循环流化床垃圾焚烧炉正压问题解决方案研究

李 雷，周 永

（1.浙江城建煤气热电设计院有限公司，浙江杭州 310013；2.西安交通大学动力工程多项流国家重点实验室，陕西西安710049）

焚烧法处理城市生活垃圾已经在国内外受到普遍关注，它使生活垃圾的体积减小约80%～90%，重量减小越70%～80%，特别针对我国目前土地资源紧缺情况，是一种极为有效的垃圾处理方法[1～5]。目前国内垃圾焚烧锅炉中大量采用循环流化床锅炉，虽然随着异重流化床焚烧等国内技术的更新，使得其推广迅速，但由于垃圾成分波动较大，其空气平衡难于控制，燃烧温度波动较大仍是目前，循环流化床垃圾焚烧炉所面临的难点[2,5]，特别是由于燃烧波动带来的炉膛正压冒烟问题，更是很多企业面临的问题，其对环境，对经济效益均产生严重负面影响[6,7]，并一直困扰企业。针对此问题，本文提出了应用文丘里管来解决炉膛正压冒烟问题的改造方案。

1循环流化床垃圾焚烧锅炉简介

我们以浙江春晖环保能源有限公司所使用的无锡华光锅炉厂75t/h循环流化床垃圾焚烧锅炉为例，其锅炉结构简图如图1所示。

图1 无锡华光锅炉厂生产的垃圾焚烧流化床锅炉

其高过外置于返料箱中，垃圾从锅炉前墙通过拨料机投入，给煤口在垃圾入口下方，采用倾斜式布风板。当垃圾不稳定或水分较大时，由于燃烧的变化，炉膛出现正压，烟气就会从垃圾拨料机部位向外喷出。此处烟气处于不完全燃烧状态，含有大量的二噁英成分[6,7]，对环境污染相当严重，同时由于喷出的气体带有一定的热值，对锅炉效率也有很大的影响[8]。为解决此问题，无锡华光锅炉厂曾经在拨料机上方设置一吸风口，与一次风机入口相连，如图1所示，确实使锅炉正压问题得到缓解。但是，由于炉膛正压时，有很多细灰也随风机吸入，导致一次风机叶轮磨损及一次风管道积灰严重，影响正常生产。很多公司目前已将此装置拆除。这样，正压问题依然困扰很多企业。

2改造方案

本文采用文丘里管将烟气抽如二次风管的炉膛入口处，不需要任何电器设备，应用流体能头守恒的原理及佰努利方程，在二次风入口加入文丘里管，使的二次风炉膛入口管上形成天然的负压区，将抽气联入负压区，形成自然压力差抽气，将烟气喷入炉膛。

图2设计方案

如图2所示，将二次风炉膛处加一个文丘里管，要求设计文丘里管尺寸使得其喉部为负压，在其喉部与垃圾拨料机上部连一管道，把从拨料机喷出的烟气抽走，直接喷入炉膛。

这样设计的好处在于：

（1）烟气经过较短的路径直接进入炉膛，减少烟气中气体对管路的影响；

（2）烟气中粉尘不经过风机、空预器等，对锅炉主要设备不会产生影响；

（3）选用二次风管，二次风在锅炉中起到助燃作用，对流化影响不大[8,9]；

（4）二次风炉膛入口处离拨料机较近，减少烟气流动中的阻力；

（5）设备简单，改造费用小；

此设计方案主要的问题是如何在二次风管中出现负压，此关键为文丘里管的设计，其理论依据如下。

图3 文丘里管喉部压力

如图3所示，分别考察文丘里管入口断面（1断面）及喉部断面（2断面），根据佰努利方程，不计文丘里管中能头损失，有：

取α=1.0，则喉部压力：

不考虑高度差，则：

故，若v2有足够速度，处即会产生负压。设定P2，则

设断面q1处流量 ，则：

即：

有：

取 q1=q2=εq：

则：即是我们需要设计的文丘里管喉部尺寸，其中 为流量修正系数。

3 实际设计尺寸

我们以浙江春晖环保能源有限公司的0#垃圾焚烧炉参数为例，0#炉正常运行时，二次风量约 52 000 m3/h（20℃，5 kpa），经过空预器后风温约200℃，炉膛入口压力3.3 kpa。则由：

得：热风密度 =0.75 kg/m3。则热风量为85 000 m3/h（200℃，3.3 kPa）。

不考虑漏风，0#炉有12个二次风管入炉膛，假设每个风管的直径d=0.2 m，则二次风炉膛入口流速为62.7 。取喉部压力为-30 Pa。则根据式(4)，得到喉部速度v2=112.8 m/s。则喉部管径d2=0.15 m，即当喉部管径达到14.9 mm后即可产生负压。若取喉部负压为-1000 pa，则可得到d2=0.14 m。考虑到流量修正系数，取ε=0.95，则得到d2=0.1395 m。可抽出前墙上面两根和下面中间一根进行改造。

4阻力与经济性指标

在0#前（后）墙增加文丘里管后会提高二次风管的局部阻力系数，取流量系数为0.95，接4个文丘里管，则，总的流量损失系数为1.7%，又由于其吸入燃气有一定的流量，若喉部开口直径为5 cm，开口4根管，负压为1000 pa，则吸入总风量为0.3 m3/s，则二次风量损失可忽略。而同时，由于烟气中存在着大量的不完全燃烧气体，以及较高的热量，则可化验烟气中可燃物含量浓度测量其热值，并可与局部阻力系数比较。从分析可得其总体风量阻力损失很小，反而由于吸入烟气中有大量热值，可提高热效益。

5 总结

以上设计方案虽然不能完全解决垃圾炉燃烧工况不稳定的问题，但是可以在一定程度上减缓炉膛正压冒烟的现象。其改造涉及范围小，不涉及汽水系统及流化主系统的，仅对二次风有较小的改动，而其它均不影响，不影响锅炉流化燃烧环境[10,11]。同时此方案不涉及任何复杂电气设备，仅构造了一个自然压差回路提供动力。并且耗材较少。不但能够解决炉膛冒烟的环境问题，还能提高锅炉的效率。本方案给出了一条炉膛正压冒烟问题的解决思路，可供相关人员进行参考。

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