机械炉排锅炉提高运行热效率的科学操作方法

杨旭亮

（上海环境卫生工程设计院有限公司，上海 200232）

随着国内大型城市人口规模的进一步增加，大型机械炉排锅炉的应用将更加广泛。而大型机械炉排锅炉技术目前还主要依靠进口，国内自主开发设计的单条焚烧线规格仍然少于500 吨/日，这样势必会影响国内垃圾焚烧技术的发展[1]。为了实现对国内大型焚烧炉的技术空缺填补，应将提高机械炉排锅炉的热效率作为主要目标，只有突破大型炉排关键技术，基于科学操作层面提升排炉的运行热效率，才能为城镇快速、稳定发展多作出贡献[2]。因此，下述将结合排炉的运行原理与燃烧调整目标，对提升排炉的热效率科学操作方法展开设计研究。

1 机械炉排锅炉燃烧调整的原则

为实现对机械炉排锅炉燃烧的全面优化，应在对其燃烧调整前，进行炉排系统的全新认知。目前国内垃圾焚烧炉包含料斗、溜槽、推料装置、燃烧炉排、焚烧炉体、炉下灰斗、主灰斗、出渣机等部件，炉排炉立面布置图随着焚烧炉规模的增加炉型基本不变，炉排炉的剖视图通过增加横向长度实现单炉焚烧规模[3]。机械炉排锅炉结构见图1。

图1 机械炉排锅炉结构

炉排的横向增加，对炉排炉的传动机构、中间吸收装置、焚烧炉钢梁的承载等部件设计提出了更高的要求，炉排宽度的增加尤其是对传动机构及中间吸收装置提出要求。在运行过程中，炉排受热膨胀量会受到炉内燃烧的不均匀性因素影响，如果调整过紧，容易出现运行卡滞，如有调整过大，易出现炉内进风量过大，熄灭垃圾等问题[4]。同时，油缸驱动传动机构推进炉排，会导致单列炉排过大，传动机构受热变形，进而对炉排推进的均匀性造成影响。

为解决上述问题，本文将从下述6 个方面，对机械炉排锅炉燃烧调整的原则进行描述。在锅炉正常运行条件下，工作人员需要及时进行炉内各项运行数据、燃烧数据的记录，根据记录结果进行炉内燃烧的调整，确保锅炉在安全稳定的条件下运行[5]。为满足此种运行需求，提出“六个保持”调整原则，具体内容见表1。

表1 机械炉排锅炉燃烧调整“六个保持”原则

2 机械炉排锅炉提高运行热效率的科学操作方法设计

2.1 机械炉排锅炉脱硝、脱硫处理

为达到提高机械炉排锅炉运行热效率的目的，首先从脱硝、脱硫的角度出发，在提升运行热效率同时，实现对锅炉烟气净化处理，从而达到超净排放的效果。当前常见的烟气净化处理主要有湿法、干法、半干法、SCR 和SNCR，烟气再加热系统一般分为烟气换热器（GGH）和蒸汽换热器（SGH）。目前国内最常用的、经济效益最佳的烟气处理工艺是烟气再循环+SNCR+干法+半干法。SNCR 脱硝技术即非催化还原剂，化学反应过程是通过在焚烧炉内850-1000°C 的温度区域喷入，使氮氧化物还原成氮气和水。常规SNCR 反应效率可达到33%，设置烟气再循环后可以达到55%左右。半干法主要由氢氧化钠制备罐、储备罐、旋转雾化器、雾化浆液和烟气混合等系统组成。经过旋转雾化器高速旋转将石灰浆雾化，使其在反应塔中与烟气中的酸性气体充分反应。干法主要吸收剂为消石灰或碳酸氢钠，消石灰干粉为最常用，碳酸氢钠也是很好的吸收剂，其对酸性气体吸收效果高于消石灰干粉，但是碳酸氢钠成本远高于消石灰干粉，使用消石灰干粉作为吸收剂，可满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）要求，如果对去除酸性气体要求不高的地区，为节约成本设计时优先考虑消石灰干粉。为满足欧盟2010 标准，可以采用干法+半干法从而更好去除烟气中的酸性气体，如图2。

图2 烟气再循环+SNCR+半干法+干法

随着环保要求的提高，烟气指标也相应的提高，特别在沿海一线城市，为达到高标准的低排放目标，脱销、脱酸工艺一般为烟气再循环+SCR+SNCR+干法+湿法工艺组合在一起，是目前最完成、处理标准最高的烟气净化工艺组合，主要应用在一线大城市及经济效益好、对排放总量要求高的地区。

