(陈高飞)浅谈垃圾锅炉积灰及对策

1、（ 陈高飞 ） 浅谈垃圾锅炉积灰及 对策浅谈垃圾焚烧炉受热面积灰及对策陈高飞关键词：垃圾炉 受热面 过热器积灰 预防措施1、引言常州绿色动力环保热电有限公司垃圾锅炉为绿色动力环境工程 有限公司自主研发的三驱动机械炉排炉，日处理 1050t/d，配套三套 余热锅炉 WGZ27.8-400 /4MPa，一期工程于 2006 年动工建设，于 2008 年 4 月份进入商业运行；二期工程于 2009 年动工建设， 201 年投入正常运行。 余热锅炉采用四烟道立式布置， 对流受热面积灰表 现明显，最初受热面积灰被迫停炉次数较多， 严重困扰了锅炉的正常 运行调整和连续运行时间， 大大增加了运行费用和设备因

2、启停造成的 损耗。运行时间最初为 1个月左右，经过多方面的改造、 控制和调整， 现在已得到了有效控制， 连续运行时间可以保证 3 个月以上，余热锅 炉利用效率大为提高，单炉日垃圾处理 350t 以上，负荷率为 105% ， 吨位垃圾产汽达到 1.8 以上。下面，就针对常州绿色动力积灰浅谈自 己的见解。2、改造前积灰部位分析图一对流管束运行一个月后积灰 图二高温过热器 运行 50 天后积灰图一：对流管束入口积灰情况： 对流管束结构：对流管束布置于三烟道内， 级过热器的前面。 蒸发管束的管子成倾斜状，以避免产生汽水分层。蒸发管束与第 二隔墙、后墙水冷壁组成水循环回路。共分上下两级，各 50 组，

3、共 100组，每组 4 根组成。管道规格为： 42*4.5，每组之间的管 壁距离为 70.5mm，节距为 114mm，其中布置有 24 根吊挂管。 锅炉连续运行 20 天左右，锅炉负荷维持在 2332T/H，对流管束 入口烟温从 450升至 720，且三烟道入出口负压测点压差不断增 大，烟气通流面积减少， 被迫降低锅炉负荷， 以至难以维持正常运行 被迫停炉。 停炉后检查积灰部位： 三烟道对流管束入口处管子与管子之间间隙 几乎被全部堵死， 锅炉运行后期因积灰换热效果较差， 烟温偏高， 至 积灰成熔融状且较硬的灰块， 受烟气冲刷的影响表面管子挂有成 （钟 乳岩）状的挂焦。图二：高温过热器出口与中温

4、过热器接口部位积灰： 由于管组中间部位脉冲吹灰器难以形成有效的冲击，加上管束节距偏小，首先在高温段中部堵塞，形成一个堆积平台 上部挂灰到一定程度时受重力影响落在管组表面逐渐堆积， 其次， 吹灰器只是吹扫管束表面。吹下来后也层层叠加，在接口部位堆 积成山丘模样，更加重了烟气通流面积的减少。3、积灰对垃圾炉的危害使炉内传热变差， 加剧了结渣过程。 受热面结渣后， 由于灰渣层导 热系数小， 表面温度急剧上升， 高温烟气贴近灰渣层表面时不能充分 冷却，进一步加剧了结渣过程。 严重时会造成管壁温度过高使管壁超 温，缩短管子的使用寿命，甚至失效爆管。烟道水冷壁积灰、结渣严 重时，因换热效果差，还会使蒸发量

5、减少。炉膛内结渣或积灰时， 炉膛出口烟温将升高， 引起蒸汽温度偏高或 热偏差增大。 对流换热面积灰、 结渣较多时， 多数并发高温腐蚀。 发生高温腐蚀 的内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 处于高温烟气的环境中， 壁面邻近的区域中形成还原性气氛， 使灰熔 融性温度降低， 加剧结渣过程， 并使管子表面产生高温腐蚀。 不但积 灰粘附管壁造成腐蚀，垃圾燃烧后的高温烟气也会给管束造成腐蚀， 一般在燃烧区域较高段腐蚀较为严重。 锅炉效率降低。 受热面积灰、结渣后，各段受热面出烟温相应提高， 使排烟损失增大。 炉内水冷壁结渣时。 还有可能引起炉膛出口处的受 热面结渣，致使锅炉不能满

