锅炉干烘在生活垃圾焚烧发电厂中的应用研究

章文锋

(上海康恒环境股份有限公司,上海 201703)

前 言

生活垃圾焚烧发电厂的焚烧炉一般为炉排型[1]，炉排的前后拱采用了膜式水冷壁敷设的耐火材料炉墙，炉排的两侧墙采用了较厚的绝热耐火炉墙，后墙采用了浇注绝热炉墙，余热锅炉的第一通道水冷壁也敷设了耐火材料。按照工业炉砌筑工程施工与验收规范，工业炉投产前，必须烘炉[2]。烘炉是耐火材料施工和锅炉安全运行的关键环节，如烘炉得当，能保证耐火材料的使用寿命，从而保证锅炉的安全运行，否则水分排出不畅，会引起耐火材料产生裂纹，降低其使用寿命，甚至引起墙衬大面积剥落，导致锅炉无法正常运行[3-4]。

一般情况下，烘炉前锅炉应上水至汽包正常水位，本次将锅炉干烘应用于东北某垃圾焚烧发电厂项目，该项目锅炉筑炉完成时已到11月份，此时环境温度降至零下15℃，厂房供暖也不具备条件，锅炉上水将导致省煤器、锅筒、下降管、排污管路等不同程度冻坏，同时，为了防止已筑炉完成的锅炉浇注料等在低温下冰冻损毁，最后经与锅炉厂家、筑炉厂家及相关专业人员多方商讨，采用了锅炉不上水的方式先进行低温烘炉，去除浇注料中的游离水和结晶水，待后续环境条件满足了再进行高温烘度和煮炉等工序。

1 材料与方法

锅炉烘炉是一个系统性工作，为了本次锅炉干烘工作能顺利进行，下面对烘炉工作分别从烘炉前准备、烘炉过程控制到烘炉效果检验方法等方面进行周全准备。

1.1 烘炉前准备

1.1.1 烘炉前各系统准备

1.1.1.1 锅炉区域建筑结构

为保证烘炉过程中不受外部环境影响(如雨雪、冰雹等)，焚烧区屋面需止水完成。

1.1.1.2 锅炉相关各系统

为保证烘炉工作的质量和安全，涉及锅炉各系统需按相关施工与验收规范进行[2]，如：锅炉本体汽水管道安装及保温施工和锅炉烟气系统安装及保温需完成并验收合格；锅炉内部、烟风道等部位临时封堵完毕并将炉内多余杂物清理干净；为防止烟气及热量散失，除热烟气通入孔外，其余锅炉所有门孔、二次风口均临时封闭完成；锅炉内所有的耐火耐磨材料砌筑完毕，验收合格并自然养护7天以上；锅炉各部位膨胀指示器安装齐备，汽水系统管道支吊架安装齐全，有弹簧吊架的定位销在烘炉前全部拆除，锅炉及烟风道所有膨胀节临时限位装置全部拆除；锅炉区域所有平台栏杆及扶梯安装完成，通道畅通，保证安全；锅炉点火排汽管道安装调试完成，具备投用条件；锅炉汽包壁温测点及双色水位计安装完成，并调校准确；锅炉主给水及主蒸汽管道安装完成并验收合格，主蒸汽管道膨胀已作好原始记录；锅炉 DCS烟温测量系统安装完成，并校准具备投运条件，能在上位机上正确显示；厂用压缩空气系统安装、调试完成并正常投入使用；锅炉燃油系统安装完毕并经过水压试验，管道吹扫、油循环合格，具备投运条件；燃油及烘炉机区域临时灭火器、砂箱及相应器材准备齐全，满足防火要求；烘炉机临时供电系统提供电源点及接引完成，满足连续供电需求；锅炉照明系统满足烘炉照明条件要求。

1.1.1.3 烘炉机所需条件准备

本次低温烘炉设备采用的是烘炉机，为保证其稳定运行，从燃料、压缩空气和设备用电几方面进行了准备，分别为：准备了-35#轻柴油约40t左右，烘炉机前供油压力能达1.0～1.2MPa；烘炉机前压缩空气压力能达0.6～0.8MPa；烘炉电源单独供电，确保烘炉过程中不跳闸停电，并如用柴油机发电作为临时停电应采取补救措施。

