论生活垃圾焚烧余热锅炉设计

近年来，随着我国城市化进程的加快，市民生活水平的不断提高，城市生活垃圾源源不断地大量产生，对垃圾的处理不当，可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染并将占用大量的土地[1]。生活垃圾已成为一个污染环境、影响人们生活和经济发展的社会问题。如何经济、有效地进行垃圾处理是广大环保工作者和环保行业亟待解决的问题。我国各地城市生活垃圾主要采取卫生填埋、焚烧和堆肥3种处理方法。垃圾焚烧方法与其他方法比较能更好地达到垃圾处理减量化、资源化和无害化的治理目标。据统计，2010年垃圾产量已达约2亿t[2]。

垃圾的长期露天堆放对大气环境、地下水和土壤等已经造成了明显的威胁和危害，所以垃圾合理处理已成为当前经济发展所面对的重要问题之一。现以我公司在玉溪市的200t/d垃圾焚烧余热锅炉设计作为讨论基础，介绍生活垃圾焚烧余热锅炉的主要结构特征和性能参数。

1基本参数

垃圾焚烧余热锅炉的蒸汽压力、温度和垃圾焚烧量等技术参数如下：

额定蒸发量15.3t/h

额定蒸汽压力(表压)4.0MPa

额定蒸汽温度415℃

锅筒工作压力(设计值)4.6MPa

给水温度140℃

给水压力5.0MPa

热空气温度(炉排进风温度)220℃

排烟温度(锅炉出口温度)200℃

排污率0.5%～1.5%

减温方式喷水减温

锅炉房空气温度30℃

垃圾处理量：200t/d

2垃圾焚烧余热锅炉的主要结构

锅炉主要由循环系统、吸热系统、燃烧系统和其他辅助系统构成，本锅炉为单锅筒自然循环、立式布置的结构型式。其结构示意图见图1。吸热系统的主要构成是四垂直烟道立式布置的结构型式，第一和第二烟道为没有对流受热面的膜式壁;第三烟道为膜式壁，内部装有高温过热器，低温过热器和蒸发管束;第四烟道为护板结构，内部装有省煤器管束，位于第二和第三烟道下的灰斗为非水冷式，内部衬有耐火材料[3]。炉排是主要的燃烧区域，主要布置在燃烧室内部，它是垃圾燃烧的主要区域。焚烧炉炉排采用德国马丁(MARTIN)公司———原法国阿尔斯通(ALSTOM)公司的逆推式炉排焚烧技术，处理垃圾量最大可达250t/d，每天24h连续运行，年运行时间≥8000h。锅炉为顶支吊结构，锅炉给水通过给水操纵台进入省煤器，从省煤器出来后进入锅筒。为保证在任何情况下省煤器进口处管壁温度不低于露点温度，以避免低温腐蚀，在锅筒内装设有给水加热器。锅筒中的水通过布置在烟道外的不受热的下降管分配至水冷壁的下集箱;接下来水进入水冷壁吸收从燃烧烟气中释放的热量，在水冷壁中，水被加热形成汽水混合物;然后汽水混合物汇集到锅炉上部的集箱后再引入锅筒，在其中进行汽水分离。鳍片式全膜式壁结构使得水冷壁的外包覆在它的服务期限内不需要任何的维护。

锅炉烟气特点说明余热锅炉的第一通道是二燃室，二燃室的空间设计充分考虑最优气流分布与锅炉容量[4]。由炉排燃烧产生的热烟气进入二燃室，在入口处注入二次空气，使烟气充分燃烧，保证低排放。二次空气经过流量优化后涡流喷射注入二燃室，凭借二次风喷嘴的分布在二燃室内产生涡流，进一步改善操作状况。由于涡流的作用，气流中温度、速度和浓度方面都呈均匀分布，温度、速度和浓度的峰值都被极小化：第一通道从焚烧炉出口开始，为垂直布置，辐射换热面。为保护水冷壁和满足烟气在850℃停留2s以上，第一通道内壁敷设耐火材料。为保障第一通道膜式水冷壁与焚烧炉体的相对膨胀，两者间采用大型膨胀节联接。由于焚烧炉体为适宜中国垃圾特点的风冷式结构，出口烟温相对较高，因此膨胀节采用了耐高温、耐磨、耐腐蚀的金属材料。第二、三通道采用水冷结构，内壁不敷设耐火材料，布置有蒸发管束、过热器，省煤布置在第四烟道内，采用护板结构。汽包布置在炉外，垂直烟道的上方。下降管接至各蒸发段下集箱。焚烧炉上部的锅炉辐射受热面为膜式结构，水冷壁从二次风喷口和辅助油燃烧器之后的焚烧炉出口开始。水冷壁管端部接至共用集箱，再通过引出管接至汽包。在第一通道的顶部，烟气转向180°流向第二通道。在第二通道，烟气向下流动。在第二、三通道的下部布置为水冷漏斗，用来收集锅炉飞灰。在过热器前设有蒸发屏，用来使烟气在进入末级过热器之前，将烟温降至600℃以下。

锅炉汽水特点，锅炉给水经加热、除氧，给水温度140℃[5]。为了调节控制锅炉出口烟气温度，将给水在进入第一级省煤器前，设一个可调旁路进入汽包内将给水预热，省煤器分五级布置。给水进入锅筒前，在省煤器内被加热至距饱和温度最小10℃以下。省煤器给水从锅筒水空间引入。锅筒内部装置能满足在所有负荷范围内，蒸汽品质达到要求。

所有蒸发受热面均采用自然循环原理，不同的蒸发段由不同的下降管从锅筒引入，汽水混合物由引出管引入锅筒。为防止锅筒超压运行，锅筒上安装安全阀，安全阀排汽管需配置消声器。蒸汽导出锅筒前，经过除雾器，避免蒸汽带水进入过热器，过热器系统设置为三级对流管束。为了控制调节蒸汽温度，在两级过热器间布置减温器。一级减温器布置在第一、二级过热器间，以控制二级过热器出口蒸汽温度。在第二、三级过热器间布置第二级减温器，以控制锅炉出口蒸汽温度不超过400℃(偏差：+5℃、-10℃)。第三级过热器的出口管道上安装安全阀，安全阀排汽管需配置消声器，以避免过热器超压运行。

3余热锅炉的主要优点

1)减少二英的形成。余热锅炉的第一烟道是二燃室，二燃室的空间设计充分考虑最优气流分布与锅炉容量。由炉排燃烧产生的热烟气进入二燃室。在入口处注入二次空气，使烟气充分燃烧，保证低排放。二燃室的体积保证烟气在正常操作时，在高于850℃的区域停留时间≥2s[6]。二燃室配备了助燃燃烧器，确保炉膛温度≥850℃。降低CO的质量浓度至30%(15mg/Nm3)，减少对无防护的加热表面造成腐蚀的风险，减少二英的形成，为SNCR(选择性非催化还原法)脱氮系统提供最优的反应环境。

2)垃圾焚烧后减容量大。减容率为70%～90%，灰渣可制砖或铺路，还能从中回收少量的金属，可有效遏制垃圾堆存量的迅速增长。

3)工艺简单、运行可靠。余热锅炉、蒸汽动力循环、热电联产等集成技术成熟可靠。

4结束语

实践证明，此垃圾焚烧余热锅炉安全、环保、资源利用率高，满足当前国家对环境的各种技术要求，供应的设备能适合用户的经济承担能力，又适合中国的垃圾特点，值得业界大力推广。