6、负荷运行，甚至被迫停炉。 结渣严重时，大块渣落下可能会砸坏炉底水冷壁或阻塞排渣口。 在传热减弱的情况下， 为维持锅炉出力需消耗更多燃料， 使引、送 风机负荷增加， 引起电耗增加。 并且由于通风设备的容量有限， 加之 结渣时易发生烟气通道阻塞，可能会造成引风量不足，燃烧不完全， co浓度大，一些可燃物被带到对流受热面， 在烟道角落堆积起来继续 燃烧，即发生所谓“烟道再燃烧 ”现象。其后果极具破坏性。 烟道对流换热面积灰严重时， 通风阻力增大， 在管束区域形成烟气 走廊，局部烟气流速过快， 对管束造成冲刷和磨损， 严重时引起爆管 事故， 增加对设备的危害和检修运行成本。 总之，锅炉尾部受热面的 积

7、灰会引起很多问题 , 主要有经济性和安全性两个方面 , 积灰可以降 低炉内受热面传热能力 , 增加传热阻力 ,降低锅炉经济性 ; 在高温烟气 作用下, 积灰会与管壁发生复杂的化学反应 ,形成高温腐蚀 ;使锅炉连 续运行周期缩短 ; 积灰清除困难 , 增加工人劳动强度。3、 垃圾锅炉积灰的因素炉管壁面的积灰、 结渣是一种普遍现象， 在炉膛内火焰中心处的温 度高，燃料中的灰分大多呈熔化状态， 而在炉管壁附近的烟温则较低， 一般在接触受热面时已凝固，沉积在壁面上成疏松状，就形成积灰： 如果烟气中的灰粒在接触壁面时仍呈熔化状态或粘性状态， 则粘附在 炉管壁上形成紧密的灰渣层， 就形成了结渣。 结渣主要

8、由烟气中夹带 的熔化或部分熔化的颗粒碰撞在炉墙、 水冷墙或熔融的沉淀物形式出 现在辐射受热面上。积灰主要因素有： 烟气携带灰份：城乡接合统筹收集的垃圾中水分、灰分较大， 其中水分为 25%50%,灰分为 15%30%，同时还富含有大量生物质， 生物质中碱金属含量较高， 此外有塑料、 橡胶等有机制品。 这给垃圾 焚烧带来了极大的困难。 焚烧炉一次风量越大、 一次风压越高、 炉膛 负压越大，那么烟气携带飞灰就越多。负荷越高，烟气量也就越大， 所携带的灰分也就越多。 炉排翻动频率越高， 烟气扬析所带的灰分也 就越大。高温炉渣落入水冷出渣机中的瞬间会产生大量的水蒸气， 这 时炉内会产生极大的正压， 为

9、保持炉内负压， 引风机就会开大， 烟气 所携带的灰分也就变大。 给推料器平台与干燥炉排之间的落差， 各级 炉排相互间的落差，垃圾中的细灰在燃烧过程中，经过这两个“落 差”时，都会被风烟带走， 设计的落差越大， 带走飞灰的可能性越大。 焚烧锅炉积灰结渣由许多复杂的因素引起， 如炉内空气动力场、 炉 型、燃烧器布置方式及结构特性， 垃圾的尺寸等都将影响炉内结焦状 况。保证空气和燃料的良好混合， 避免在水冷壁附近形成还原性气氛， 合理而良好的炉内空气动力工况是防止锅炉内结渣的前提。一般来 说，过热器管道的节距一般需大于 150mm，运行过程当中二次风需长 期保证运行， 减少扬析损失和在烟道灰粒沉积。

