高参数垃圾焚烧余热锅炉的设计分析

乔月平　张建东

摘  要：在我国社会经济不断发展的背景下，我国城市人口数量逐渐增多，城市运行压力也在不断增加，垃圾处理作为城市基础建设中的重要环节，需要采用焚烧措施将垃圾进行处理，但是我国城市垃圾生产总量在不断增加，对于垃圾焚烧余热锅炉的性能要求在不断提高，所以需要具有更高参数的垃圾焚烧锅炉，才能够满足城市垃圾实际处理需求。因此，本文对高参数垃圾焚烧余热锅炉的设计进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步促进我国城市垃圾处理效率和质量提升。

关键词：高参数;垃圾焚烧;余热锅炉;设计方案;优化措施

1垃圾焚烧处理的基本特点分析

垃圾焚烧处理方式具有处理量较大、无害化、减量化以及资源化的特点，且通过焚烧垃圾所产生的热量能够回收利用，所以在我国城市垃圾处理中的应用日益广泛，具有以下几项技术优势：（1）焚烧处理方式的综合效率较高，且受到外界环境影响较小，能够实现不间断处理。（2）焚烧处理方式的消毒更为彻底，且处理稳定化程度较高，卫生条件较好，垃圾经过焚烧处理后，其中村子的病毒、细菌等会在高温条件下被彻底消灭，氨气以及有机质会被高温条件所分解，处理后的残渣可以回收利用或采用填埋处理方式，综合效益较好。（3）焚烧处理方式减容效果较少，减容量可以达到80%左右，能够节省垃圾储存用地，从而提高土地资源利用率[1]。（4）焚烧处理方式具有较高的经济效益，且不需要占用过大的场地，具有良好的发展前景，近些年来卫生填埋费用不断增加，焚烧处理方式也就相应地被采用，且垃圾通过充分燃烧后，热量以及残渣等都能够被回收利用，整体资源利用率较高，且能够在市区内建设垃圾焚烧处理厂，节省垃圾运输费用，具有较高的综合经济效益[2]。

2高参数垃圾焚烧余热锅炉设计分析

2019年H市市政垃圾处理厂需要一台参数较高的垃圾焚烧余热锅炉，根据其实际的处理情况需要，设计了单台处理能力为500t/天的垃圾焚烧生产线，1台9MW发电机组，能够处理的生活垃圾总量约为18万t/a，年额定运行时间为8000h。

2.1燃料垃圾特性分析

燃料垃圾主要是没回、陶瓷、砖瓦、泥土、厨余垃圾、动物残渣、纸张以及织物等，下表为其具体元素分析。

2.2高参数垃圾焚烧余热锅炉参数

（1）余热锅炉型式：单锅筒自然循环和卧式布置结构

（2）数量：1套

（3）锅炉技术参数：

垃圾焚烧处理量：500t/天

余热锅炉入口烟气量（设计）：93kNm?/h

余熱锅炉入口烟温度（设计）：1050摄氏度

总热量（设计）：36MW

额定蒸发量（设计）：42t/h（低位发热值8000kJ/kg）

过热蒸汽温度：450摄氏度

过热蒸汽压力：9.8MPa（压力表）

锅筒工作压力：4.5MPa（压力表）

锅炉效率：≥85%

一次风温度（设计）：250摄氏度

二次风温度（设计）：150摄氏度

给水温度：120摄氏度

2.3余热锅炉设计概述

该高参数垃圾焚烧余热锅炉采用自然循环水管锅炉、卧式结构与顶部悬吊结构，余热锅炉主要由锅筒、水管系统、上升管系统、下降管系统、两级蒸发管系统、过热器系统、省煤器系统以及汽水管理系统所构成。余热锅炉整体采用路墙结构，内部有耐高温、耐腐蚀以及耐磨保护层，外部有保温、防腐保护层。在上方，设计为具有耐火性、耐磨性以及抗腐蚀性的内衬膜式水冷壁所组成的垂直辐射烟道，从而能够保证850摄氏度烟温度不低于2s的焚烧条件，从而能够保证垃圾充分燃烧[3]。水冷壁材质和高温过热器材质采用310S高抗腐蚀合金，从而能够提高水冷壁防腐效果。过热器沿烟气方向的布置优化，设计4组过热器结构：3级-4级-2级-1级布置方式，将过热器放置在高温过热器之前，有利于保护高温过热器。过热器节距的设计沿宽度方向3级节距220mm-4级节距200mm-2级节距150mm-1级节距150mm，以防止积灰，运行更加可靠。在烟气温度达到507摄氏度时，最大壁温出现在第一排管，通过计算此时壁温为451.5摄氏度，超过了腐蚀点。在对结构优化前，三次过热器最大壁温出现在烟气入口区域，烟气温度为620摄氏度。在结构优化后，三次过热器最大壁温出现在烟气口，烟气温度约为495摄氏度，相比于改进前降低了约125摄氏度，从而能够降低高温腐蚀作用。

为了保障锅炉第一通道膜式水冷壁与炉体的膨胀性，采用了膨胀节连接方式。因为炉体焚烧设计结合了H市垃圾特点采用了风冷式结构，出口烟温度较高，所以对膨胀节采用了耐高温、耐磨以及耐腐蚀性的金属材料，并且采用可较为可靠的保温方式。第二和第三烟道设计为两个耐火材料内衬形式，并在其下部设置水冷漏斗，从而能够收集锅炉焚烧所产生的飞灰。

在锅炉的第一回程的垂直辐射段，采用具有耐火性的内衬材料，耐火材料覆盖第一回程出口;在第三回程的垂直辐射段，主要采用膜式蒸发受热面;在第四回程的水平对流区域，采用膜式蒸发受热面、过热器以及减温器。

余热锅炉所产生的蒸汽温度控制主要由减温器负责，蒸汽温度不能超过450摄氏度，否则会影响使用寿命，过热器设置在一级蒸发管系统之后，能够对入口烟气温度进行控制，使其温度保持在600摄氏度以下，从而能够延长余热锅炉使用寿命。本次余热锅炉内部结构设计良好，具有较高的垃圾焚烧效率，能够满足H市垃圾焚烧处理基本需求。

结束语

综上所述，水冷壁烟气温度在600摄氏度以上区域采用堆焊，主要用在第二垂直烟道，第一垂直烟道采用浇筑材料进行保护，第三垂直垂直烟道的裸受热面采用310S高抗腐蚀合金材料进行保护，同时在过热器高温端采用堆焊，这种设计方案能够保证余热锅炉稳定运行，从而提高锅炉运行稳定性和安全性，防止出现因腐蚀引起的爆炸等危险问题。

参考文献：

[1]欧阳升.高参数垃圾焚烧余热锅炉技术问题分析[J].应用能源技术，2020，（002）：32-35.

[2]谢军.垃圾焚烧发电余热锅炉设计额定负荷影响因素研究[J].发电设备，2020，（004）：253-256.

[3]焦志武，王小平.简谈500t/d机械炉排垃圾焚烧余热锅炉的设计[J].能源研究与管理，2020，42（01）：109-112.