生活垃圾焚烧余热锅炉二三烟道积灰原因分析及预防措施

郑州荥泽环保能源有限公司 景玉博 朱梦曼 王玉理 姚喜恩 郑州东兴环保能源有限公司 李向东 刘红松

截至2023年，某城市生活垃圾每天产生量接近10000t。城市生活垃圾围城的问题日益突出；焚烧法处理生活垃圾对土地资源短缺、环境问题日益突出的城市来说成为必然选择。某垃圾焚烧发电厂选用6×700t/d 的垃圾焚烧炉，配备3×30MW 汽轮发电机组，日处理生活垃圾量4200t/d。自2019年12月6炉3机投产以来，较好地推动了某城市生活垃圾无害化、减量化、资源化的发展，缓解了城市垃圾围城的燃眉之急。

1 锅炉概况

焚烧炉采用重庆三峰卡万塔环境产业有限公司生产的SITY2000逆推式机械炉排炉。如图1所示，焚烧炉由给料系统、焚烧系统、除渣系统、液压系统、燃烧控制系统、燃烧空气系统、启动及辅助燃烧器系统等组成。生活垃圾在垃圾坑中发酵5～7天后，通过起重机将垃圾送至焚烧炉的给料斗，给料器将垃圾推送到逆推式机械炉排上进行干燥、燃烧、燃烬及冷却。燃烧产生的烟气全部进入余热锅炉，垃圾燃烧后的炉渣经捞渣机收集。

图1 城镇生活垃圾焚烧炉和余热锅炉布置示意图

余热锅炉采用南通万达锅炉有限公司生产的单锅筒、卧式布置、自然循环中压锅炉，采用悬吊结构。额定蒸发量66.55t/h，额定蒸汽压力4.0MPa，额定蒸汽温度400℃。余热锅炉由一烟道、二烟道、三烟道、水平烟道、U 形尾部烟道组成。

2 案例

#4炉自2019年12月投运以来，二、三烟道左右侧温度一直维持在600～650℃，省煤器出口负压维持在-200～-100Pa；炉膛负压-10Pa 时，引风机变频30～34Hz，电流24.5～26.8A；引风机自2020年4月某日监盘发现，发现二、三烟道温度左侧测点下降至400℃，右侧测点下降至114℃；省煤器出口负压上升-1200～-1500Pa；在负荷相同的情况下，低于#4炉正常温度200～500℃左右；省煤器出口负压上升1100～1300Pa；引风机变频器上升42Hz，电流上升至33.8A。

就地测温枪测得二、三烟道卸灰阀处灰斗温度25℃左右，判断为积灰，联系检修清灰；由于检修在线只能通过二、三烟道卸灰阀人孔处清灰，清灰后测点温度依旧没有上升趋势；联系热工检查此处热电偶，通过更换新热电偶，此处温度仍旧没有恢复正常，排除温度测点故障，判断为二、三烟道灰斗以上积灰比较严重，如图2所示。申请停炉检修；停炉后打开二、三烟道灰斗上人孔门，人孔处已经堵满，存在有浇注料脱落现象，如图3所示，为防止灰块堵塞下灰管道，采取人工搬运的方法清灰；累计工作12天，将#4炉二、三烟道清灰完毕。

图2 二、三烟道灰斗人孔打开后内部积渣

图3 二、三烟道灰斗人孔内清理出的脱落浇筑料块

3 生活垃圾焚烧炉积灰机理

生活垃圾焚烧炉积灰结渣机理与垃圾种类有密切关系。李润东[1]、张衍国[2]等学者研究认为，由于生活垃圾中含有部分的餐厨垃圾，因而焚烧物中含有碱金属元素。在焚烧炉内高温环境下，碱金属化合物会发生气化混合在烟气中，而且部分化合物还会发生熔融，诱发共融产物。当遇到较低温环境时，气化的碱金属化合物会发生凝结沉积，发生相态的转化，形成积灰结渣。此外，垃圾焚烧炉存在超负荷运行的情况，在这种情况下炉内温度容易超过设计的标准温度，加剧炉内化合物的熔融，飞灰颗粒容易积聚在熔融体表面，导致积灰结渣。另外，在焚烧炉超负荷运行的情况下，焚烧料容易燃烧不充分，气相中还原性碳含量升高，也促进了积灰结渣的生成。

4 原因分析

一是炉膛温度过高是造成二、三烟道积灰板结的主要原因；高亮[3]、李涛[4]等学者研究表明高温烟气有利于渣块的形成，在试验过程中当温度高于450℃时，开始形成黏结性积灰，当温度高于460℃时，受热面开始结渣。通过调取二、三烟道温度曲线，查得此处最高温度680℃，由于垃圾成分复杂，680℃已经到了部分飞灰的灰熔点，造成飞灰黏结到受热面的内壁上，当温度下降后板结变硬；形成大块掉落在灰斗平台上，堵住下灰口，越积越多，最终堵死。

