某中温次高压垃圾焚烧炉结焦原因及对策分析

谷占军

（原阳县康恒环保能源有限公司 河南新乡 453000）

垃圾焚烧发电在解决“垃圾围城”难题的同时，还为经济发展提供了绿色能源，率先在我国东南沿海经济发达地区应用推广。项目运行后，在助力当地经济发展和生态文明建设方面发挥着重要作用，人们对垃圾焚烧发电行业的认知也有了提升，有效破解了“邻避效应”。近年来，我国中西部经济欠发达地区垃圾焚烧发电行业也得到长足发展。随着这些地区的项目相继投运，反馈锅炉结焦问题普遍存在；分析发现受区域经济发展影响，这些地区生活垃圾热值相对较低，锅炉焚烧工况调整难度大。结焦问题严重影响焚烧炉经济、稳定运行，已成为经济欠发达地区垃圾焚烧发电企业亟待解决的问题。

1 锅炉概况

某垃圾焚烧发电厂设置2 台300 t/d 垃圾焚烧机械炉排炉，余热锅炉为立式单汽包自然循环锅炉，布置4 个垂直烟道，第一、二烟道为没有对流的膜式壁，其中第一烟道由内衬耐火材料的膜式蒸发受热面组成。第三烟道为膜式壁，内部沿烟气流向布置高温过热器、中温过热器、低温过热器和蒸发管束。第四烟道为护板结构，内部装有五级省煤器管束。第二、三烟道下设置非水冷式灰斗，内部衬有耐火材料，烟气出口设计温度为190 ℃～220 ℃。在低温过热器、中温过热器之间设置一级喷水减温器，在中温过热器、高温过热器之间设置二级喷水减温器，用来调节过热器出口汽温，汽包内部采用波形板和旋风分离器装置。

该项目已投运3 年，运行发现，炉膛侧墙及焚烧炉出口喉部易结焦，其中焚烧炉出口喉部位置结焦严重；在定期在线清焦的情况下，曾出现3 个月结焦量堵塞1/2 通流截面积的情况，2 台焚烧炉均经历过因结焦严重而被迫停炉。

2 结焦的机理

结焦的过程与灰分的熔融特性、炉内空气动力场的组织、炉膛温度等因素相关，其中灰分的熔融特性决定了其结焦性，通常用初始变形温度DT、软化温度ST、半球温度HT、流动温度FT 来表征。在软化温度ST 下，受热面上的积灰分就会粘结形成结焦［1］，灰分流动温度FT 与初始变形温度DT 的差值越小，越易在锅炉受热面形成熔融结焦。垃圾焚烧炉积灰熔融点测试结果表明，各部位灰渣中焦块熔点最低，且ST-DT=4 ℃、FT-HT=6 ℃，差值较小；当积灰达到初始变形温度后，会迅速软化、流动，加速结焦进展，垃圾焚烧炉积灰的软化温度ST 为1 165 ℃［2］；如果烟气中的灰分在锅炉换热面进行热交换后自身的温度仍未被冷却至软化温度ST 以下，就会以熔融状态附着在换热面上，最终形成结焦。

飞灰的宏量成分为CaO 和SiO2，其氧化物共熔点一般为1 200 ℃～1 400 ℃［3］；俞海淼等［4］研究表明，灰分中CaO、Al2O3/MgO/ZnO、SiO2等反应生成的钙化合物所形成的低熔点共熔物相的存在是结焦形成的主要原因；而在远低于灰分熔点条件下，炉膛受热面积灰的内部已经有部分矿物发生局部熔融烧结，引起矿物质颗粒相互粘连，为结焦创造了条件。炉内一旦有结焦迹象，灰分与受热面传热受阻，呈熔融状态的高温渣层表面不断粘结灰粒，结焦速度加快、能在较短时间内引起炉膛负压减小、锅炉传热恶化、烟气温度升高、炉膛温度检测热电偶温度传输异常等问题，甚至造成被迫停炉的严重后果。

3 结焦原因

3.1 燃料品质不佳

垃圾作为锅炉的燃料，其成分决定着燃料热值的大小，燃料的热值低是造成锅炉结焦的一个重要因素。该项目为北方经济欠发达地区的县域生活垃圾焚烧发电厂，主要收集城镇和乡村生活垃圾，城镇生活垃圾以塑料、废旧纸品、纺织衣物及厨余垃圾为主，热值相对较高；而乡村生活垃圾中除高热值垃圾较少外，灰尘含量较大，垃圾整体热值低。垃圾发酵质量直接影响燃料的含水率，垃圾仓管理因素有造成燃料含水率不稳定的可能。垃圾成分和含水率决定了燃料的品质，低品质燃料直接影响燃烧工况的调整频次，对预防结焦不利。

3.2 炉膛温度控制不当

为使垃圾焚烧过程产生的二噁英等有害物质彻底分解，需将炉膛烟气温度控制在850 ℃以上，停留至少2 s；当炉膛测量温度在850 ℃时，火焰中心温度已达1 100 ℃。在实际运行调整中，为满足环保对炉膛温度控制要求，炉膛温度稳定在950 ℃以上，此温度下火焰中心的温度远高于1 165 ℃的渣块软化温度ST，灰分易软化熔融产生流焦，并在锅炉换热面形成结焦。当监测炉温的热电偶挂灰或挂焦时，测点温度与炉膛实际温度存在负偏差，炉膛实际温度会更高，灰分更易于熔融结焦。研究表明，燃烧调整致使炉膛温度过高是导致垃圾焚烧发电厂锅炉结焦的又一主要因素［5］。