1.1.1.4 烘炉所需临时系统准备

为做好锅炉烘炉过程中保温隔热、排湿和排烟等工作，相关临时系统也需准备妥当。保温隔热方面：在炉排面用保温材料进行密封处理；在落渣口处和垃圾进口处用角钢或钢管搭。排湿方面：在绝热炉墙的外护板上开100mm长5mm宽的条形孔，每平方米不少于1个。排烟方面：尾部具备烘炉排烟条件，并做好相关防护措施。

1.2 烘炉机及温度临时测点布置

1.2.1 烘炉机的布置

低温烘炉主要为了保证去除锅炉筑炉浇注料中的游离水和结晶水，根据现场情况，共布置了4台烘炉机，其中两台烘炉机的热烟气管道从主燃烧器口进入炉内，另外两台烘炉机热烟气管道从二三烟道灰斗附近人孔进入到二三烟道。

1.2.2 烘炉温度临时测点布置

为保证低温烘炉效果，烘炉温度的控制尤为重要，一般情况下，在焚烧炉燃烬段上部、干燥段上部、燃烧段出口、一烟道中部、一烟道出口、二烟道出口及省煤器出口等设置温度测点，用于控制烘炉机烘炉温度。但，考虑到本次低温烘炉采用干烘方式，容易引起锅炉水冷壁管排局部过热等不利影响，在容易受热部位也同时设置了温度临时测点用于测量管壁温度，分别是：锅炉后拱(A)、中部(B)、前拱(C)，汽包上部(D)和下部(E)及省煤器出口左右侧(F)；前膜式壁顶部前段(G)、上集箱及上集箱下部(H)；后膜式壁中段(I)；前拱二次风管路下部(J)及前拱下部靠近前膜式壁下集箱处(K)；后拱二次风管路处(L)、中部刚性梁处(M)及下部中Ι膜式壁下联箱上部(N)；炉左(O)和炉右(P)侧膜式壁。临时测点示意图如图1所示。

1.3 烘炉过程控制

1.3.1 烘炉前准备工作

烘炉前对烘炉应具备的条件进行检查确认，开始烘炉先启动一台烘炉机，以最小油量投入，稳燃后逐步加大油量，以后可根据升温情况再投运其它几台烘炉机。

烘炉开始一段时间内会出现升温较快，但平均温度达到60℃左右后，这种情况会自然消失，而且前期的温度只要控制在110～130℃以内，相对来说对耐火材料是比较安全的。随着温度的升高，应严格控制升温速率，按烘炉曲线严格控制温升。

烘炉温度记录，采用锅炉DCS系统的烟气温度测点，做相应的烘炉温度记录点。

烘炉期间巡回检查锅炉本体和烟道的膨胀情况，做好各膨胀数据记录。

1.3.2 烘炉温升控制

1.3.2.1 烘炉分为低温和高温两个阶段

第一阶段：烘炉机烘炉(低温烘炉阶段)，本次低温烘炉主要先完成该阶段烘炉。

第二阶段：(高温烘炉阶段)，此阶段是当锅炉整机启动前，利用锅炉正常点火投运对耐火材料进行继续升温，提高耐火耐磨材料各项技术指标，本阶段在后续环境条件满足的情况下开展。

1.3.2.2 低温烘炉温升要求

低温烘炉的关键是按烘炉曲线控制温度，避免出现温度忽高忽低 、偏离烘炉曲线的现象，根据筑炉厂家烘炉方案及温升曲线的要求，本次低温烘炉升温曲线参照表1。

1.4 低温烘炉效果检验[5～7]方法

为检验烘炉效果，在烘炉前制作与各部位同样材质的耐火材料炉墙试块，面积160mm×40mm×40mm，试块表面像炉墙一样裸露。在炉排中部及适中部位放置，不少于4块，且试块的数量、布置以及检验指标在监理见证下进行。