二是二、三烟道灰斗内部浇注料脱落造成灰斗堵塞。二、三烟道灰斗炉内侧由抓钉、铁丝网、隔热浇注料、耐火浇注料等结构组成，如图4所示。设计选用的抓钉设计尺寸较小、V 型、Y 型抓钉选型不合理、灰斗炉内侧护板上焊接抓钉密度不足，造成抓钉承载力无法满足灰斗内壁保温层的重量，导致灰斗内部浇注料脱落；二、三烟道灰斗处空气炮如图5所示，使用频率太高，产生的喷射气流振动扰动浇筑料，加速浇筑料的脱落。

图4 二、三烟道灰斗炉内保温典型结构图

图5 二、三烟道卸灰阀处平台和空气炮

三是烟气中水分含量高。蒸汽吹灰带水造成此处飞灰板结，每台余热锅炉前置蒸发器处布置有蒸汽吹灰，蒸汽吹灰时，蒸汽吹灰疏水不畅；锅炉渗滤液回喷量过大，短时间内无法在炉膛中蒸发，造成烟气中含水量增多；垃圾库生活垃圾发酵时间短，造成入炉垃圾含水量大。

四是二、三烟道双层卸灰阀由于机械故障和电气故障导致卸灰阀电机跳闸，在此期间造成二、三烟道灰斗中的积灰不能正常进入捞渣机，逐渐积累造成积灰严重。

五是二、三烟道下部灰斗设计不合理，二、三烟道下灰斗与双层卸灰阀连接处，存在一个平台，通过打开平台处的插板阀，二、三烟道的积灰才能进入捞渣机；插板阀的面积只占平台面积的1/3；正常运行时此处积灰不能全部落下。

六是管理不到位。监盘人员不认真，没有及时发现二、三烟道测点温度和省煤器出口负压，以及引风机处理变化情况，做到及时发现、及时汇报、及时处理；就地巡检人员巡检不到位，通过点温枪或手摸卸灰阀都能发现是否积灰；检修人员维护不到位，运行人员通知堵会后，没有清理干净。

5 预防措施

一是燃烧调整方面，通过控制好入炉垃圾发热量、调整给料量、料层厚度、上下炉排速度、一二次风量、一二次风温、氧量等方法，控制好炉膛温度在950～1050℃，进入二、三烟道的烟气温度＜620℃。

二是二、三烟道灰斗炉内浇注料施工时，炉内侧焊接抓钉按照最大受力荷载选择尺寸，选用双面承载力的Y 型抓钉，如图6和图7所示，提高抓钉承载力，满足灰斗内壁保温层的重量要求，适当增加灰斗炉内侧护板焊接密度，减少空气炮的使用频率。

图6 二、三烟道修复过程新焊抓钉

图7 二、三烟道灰斗修复后图片

三是保持烟气中水分含量在正常范围。严格按照蒸汽吹灰的要求执行，吹灰前检查蒸汽吹灰疏水手动门全开，蒸汽吹灰压力1.0～1.3MPa，疏水温度＞240℃，程控时疏水时间＞600s，保证蒸汽吹灰的过热度；渗滤液回喷投入的量宜控制在1.0～1.2t/h，建议渗滤液回喷泵出口再循环管手动门改造为电动调整门，此设计根据需要调整压力；做好垃圾库管理，投炉垃圾满足正常的发酵时间5～7天，垃圾库存明显减少时，通过停炉、增加垃圾入库量等手段调节。

四是在二、三烟道灰斗处卸灰阀故障后尽快恢复正常，对故障后卸灰阀加大巡检力度。

五是优化二、三烟道下灰斗与双层卸灰阀连接处的设计，减少灰斗和卸灰阀连接处的积灰。

六是做好运维管理措施。运行人员加大参数监视力度，发现二、三烟道温度比正常温度下降50～80℃，省煤器处负压比正常大100～200Pa 时，引风机出力变大等异常情况，如果不是测点问题，就地用点温枪测温异常，及时联系检修清灰，清灰后要验收，记录清灰情况；检修人员除了做好日常维护，还要将二、三烟道清灰作为停炉检修的重要保养项目，进入炉膛清灰做好防护措施。

综上，垃圾焚烧锅炉控制进入二、三烟道的烟气温度和水分在正常范围；二、三烟道灰斗炉内侧浇注料施工时，做好抓钉尺寸、焊接密度、抓钉型号的选择；二、三烟道灰斗处有空气炮等振达装置时，减少振达装置的使用频率；加强运维人员的管理。这些措施能够有效地解决余热锅炉二、三烟道积灰问题，保持锅炉长周期安全环保经济运行。