增加 运行成本 另外排渣 口的中心线应对准垃圾 落料 口的中心线 以利十最人化的排除粗颗 粒 尽可能少细颗粒物料的排出 保证流化 质量及避免过大的灰渣热损失 而且运行实 践后发现 将排渣口布置在布风板的中前部 比布置在后部和中部史有利用大颗粒物料 的排除 凶为在运行中发现垃圾焚烧后土要 的大颗粒主要集中在布风板 的中前部 往后 摊移的速度很慢 如果排渣口设兄 L J 部或 后部 很难将人颗粒物料及 时排j I I o 除了排渣 口位置外 同时还需晕视排渣 口口径人小的设计 甭则影响锅炉的安全 连续 经济运行 山于我国的城市生活垃圾 成分极其复杂 运往焚烧厂的牛活垃圾巾常 掺有较大份额的建筑 工业垃圾等难排除的 不可燃垃圾如陶瓷 金属 混凝十 轮胎焚 烧后残留铁丝等 排渣u U径人小的设计对 锅炉的连续稳定运行有很大影响 布排渣 L J 口径的设计上从早期的后墙方形排渣 口改 进为布风板中后部布兄 p l 5 9 mm 网彤排渣 口 后来又设计在布风板中部 右侧各布置 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 1 一 个 p 2 1 9 mm 圆形排渣 口 接着又改在布 风板中前部布置 q 2 7 3 mm或 q 3 2 5 mm的圆 形排渣 口 且采用圆形排渣管时 设计应 注意设置一个浇铸件短管与下部的不锈钢 管焊接而成 以防止 口子变形造成堵塞 通过大量运行实践发现 采用矩形口 径为 3 0 0 mmx 5 O O mm或 3 0 0 mm 6 O O mm 材质全段采用铸钢件 的排渣管 即可有效 防止排渣管变形 又