3.3 锅炉配风不合理

配风方式和配风量对燃料稳定燃烧至关重要。在运行调整中，为了控制烟气中NOx 浓度，多维持低氧运行。当炉膛内部氧含量相对较低时，炉膛内局部形成还原性气体，灰分熔点降低，加剧锅炉结焦［6］；配风量过大，炉膛内部烟气温度迅速升高，就会有高温腐蚀、结焦的风险；风压或风速偏低，灰分气流速度变慢，灰分容易粘附在受热面上形成积灰，影响换热效果，若吹灰不及时或不彻底就易结焦［7］。炉膛漏风会使进入炉内风量增大，炉膛温度降低，为维持炉膛温度往往会采取投用辅燃的措施，辅燃周围局部温度升高，易造成辅燃附近炉墙结焦。

3.4 吹灰清焦不及时

烟道受热面吹灰不及时或吹灰不彻底，积灰阻碍烟气换热，烟气温度升高，为锅炉结焦创造条件。即使发现受热面有结焦迹象，因受炉温控制等条件限制，在线清焦工作进展缓慢，在线清焦不及时或不彻底均有造成锅炉大面积结焦可能［8］。

4 应对策略

4.1 加强垃圾仓管理，提供高品质燃料

尽可能减少乡村垃圾收集过程中渣土的掺入，从源头减少垃圾粉尘的含量，提高垃圾热值。投料前，将高热值城镇垃圾与低热值乡村垃圾进行充分搅拌，混合均匀，稳定燃料热值。加强垃圾仓管理，根据季节和气温变化情况适当调整垃圾发酵时间，确保垃圾发酵充分，渗滤液导排顺畅，减少燃料的含水率，提高燃料热值的均匀度。

4.2 调整燃烧工况，严控炉膛温度

加强运行监视，实时调整锅炉燃烧工况，使炉膛出口烟气温度明显低于灰分熔点。在锅炉负荷变化时，及时调整给料量和风量，当提高锅炉蒸发量时，应先加大配风量，后增加燃料投加，当减少蒸发量时，先减少燃料投加，后减少配风量，并保持锅炉汽压和汽温稳定，避免调整幅度过大。在满足垃圾焚烧炉膛温度不低于850 ℃的环保在线监控指标的前提下，尽可能控制炉膛温度在较低温度水平运行；加强热电偶巡查保养，避免因温度测点挂灰或结焦造成监测炉温与实际炉膛温度偏差过大情况的出现。加强锅炉热负荷控制，避免锅炉长时间超负荷运行，提高锅炉运行效率，减少锅炉结焦。

4.3 合理配风，消除锅炉漏风

平衡配风量，避免出现缺氧燃烧情况的发生，减少炉膛局部还原性气体环境出现的频次，根据锅炉运行情况选择合理的过量空气系数，使锅炉出口氧含量保持在6%～8%范围内。炉排干燥加热区、热解燃烧区和燃尽区按3∶5∶2 的比例进行配风，并控制炉排温度不超过350 ℃。

锅炉停运检修启炉前，须进行正压试验，并加大对锅炉漏风点的查找，确保所有看火门、人孔门、除灰门等关闭严密，发现漏风点及时采取堵塞措施，减少炉膛的漏风量；正常运行时，应保持各段炉排有相应的风量通过，控制锅炉燃烧室上部负压在-30 Pa～-50 Pa 之间。加大对炉膛侧墙风机运行巡检的力度，确保其对焚烧间炉排夹道及给料炉排处的吸风冷却效果，抑制炉墙结焦。

4.4 强化运行管理，定期吹灰和清焦

锅炉结焦是一个缓慢的过程，运行司炉要熟知预防结焦的措施，实时观察运行情况并优化运行方式，有效应对锅炉运行中出现的问题，积极开展锅炉最佳燃烧工况调整，尽可能避免结焦问题的发生。当发现有结焦迹象时，司炉应具备分析结焦原因，并具备通过燃烧调整最大限度减少结焦量、减缓结焦速度［9］的能力。为避免积灰因素所导致换热受阻，烟气温度较高造成的结焦，需提高吹灰质量，使受热面尽可能少的残留灰分［10］。当发现有结焦时，应及时组织在线清焦作业，避免出现结焦进程加速，错过在线清焦的最佳时机，造成事故扩大。

5 结语

该垃圾焚烧发电厂因生活垃圾热值相对较低，锅炉燃烧工况调整难度较大，炉膛积灰结焦问题严重，甚至出现被迫停炉，打乱企业既定停炉检修计划，影响生产计划落实。该项目在保证锅炉燃烧工况稳定，且满足二噁英控制所需炉膛温度的前提下，通过采取提高燃料品质、控制炉膛温度、合理配风、加强运行管理等措施，有效抑制锅炉结焦问题，炉膛结焦速度减缓、焦块易于清除，锅炉各运行参数稳定。