烘炉完成并冷却至室温后，对内部炉墙进行全面的感观质量检查，如发生损毁或存在较大缺陷，则应参照低温烘炉的修补要求进行修补及烘烤。

以耐火耐磨材料试块的残余水分小于2.5%作为烘炉质量合格标准。

2 结果与讨论

2.1 烘炉温升曲线

本项目低温烘炉是在锅炉不上水情况下进行，在经过前期充分准备及专业烘炉人员按烘炉方案循序推进下，增加的临时测点最高温度和低温烘炉温升曲线分别见表2和图2。

表2 临时测点最高温度Tab.2 The highest temperature of temporary measuring point

图2 锅炉不上水低温烘炉升温曲线Fig.2 The heating curve of furnace heating without water in the boiler

从表2和图2可以看出，现场低温烘炉满足烘炉方案及烘炉温升曲线的要求，且烘炉期间各测温点水冷壁管排壁温都控制在300℃以下，保证在水冷壁管材耐热范围之内。

同时，在锅炉采用不上水低温烘炉过程中还需注意以下几点：

鉴于锅炉干烘应用项目当地气温较低，且烘炉是在锅炉不上水情况下进行，余热锅炉烘炉的温度必须严格控制升温速率，管壁最高温度控制在300℃以内，对各温度测点温度进行巡查，且需时刻检查锅炉正常情况。

本次低温烘炉主要是针对焚烧炉和余热炉浇注

料进行烘炉，升温控制按照炉排炉墙上部和中部测点平均温度进行升温，余热炉的温度随焚烧炉的温度而产生，同焚烧炉大约相差50℃左右。

烘炉机的热烟气出口决不允许直接对着水冷壁管排，避免管排局部温度过高。

烘炉时，80～350℃这个阶段是烘炉的关键阶段，因为此阶段脱水量大，脱水速度快，排出水分速度对浇筑料的影响很大，如果水分排出太快，内残存水分扩散速度不及表面蒸发速度，内部水也会受热变成蒸汽，产生膨胀，致使浇注料收缩发生龟裂，降低粘结强度，使强度削弱，因此应适当延长这段时间的保温。

原则上整个烘炉过程中，炉温只能上升，不能下降。若升温过快，超过当天升温计划，只能保温或减慢升温速度，严禁急升急降，升温达不到当天计划时，严禁急切追赶计划，应缓慢地接近计划值。

2.2 烘炉效果

2.2.1 烘炉试块含水率检测

本次低温烘炉试块选取了燃烧炉排左右和燃烬炉排左右共4个位置放置，经第三方机构检测，各试块含水率平均值见表3。

表3 烘炉试块含水率第三方检测结果Tab.3 The moisture content measurement of test block (%)

由表3可以看出，低温烘炉试块经第三方机构检测，各试块含水率平均值均在2.5%以下，符合低温烘炉质量标准。

2.2.2 烘炉内部炉墙感官质量检查

低温烘炉完成并冷却至室温后，项目专业人员及监理对内部炉墙经全面感官质量检查，现场检查内部炉墙情况见图3和图4。

图3 锅炉后拱二次风位置烘炉后效果Fig.3 The furnace heating effect at the location of the secondary air of rear arch

图4 锅炉右侧烘炉后效果Fig.4 The furnace heating effect at the right side of furnace

从图3和图4可以看到，内部炉墙经全面感官质量检查没有发现损毁和较大裂缝等缺陷情况，满足有关感官质量检查的要求。

3 结 论

通过对北方某生活垃圾焚烧发电厂采用锅炉不上水的方式进行低温烘炉的应用研究，得出以下结论：

3.1 对于烘炉前准备工作及温升曲线的把控是锅炉干烘低温烘炉取得成功的关键。

3.2 锅炉干烘过程中，还需注意增加临时测温点，用于严格控制水冷壁管排壁温在其耐热范围内。

3.3 锅炉干烘低温烘炉应用于垃圾焚烧发电厂是可行的，为其他垃圾焚烧发电厂项目低温烘炉提供参考，特别是在寒冷地区的项目。