城市生活垃圾焚燒發(fā)電鍋爐的燃燒控制與調(diào)整是電廠運(yùn)行中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒提高垃圾燃燒熱效率是垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究課題之一。本文以爐排層燃垃圾焚燒發(fā)電鍋爐為例，從垃圾燃料特性、垃圾料層厚度、一次風(fēng)和二次風(fēng)等方面闡述垃圾發(fā)電鍋爐的穩(wěn)定燃燒控制與調(diào)整，為垃圾焚燒發(fā)電鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行提供參考。
城市生活垃圾焚燒發(fā)電具有無(wú)害化、資源化和減量化三大優(yōu)勢(shì)，對(duì)改善城市衛(wèi)生環(huán)境作用重大，是當(dāng)今處理城市生活垃圾的一種最優(yōu)途徑，已成為我國(guó)城市生活垃圾處理的最主要方法之一。
而目前國(guó)內(nèi)多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電鍋爐熱效率偏低，直接影響到垃圾焚燒發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。究其原因，是因?yàn)槟壳拔覈?guó)大部分地區(qū)，城市生活垃圾普遍具有水分高、熱值低的特點(diǎn)，熱值通常在4000~6000kJ/kg左右，且垃圾成份復(fù)雜多變，焚燒爐運(yùn)行各階段垃圾熱值相差較大，導(dǎo)致垃圾焚燒爐燃燒不穩(wěn)定和熱效率的下降。
如一規(guī)模為500t/d垃圾焚燒發(fā)電工廠，鍋爐運(yùn)行過(guò)程中垃圾熱值變化波動(dòng)較大，不但增加了風(fēng)機(jī)負(fù)荷，且垃圾隨著水分的增加降低了入爐熱量和入爐熱量有效利用率。
國(guó)內(nèi)科研單位針對(duì)垃圾特點(diǎn)開(kāi)展了一些相關(guān)理論研究，探討了影響垃圾穩(wěn)定燃燒的一些規(guī)律。本文結(jié)合實(shí)例從垃圾燃料特性、垃圾料層厚度、一次風(fēng)和二次風(fēng)等方面探討垃圾發(fā)電鍋爐穩(wěn)定燃燒技術(shù)，為鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有益的參考。
垃圾發(fā)電鍋爐的燃燒控制與調(diào)整實(shí)例
某一城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠，設(shè)計(jì)垃圾處理量500t/d，鍋爐主蒸汽流量47t/h，主蒸汽壓力6.50MPa，主蒸汽溫度450°C。鍋爐為單鍋筒橫置式自然循環(huán)水管鍋爐，采用往復(fù)式爐排，爐排面積68m2。燃料包括紙、木屑、紡織物、塑料、橡膠、 廚余、玻璃和金屬等在內(nèi)的城市生活垃圾。
圖1 城市生活垃圾往復(fù)爐排焚燒發(fā)電流程示意圖
往復(fù)爐排焚燒流程示意圖如圖1所示。一次風(fēng)由爐排下方的空氣室吹入，穿過(guò)垃圾層的同時(shí)與垃圾發(fā)生燃燒反應(yīng)。垃圾在爐排上的燃燒過(guò)程可分為干燥、揮發(fā)分析出、揮發(fā)分燃燒、焦炭燃燒和燃盡五個(gè)階段。二次風(fēng)由爐排上方的風(fēng)管吹入，使揮發(fā)性氣體和料床上未燃盡的垃圾燃燒。
垃圾料層厚度和爐排燃燒速度的調(diào)整
垃圾料層厚度調(diào)整是垃圾穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵因素之一。料層厚度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒和不穩(wěn)定燃燒。料層厚度太小，會(huì)減少焚燒爐的處理量和影響鍋爐負(fù)荷。
由于垃圾水份變化會(huì)造成垃圾熱值變 化，故需對(duì)爐排速度和垃圾料層厚度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。爐排運(yùn)行速度與料層厚度關(guān)系為：
L×V×H×ρ =C
式中： L——爐排寬度/m
V——爐排運(yùn)行速度/m·h-1
H——爐排料層厚度/m
ρ——垃圾堆積密度/kg·m-3
C——垃圾處理量/kg·h-1
表1為垃圾特性參數(shù)，表2為3種處理方案下的燃燒參數(shù)。
表1 垃圾特性參數(shù)
表2 三種方案下的垃圾燃燒參數(shù)