10、 锅炉对流换热面结构 一般立式布置于卧式烟道中等等能减少烟道积灰的程度。5、积灰成分分析图三：管壁下部积灰块 图四：管束积灰块垃圾烟气飞灰中的碱金属元素比较高。而水溶性的碱金属化合物在高温区中会发生气化， 气化的碱金属化合物与挥发性氯结合形成了 碱金属氯化物。 当烟气中有足够的硫存在时， 大部分碱金属氯化物会 和硫化物发生反应生成硫酸盐。 对于炉内高温受热面的积灰来说， 硫 酸钠与硫酸钙或钠， 钙与硫酸盐的共晶体是形成粘性灰沉积的基本物 (图四)。硫酸钠的熔点 (888oC)低于硫酸钾 (1027oC) ，因此在碱金 属化合物型积灰的形成过程中， 起主要作用的是 Na2SO，4 它常构成灰 沉

11、积物中的液相成分。凝结后的 Na2SO吸4 收烟气中的 SO3，并与受热 面上及沉积物中的 Fe2O3进一步反应，生成碱金属复合硫酸盐 (图三)， 如Na3Fe(SO4)3。其熔点很低， 只有 600oC左右，而高温对流受热面的 壁温可达 650oC700oC左右，因此生成的碱金属复合硫酸盐可处于熔 融态，并作为一种粘性基覆盖在管道表面上。 这是管道表面上形成的 积灰的初始原因。 形成后的表面具有粘性， 能进一步捕捉飞灰。 气化 的碱金属成分在凝结过程中， 颗粒间的接触面积增大， 有时候伴随着 液相的存在， 从而也为飞灰间的快速烧结提供了条件。 同时由于尾部 烟道受热面管束设计间隙较小， 管束

12、阻力会不断地迅速增长， 直到烟 道完全堵塞，被迫停炉。6、积灰的形成机理积灰过程主要是灰分在燃烧过程中形态变化和输送作用的结果。 灰粒沉积于管壁上， 逐渐粘结，熔融硬化。初始阶段主要是沉积为主， 尤其是管壁粗糙沉积速度更快。 影响灰粒沉积的因素主要有四个方面 热迁移、惯性撞击、凝结、化学反应。这也可以分为与固体颗粒有关 的因素（热迁移和惯性撞击 ） 以及与气体有关的因素 （凝结和化学反 应） 。灰粒在管壁上沉积可以分为两个不同的过程。一个为初始沉积层 的形成过程。初始沉积层由挥发性灰组分在受热面的壁面上冷凝和微 小颗粒的热迁移沉积共同作用而形成。 初始沉积层中的碱金属类和碱 土金属类硫酸盐含量

13、较高 ,并与管壁金属反应生成低熔点化合物 , 强 化了微小颗粒与壁面的粘接。 另一个是较大灰粒在惯性力作用下撞击 到管壁的初始沉积层上 ,被具有粘性的初始沉积层捕获 , 并使积灰层 厚度迅速增加的过程。灰粒沉积于管壁后，受高温烟气冲刷和反应，烟气中的灰粒越来 越多的粘附于积灰表面，因为垃圾中的灰份熔点较低， 烟气达到 600 以上时就会在软化粘结，随着表面越粘越多，积灰也会越来越严重， 就像滚雪球一样。只要积灰沉积扩大，锅炉运行周期也就会很快缩短。7、预防积灰及延时积灰的措施垃圾焚烧炉积灰一直是我国垃圾电厂的通病，要完全杜绝是无法 实现的，只有采取有效措施抑制积灰的形成， 针对我公司的结构特点

14、，采取了以下措施： 因我公司对流管束布置较多，管距偏小， 2008 年进行了对流管束 改造，取消部分对流管束，改造后对流管束管间距由 70.5mm 增 加至 184.5mm。烟气流速明显增大，通风阻力大为减少，对流管 束进口烟气压力与省煤器进口烟气压力差由原来 100pa 左右降至 50pa 左右。锅炉出口负压由原来的 -1000 多帕降至现在的 -400 -500帕，低于设计值，确保了焚烧炉正常的炉膛负压。 加强炉温控制在 850-1000 范围内， 炉内温度是影响积灰最重要 的因素。降低温度是防止积灰最有效的手段，但是，炉内温度降 低势必影响炉内稳定燃烧，在这里重要的是要找出一个温度平衡