2.2 合理布置前、后拱，强化炉内燃烧

在实现对锅炉的脱硝和脱硫处理后，考虑到当前垃圾焚烧发电炉排锅炉运行，因此其燃烧体系当中的前拱较短但位置较高；后拱较长但位置较低。这一结构造成锅炉在使用过程中，其炉膛水冷度较大。在使用炉排锅炉时常常会出现起火难度增加的问题，且容易断火的问题产生，严重影响垃圾焚烧发电的效率[8]。针对这一问题，通过对前、后拱结构进行合理布置的方式，实现垃圾焚烧发电炉排锅炉对炉内燃烧的强化，从而达到提高垃圾焚烧发电热效率的目的。在对锅炉前后拱结构设计时，遵循针对性和通用性原则，分别设计两种不同的拱形结构，前者采用辐射型前拱结构，不放置后拱，利用挡火墙代替后拱；后者采用前拱中加中拱或前拱加超低后拱的结构。

从图3 中可以看出，通过增加中拱结构后，其具备的有利于烟气混合的优势能够得到充分发挥，以此提升炉温，促进垃圾焚烧发电效率提升，从而提高炉排锅炉整体运行热效率。

图3 机械炉排锅炉前后拱结构优化设计

2.3 增加炉排有效面积，确保锅炉出力

当前大部分工业生产企业在进行垃圾燃烧发电时，其锅炉的额定出力无法达到标准水平。因此，根据这一现象可以看出，炉排的有效面积也是影响其运行热效率的重要因素。为改善此种问题，提高垃圾焚烧发电效率，尝试通过增加炉排有效面积的方式，确保锅炉的出力。当无法改变炉面的表面积时，其排热负荷也是固定不变的。例如，针对三类垃圾燃烧炉设计的锅炉，若使用二类或一类排炉进行燃烧，则会造成燃料消耗量的进一步增加。同时，按照三类或二类炉排设计，若采用一类炉排进行燃烧，不仅会使燃烧的速度变慢，同时其有效着火也十分困难。

根据这一情况，结合焚烧发电锅炉的运行实际，可采用适当增加炉排有效面积的方式，确保对锅炉的优化处理。针对老式低效运行的快装锅炉而言，在不改变其锅炉本体的情况下，只对燃烧体系的炉排和炉拱进行调整，不仅能够达到提高运行热效率的目的，同时还能够进一步延长焚烧燃料在炉排上的燃烧时间，确保锅炉在运行时能够达到设计出力。

2.4 加装袋式除尘器

由于机械炉排锅炉在使用的过程中其物料是循环使用的，因此会造成脱硫塔出口位置上的烟气含尘量增加，为了确保烟气当中的颗粒物排放量不会影响到锅炉的运行热效率，需要加装袋式除尘器，并要求其分离效率超过99.9%。袋式除尘器的分离效率计算公式为：

3 对比分析

为实现对设计方法的检验，选择某大型机械炉排锅炉运行管理单位参与实验，按照提出的燃烧调整原则与设计的操作方法，对机械炉排锅炉作业模式进行调整，完成设计后，将机械炉排锅炉的运行热效率作为对比指标，开展实验。

实验前，先操作机械炉排锅炉，观察锅炉燃烧后炉渣的颜色，根据炉渣的不同颜色判断机械炉排锅炉的运行是否符合标准。排出炉渣不同颜色代表的含义见表2。

表2 机械炉排锅炉燃烧排出炉渣不同颜色代表的含义

对比此单位机械炉排锅炉运行后排出炉渣的颜色发现，该设备运行无异常。在此基础上，对比本文设计操作方法与传统操作方法，在操作机械炉排锅炉时，锅炉的热效率进行对比。其中热效率计算公式如下：

从图4 可以看出，本文操作方法在操作机械炉排锅炉时的热效率>传统操作方法在操作机械炉排锅炉时的热效率，说明设计的方法可以起到提高机械炉排锅炉运行热效率的作用。

图4 本文操作方法与传统操作方法在操作机械炉排锅炉时的热效率变化

结束语

垃圾焚烧厂的设计规模越来越大，单条焚烧线已经达到800 吨/日，而国际上特别是欧美国家，单条焚烧线已经达到1200 吨/日。目前日本焚烧炉应用最广，然而日本炉排由于其地理位置原因，炉排炉设计规模较小，目前日立造船炉排在国内最大规模是750 t/d。为了进一步提高我国机械炉排锅炉的运行热效率，本文开展了提高其运行效率的科学操作方法设计。