從三種處理方案得知，當(dāng)垃圾水份含量較高熱值較低時(shí)，如垃圾熱值4800kJ/kg時(shí)，在垃圾較薄料層厚度0.45m，較低爐排運(yùn)行速度7m/h情況下，雖有利于垃圾的燃燒，但日處理量304t/d和爐排總熱負(fù)荷3256kJ/h將不能滿足工廠運(yùn)行要求。
因此，處理水份較高的垃圾，需增加垃圾在爐排上的堆層厚度，通過(guò)提高一次風(fēng)溫和爐排風(fēng)壓滿足燃燒工況，從而滿足總熱負(fù)荷要求。對(duì)含水量較低熱值較高的垃圾，由于垃圾干燥階段時(shí)間較短，可適當(dāng)提高爐排運(yùn)動(dòng)速度來(lái)調(diào)節(jié)燃燒工況。
為保證垃圾日處理量要求和鍋爐熱負(fù)荷，應(yīng)根據(jù)垃圾水份變化，及時(shí)調(diào)節(jié)爐排的速度、料層厚度和一次風(fēng)溫確保垃圾的穩(wěn)定焚燒，爐排面上的垃圾層厚度控制在400 ~700 mm之間，火床長(zhǎng)度控制在爐排長(zhǎng)度的6/10~7/10處，從而調(diào)節(jié)垃圾的燃盡率。燃燒正常時(shí)，爐排上的火焰呈旺盛均勻的狀態(tài)，火床平齊。
一、二次風(fēng)和爐膜出口溫度的調(diào)整
一次風(fēng)各風(fēng)室的配風(fēng)比例對(duì)料層燃燒火床長(zhǎng)度影響極大，在運(yùn)行中，通過(guò)測(cè)量爐膜氧含量百分比濃度、一氧化碳含量百分比濃度、爐內(nèi)溫度和觀察火焰顏色及爐排面上垃圾的燃燒工況來(lái)調(diào)整總一次風(fēng)量以及爐排下各風(fēng)室的流量和壓力?？刂埔淮物L(fēng)量為總配風(fēng)量的70% ~80%，且使一次風(fēng)的總壓力調(diào)節(jié)為3.8 kPa以上。
爐排下各風(fēng)室的壓力和流量見(jiàn)表3。
表3 一次風(fēng)風(fēng)室比例及風(fēng)壓
一次風(fēng)風(fēng)溫控制可調(diào)整爐溫和垃圾的燃盡率。 提高一次風(fēng)風(fēng)溫，爐溫升高，對(duì)水份較高和較厚垃圾料層利于干燥和燃盡，但一次風(fēng)風(fēng)溫過(guò)高，容易造成爐溫過(guò)高影響爐排壽命。因此，一次風(fēng)溫應(yīng)根據(jù)爐排上垃圾水份和燃燒狀況靈活調(diào)節(jié)，燃燒區(qū)間后移可適當(dāng)增加一次風(fēng)量強(qiáng)化燃燒速度，促使燃燒位置前移保證垃圾燃盡。
當(dāng)燃燒區(qū)間前移或主燃燒區(qū)料層變薄缺料時(shí)，應(yīng)主動(dòng)減少一次風(fēng)量減緩燃燒速度，促使料層厚度增加，避免燃燒脫火。一次風(fēng)溫度調(diào)整在150 -260℃，進(jìn)而調(diào)整爐溫和垃圾的燃盡率。二次風(fēng)設(shè)計(jì)為常溫，可通過(guò)調(diào)整二次風(fēng)的進(jìn)口閥門調(diào)整二次風(fēng)壓和風(fēng)量。
二次風(fēng)的風(fēng)量調(diào)整通過(guò)觀察二次風(fēng)噴嘴附近火焰的顏色、測(cè)量爐膜上部的溫度和測(cè)量爐內(nèi)一氧化碳含量百分比濃度確定。二次風(fēng)量調(diào)整為總配風(fēng)量的20%~30% ，在運(yùn)行中保持二次風(fēng)的風(fēng)壓為0.55kPa水柱。
爐膜出口溫度盡可能保持恒定，一般控制在900 ~ 950°C。通過(guò)調(diào)節(jié)一次風(fēng)量和溫度、二次風(fēng)量和改變蒸汽流量設(shè)定值來(lái)調(diào)節(jié)爐膜出口溫度。增加一次風(fēng)量、提高一次風(fēng)風(fēng)溫、減少二次風(fēng)量及提高蒸汽流量設(shè)定值可提高爐膜出口溫度；相反，減少一次風(fēng)量、降低一次風(fēng)溫、增加二次風(fēng)量及降低蒸汽流量設(shè)定值可降低爐膜出口溫度。
在調(diào)節(jié)過(guò)程中，要監(jiān)視爐膜負(fù)壓，監(jiān)視爐內(nèi)氧含量百分比濃度，并做相對(duì)的調(diào)整。
往復(fù)爐排垃圾焚燒鍋爐穩(wěn)定燃燒的控制與調(diào)整是垃圾焚燒發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)和平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。本文結(jié)合從垃圾燃料特性、垃圾料層厚度、一次風(fēng)和二次風(fēng)等方面探討垃圾發(fā)電鍋爐穩(wěn)定燃燒控制與調(diào)整，可為垃圾焚燒發(fā)電鍋爐的運(yùn)行提供參考借鑒，從而提高垃圾燃燒熱效率。