15、点，在这个温度及其分布下，炉内燃烧稳定，而又不发生严重积 灰。控制好炉内温度水平。 加强燃烧调整，合理控制一二次风量与垃圾量配比，减少烟气飞 灰带出。主要对干燥段一次风电气变频控制在 30Hz 以内，燃烧段 一次风电气变频控制在 40Hz 以内，降低烟气流速。 根据送风的 恒定及时调整推料速度及炉排速度，并控制好料层厚度，确保床 体平整、无生料、炉温稳定。对流管束进口烟温控制在600范围以内。 通过的运行来看，锅炉在运行了一个月后，水平烟道受热面上就 开始有了积灰，吹灰器不容易吹下来，这时打开尾部烟道人孔， 伸入一根长的钢管， 利用压缩空气可以有效地吹掉管壁上的积灰。 而且将在线清灰做为定期工

16、作，由专人监督每隔两天或者三天进行一次。在没有人工清灰前，我们锅炉的运行周期是 50 天左右， 而增加了捣灰平台进行人工清灰， 现在运行周期可到 70 天，最长 的时候到了 80 天。 加强激波吹灰：吹灰由原来的每班一次增加至每班两次。对重点 过热器及对流管束区域每班吹灰五次。 通过以上措施还没用彻底解决公司积灰的根本状况， 于 2009 年初 对高温过热器段进行了蒸汽吹灰技改，技改如图所示：在原安装孔在过热器烟道对流管束出 口和高 过入口处拆除原设计安装的 1、2 两台脉 冲（激波）吹灰 器。第 16 页 共 15 页处 安 装 两 台 长 伸 缩 式 旋 转 蒸 汽 吹 灰 器吹 灰 半

17、径 如对原有的清灰平台加长至8米并加固平管道系统的现场安装。蒸汽管道的保温材料的铺设。电缆（包括吹灰器、阀门的电源电缆和控制电缆）的供货和敷设， 校对线等。蒸汽来源于主蒸汽母管， 减压后进入吹灰器，疏水至疏水箱，现 场和 DCS远控布置有流量计和压力表及调节器。通过安装调试完成后， 规定每天或两天一次的吹灰， 锅炉连续运 行时间上升了一大步，正常运可以运行 100 天，最长运行时间 135 天，满足了我公司生产所需。 垃圾搭配、投料均匀，必要时用播煤器在垃圾中掺入少量的烟煤， 从而保证垃圾热值， 稳定炉膛温度， 避免炉温低于 800，防止挥 发份在烟道再燃烧。同时，燃烧较好时，控制锅炉负荷不超

18、额定 15%，绝不超参数运行。 技改炉膛喷涂料，炉膛出口三周保温喷涂料打掉与费斯顿管下部 平齐（现已技改为耐火捣打料） ，降低炉膛出口烟气温度。同时， 每一次停炉对一二烟道的水冷壁积渣清理干净，增加炉膛和一烟 道的换热，降低对流管束处的烟温。从而也降低烟气中夹带飞灰 的熔点温度，减少积灰的形成。 其次，垃圾电厂积灰还可以通过 在焚烧炉内加入适宜的添加剂脱除碱金属，对于解决垃圾焚烧过程中碱金属积灰，是便捷有效的办法。研究表明铝硅类矿物质可以脱除烟气中的碱金属，对防止碱 金属积灰有一定的效果。其中高岭土效果较为明显，高岭土不仅 可以和碱金属化合物反应生成高熔点的铝硅酸盐，而且可以减轻 沉积物中氯元素的富集。因此，可以作为垃圾焚烧炉内碱金属