(陳高飛)淺談垃圾鍋爐積灰及對策

1、（ 陳高飛 ） 淺談垃圾鍋爐積灰及 對策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1、引言常州綠色動(dòng)力環(huán)保熱電有限公司垃圾鍋爐為綠色動(dòng)力環(huán)境工程 有限公司自主研發(fā)的三驅(qū)動(dòng)機(jī)械爐排爐，日處理 1050t/d，配套三套 余熱鍋爐 WGZ27.8-400 /4MPa，一期工程于 2006 年動(dòng)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(dòng)工建設(shè)， 201 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(shí)間， 大大增加了運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備因

2、啟停造成的 損耗。運(yùn)行時(shí)間最初為 1個(gè)月左右，經(jīng)過多方面的改造、 控制和調(diào)整， 現(xiàn)在已得到了有效控制， 連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可以保證 3 個(gè)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 1.8 以上。下面，就針對常州綠色動(dòng)力積灰淺談自 己的見解。2、改造前積灰部位分析圖一對流管束運(yùn)行一個(gè)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)， 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，

3、共 100組，每組 4 根組成。管道規(guī)格為： 42*4.5，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 天左右，鍋爐負(fù)荷維持在 2332T/H，對流管束 入口煙溫從 450升至 720，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

4、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(gè)堆積平臺(tái) 上部掛灰到一定程度時(shí)受重力影響落在管組表面逐漸堆積， 其次， 吹灰器只是吹掃管束表面。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(shí)不能充分 冷卻，進(jìn)一步加劇了結(jié)渣過程。 嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(shí)，因換熱效果差，還會(huì)使蒸發(fā)量

5、減少。爐膛內(nèi)結(jié)渣或積灰時(shí)， 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(shí)， 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)煔獾沫h(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?huì)給管束造成腐蝕， 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(shí)。 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

6、負(fù)荷運(yùn)行，甚至被迫停爐。 結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，大塊渣落下可能會(huì)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(shí)易發(fā)生煙氣通道阻塞，可能會(huì)造成引風(fēng)量不足，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(shí)， 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(shí)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

7、灰會(huì)引起很多問題 , 主要有經(jīng)濟(jì)性和安全性兩個(gè)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?作用下, 積灰會(huì)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(dòng)強(qiáng)度。3、 垃圾鍋爐積灰的因素爐管壁面的積灰、 結(jié)渣是一種普遍現(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(shí)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(shí)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

8、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(shí)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)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(dòng)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(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣， 這 時(shí)爐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生極大的正壓， 為

9、保持爐內(nèi)負(fù)壓， 引風(fēng)機(jī)就會(huì)開大， 煙氣 所攜帶的灰分也就變大。 給推料器平臺(tái)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(gè)“落 差”時(shí)，都會(huì)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(dòng)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)?況。保證空氣和燃料的良好混合， 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(dòng)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。

10、 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(huì)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(shí)， 大部分堿金屬氯化物會(huì) 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 Na2SO，4 它常構(gòu)成灰 沉

11、積物中的液相成分。凝結(jié)后的 Na2SO吸4 收煙氣中的 SO3，并與受熱 面上及沉積物中的 Fe2O3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 600oC左右，而高溫對流受熱面的 壁溫可達(dá) 650oC700oC左右，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， 顆粒間的接觸面積增大， 有時(shí)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(shí)由于尾部 煙道受熱面管束設(shè)計(jì)間隙較小， 管束

12、阻力會(huì)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。 灰粒沉積于管壁上， 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(gè)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(gè)不同的過程。一個(gè)為初始沉積層 的形成過程。初始沉積層由揮發(fā)性灰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

13、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(gè)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。灰粒沉積于管壁后，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 600 以上時(shí)就會(huì)在軟化粘結(jié)，隨著表面越粘越多，積灰也會(huì)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(huì)很快縮短。7、預(yù)防積灰及延時(shí)積灰的措施垃圾焚燒爐積灰一直是我國垃圾電廠的通病，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)

14、，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 850-1000 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 低勢必影響爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒，在這里重要的是要找出一個(gè)溫度平衡

15、點(diǎn)，在這個(gè)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?？刂坪脿t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?。主要對干燥段一次風(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(shí)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600范圍以內(nèi)。 通過的運(yùn)行來看，鍋爐在運(yùn)行了一個(gè)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(shí)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積灰。 而且將在線清灰做為定期工

16、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(tái)進(jìn)行人工清灰， 現(xiàn)在運(yùn)行周期可到 70 天，最長 的時(shí)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：在原安裝孔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(tái)脈 沖（激波）吹灰 器。第 16 頁 共 15 頁處 安 裝 兩 臺(tái) 長 伸 縮 式 旋 轉(zhuǎn) 蒸 汽 吹 灰 器吹 灰 半

17、徑 如對原有的清灰平臺(tái)加長至8米并加固平管道系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝。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 DCS遠(yuǎn)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(shí)間上升了一大步，正常運(yùn)可以運(yùn)行 100 天，最長運(yùn)行時(shí)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(shí)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 800，防止揮 發(fā)份在煙道再燃燒。同時(shí)，燃燒較好時(shí)，控制鍋爐負(fù)荷不超

18、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(shí)， 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