垃圾焚烧炉扩容改造技术研究
发布日期： 2020-08-11 10:01:09 阅读量（457） 作者：炉排式垃圾焚烧炉的热负荷能力通常包括炉排负荷和炉膛负荷两个方面。炉排负荷主要指单位面积炉排垃圾焚烧量(kg/m2·h)，通常长期超负荷运行会加剧炉排片的磨损和缩短机械装置的使用寿命，而炉膛负荷是指焚烧炉膛单位容积热负荷(kW/m3)，长期超负荷运行则会使得炉温超温，导致焚烧炉结焦并缩短耐火材料的使用寿命。
我国早期的垃圾焚烧炉由于考虑到国内生活垃圾热值低含水率高的特点，为使垃圾能更好地燃烧，通常焚烧炉炉膛都采用绝热炉膛结构。然而随着社会发展和经济水平的提高，尤其是近几年网购和外卖行业的兴盛，全国城镇生活垃圾热值有了大幅的提高。但是，垃圾热值的提高使焚烧炉的热负荷整体上升而出现超温。根据国内垃圾焚烧厂的运行经验：当焚烧炉膛温度高于1050℃，该区域内的结焦情况会加剧。此外，焚烧炉烟气温度的提升，还会使后续余热锅炉的受热面因温度过高而产生高温腐蚀，对安全运行造成影响。因此为控制焚烧炉膛温度，不少焚烧厂都采取了降低炉排负荷(即减少垃圾处理量)的措施。垃圾处理的减少会加剧城市垃圾的处置压力，也影响了焚烧厂的经济效益。因此，这些焚烧炉存在着扩容改造的需求。
1 垃圾焚烧炉简介及运行状况
威海某垃圾焚烧发电厂共设有两台垃圾焚烧炉，单台设计日处理量为350t，垃圾低位热值设计值为6280kJ/kg，焚烧炉采用绝热耐火炉膛结构。垃圾焚烧炉于2012年投入运行，投运后垃圾热值也一直处于上升中，根据运行数据显示，2016年和2017年平均每吨垃圾焚烧后产生的蒸汽量分别为1.95t和1.98t，结合锅炉的换热效率可以粗略推算出垃圾热值分别为6615kJ/kg和6715kJ/kg，均已超过垃圾设计热值6280kJ/kg。
该厂焚烧炉炉膛温度长期处于1050 ℃以上，焚烧炉侧墙和后拱的结焦情况较为严重，结焦厚度超过1m(如图1)，需要停炉后进行人工清焦的手段才能维持设备的正常运行。为降低焚烧炉膛的温度，减轻结焦，焚烧厂平时主要采取减少垃圾处理量和缩短垃圾存储时间降低垃圾热值的措施。
2 焚烧炉扩容改造方案及实施
2018年对焚烧炉进行了扩容改造。从焚烧炉运行情况看，由于炉排前部为干燥段，垃圾还没有充分燃烧温度较低，因此前拱的结焦情况不是很严重，而侧墙和后拱则由于垃圾已经充分燃烧，炉温很高则结焦比较严重。考虑到需要增加垃圾处理量，为控制焚烧炉膛温度，计划将原有的焚烧炉耐火绝热结构改为膜式水冷壁结构。改造计划将焚烧炉两侧空冷炉墙及炉后拱一起拆除，并铺设膜式水冷壁，并在水冷壁内侧敷设110mm 厚的耐火浇注料。大面积的水冷壁结构可有效地吸收热量并降低炉膛温度，预防炉内结焦。通过此次改造，焚烧炉换热面积大约增加100m2。具体改造方案见图2。
图1 焚烧炉结焦情况
图2 焚烧炉扩容改造方案图
图3 焚烧炉后拱炉墙拆除
图4 焚烧炉侧墙水冷壁安装
3 改造投资及经济效益
该次焚烧炉扩容改造于2018年5月底完成，6月开始运行至今，焚烧炉运行状况安全可靠。从运行数据看，焚烧炉炉膛温度基本都低于1050℃，焚烧炉结焦情况有所好转，垃圾处理量和全厂发电量都有了一定的提升。
3.1 改造投资
改造费用主要包括设备制造费和设备安装费用。根据统计，新增水冷壁换热面、耐火材料费和保温费用约为388万元，安装费用约为120万元，其他费用18万元。因为该次焚烧炉改造安排在2018年5月机组大修期间实施，故不产生机组停运损失，总计该次改造费用约为526万元(见表1)。
3.2 经济性分析
该次改造为2018年5月完成，由于10月焚烧厂需进 行 检 修，因 此 将 改 造 前 2017 年 和 改 造 后2018年的6至9月连续运行的生产数据进行了比较。表2为改造后2018年6～9月威海焚烧厂垃圾处理量和发电量的情况。
表1 焚烧炉扩容改造费用
表2 扩容改造后威海厂运行数据(2018)
表3 扩容改造前威海厂运行数据(2017)
比较表2和表3可发现，改造后2018年除9月外，其余3个月发电量和垃圾焚烧量均超过2017年同期。尽管上述数据受到停炉检修及垃圾入厂量的影响，但总体上4个月的趋势还是提高的。同比4个月2018年垃圾焚烧量比2017年提高了6%，而发电量和上网电量更是同比提高了12.2%和13.8%。发电量大幅提升的原因是：因为焚烧炉结焦有所缓解，运行人员延长了垃圾存储时间，垃圾发酵更为充分，热值也有了进一步的提升。
垃圾处理量的提高和发电量的增加给焚烧厂带来一定的经济效益，表4为上述两个时间段焚烧厂的收益情况比较。
表4 扩容改造前后2017年和2018年焚烧厂收益比较
由表4可见，通过此次扩容技术改造，焚烧厂在改造前后上网电费和垃圾处理费同比增加约236.3万元。另外根据焚烧厂运行数据显示，目前焚烧厂垃圾处理成本大约为93元/t，因此扩容改造后垃圾处理费需要增加约42.8万元，扣除这部分费用后6月至9月焚烧厂增加的经济效益为193.5万元。考虑到焚烧厂有1个月的检修期，则全年增加的经济效益约为530万元。
4 结论
威海某垃圾焚烧厂通过焚烧炉的扩容改造，不仅可以控制焚烧炉炉膛温度，减轻设备结焦，还可以提高焚烧厂垃圾处理量和发电量。根据推算，每年可提高经济效益约530万元，一年左右即可收回扩容改造投资，经济效益可观，并且垃圾处理量的提高也具有十分显著的环境效益。
作者：彭小军
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