垃圾焚烧炉及垃圾电厂热力系统设计中的几个问题

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  近年来,垃圾焚烧炉垃圾发电厂热力系统设计问题得到了业内的广泛关注,研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述,分析了主要焚烧炉型技术特点,并结合相关实践经验,分别从多个角度与方面就机组热力系统优化问题展开了研究,阐述了个人对此的几点看法与认识,望有助于相关工作的实践。

  作为一项实际要求较高的实践性工作,垃圾焚烧炉及垃圾电厂热力系统设计的特殊性不言而喻。该项课题的研究,将会更好地提升对垃圾焚烧炉及垃圾电厂的分析与掌控力度,从而通过合理化的措施与途径,进一步优化该项设计工作的最终整体效果。

  机械炉排炉技术作为世界主流的垃圾焚烧炉技术,技术成熟、可靠,应用前景广阔,发展空间较大。这种焚烧炉因为具有对垃圾的预处理要求不高,对垃圾热值适应范围广,运行及维护简便等优点,是目前在处理城市垃圾中使用最为广泛的焚烧炉。该类型焚烧炉型式很多,主要有固定炉排、链条炉排、滚动炉排、倾斜顺推往复炉排、倾斜逆推往复炉排等。

  为使垃圾燃烧过程稳定,炉排型焚烧关键是炉排。炉排分为预热段、燃烧段、燃烬段,段与段之间可以有垂直落差,也可没有落差。垃圾在炉排上着火,热量不仅来自上方的辐射和烟气的对流,还来自垃圾层内部。在炉排上已着火的垃圾在炉排的特殊作用下,使垃圾层强烈地翻动和搅动,引起垃圾底部开始着火,连续的翻动和搅动使垃圾层松动,透气性加强,有助于垃圾的着火和燃烧。

  由于垃圾焚烧技术较复杂、技术含量高,我国目前的大型机械炉排炉焚烧厂建设主要依靠引进国外先进焚烧炉,北京、上海等大中城市均主要采用引进国外先进炉排炉焚烧技术。部分中等城市开始应用国产机械炉排炉。

  流化床焚烧炉不设运动炉体和炉排。流化床底设空气分布板,使用石英砂作为热载体。垃圾均匀定量地加入到700℃~750℃的砂子流态化床中,进行热解气化和部分燃烧随后被燃烬,不燃物和焚烧残渣随砂子一起通过炉底的排渣口进入筛分机分离出大颗粒不燃物排出炉外。中等颗粒的渣和石英砂,通过提升机送入炉内循环使用。

  回转窑焚烧炉技术的燃烧设备主要是一个缓慢旋转的回转窑。它是通过炉本体滚筒连续、缓慢转动,利用内壁耐高温抄板将垃圾由筒体下部在筒体滚动时带到筒体上部,然后靠垃圾自重落下。回转窑式垃圾燃烧装置设备费用低,厂用电耗与其他燃烧方式相比也较少,但焚烧低热值、高水分的垃圾时有一定的难度。

  对于垃圾焚烧发电厂而言,在选择汽轮机时通常情况下都会选择有较强低压段抗水蚀能力的且有较强变工况能力的或者是次高压凝汽式汽轮机。现有配置4台比利时西格斯焚烧炉的某垃圾发电厂二期工程,该焚烧炉的主要形式为多级倾斜式往复排炉,每台焚烧炉每天可以对750t的垃圾量进行处理,所有焚烧炉可以达到每天4200t的处理能力,垃圾低位热值设计值为7118kJ/kg。该垃圾焚烧发电厂配套了由南京汽轮电机有限公司制造的2台汽轮机,主要为中压、单缸、抽汽、凝汽式汽轮机,其型号为C30-3.8/1.7/395型,配套的发电机组功率为2×32MW。汽轮机的启停方式采用定压式。

  垃圾焚烧发电厂与常规的火力发电厂不同的是,其要求“停机不停炉”,通常情况下还要求运行的年时长至少达到8000小时以上,因此垃圾焚烧发电厂的运行方式一般都设置为汽轮机旁路系统。在现阶段,对于路旁系统的设计方案主要有配备旁路减温减压器和高压旁路凝汽器的大旁路系统以及只配备旁路减温减压器的小旁路系统这两种。

  垃圾焚烧发电厂选择的是旁路系统额定流量为168t/h的第一种配置方案。该方案中,焚烧炉燃烧所产生的新蒸汽会在汽轮机停机时直接进行减温减压作用,然后再通过路旁高压凝汽器使之冷凝成路旁凝结水,最后再通过路旁凝结水系统进入除氧器。当启动和低负荷减温减压器系统被同时开启时,通过减温减压的新蒸汽会分别进入除氧加热蒸汽和空气预热器母管,然后分别在锅炉给水加热除氧和焚烧炉空气预热器中被应用,从而保证能正常运行焚烧炉、余热锅炉以及除氧器。

  该垃圾焚烧发电厂二期工程给水除氧采用压力式热力除氧,除氧器正常运行时的加热汽源来自汽轮机二段抽汽,调试启动期间由主蒸汽通过减温减压后的加热蒸汽作为启动备用汽源。该厂初期通过机械式弹簧减压阀将加热蒸汽减压来达到除氧器的压力范圍,但在实际运行过程中,由于启动初期主蒸汽压力不稳定,该阀门频繁开启和关闭,造成了除氧器加热蒸汽压力也不稳定,除氧效果不佳。同时由于加热蒸汽至除氧器的供汽母管沿途未设置疏水管路,导致管路中大量积水,积水中杂质集聚到机械式弹簧减压阀前,使得该阀门常发生弹簧卡涩而无法正常开启,除氧器供汽量不足。通过改造减压阀和增设疏水管路解决了该问题。

  该垃圾焚烧发电厂汽轮机机组加热蒸汽通过均压箱后供汽轮机前后汽封,均压箱上装有汽封压力调整分配阀,使均压箱保持2.94~29.4kPa的正常压力,当均压箱中压力低于2.94kPa时,二段抽汽作为备用轴封供汽通过该分配阀向均压箱供汽,当均压箱中压力高于29.4kPa时,多余的蒸汽通过汽封压力调整分配阀排入凝汽器。该厂启动初期在汽轮机前后汽封正常投入时,均压箱压力却无法建立起来。初步分析为均压箱供汽不足,通过计算分析得出设计院给定的加热蒸汽至均压箱的供汽管道直径太小(直径为20cm),同时存在轴封回汽不畅的问题,由于疏水系统设计未将无压和有压疏水分开,造成有压疏水通过无压疏水管道时因反串到轴封供汽管道内而积水,致使轴封供汽不畅。后通过将供汽管道直径改造为108cm,增加了轴封供汽量,通过隔离有压疏水管路,并通过在均压箱内加热蒸汽对轴封管道充分暖管疏水来解决轴封管道积水问题。

  在该垃圾焚烧发电厂中,其汽轮机组要求的低压汽封供汽温度在120~180℃(整定值为150℃)的范围内,轴封的供汽温度对于汽轮机机组的正常运行会造成较大影响,一旦温度过高,汽轮机机组轴封就会出现松动情况,而在较大的热应力作用下,又会使机组产生动静摩擦,对转子的寿命造成很大影响;温度过低则会将轴封供汽水带入到汽轮机机组之中。然而,由于该垃圾焚烧发电厂的抽汽供均压箱和轴封的供汽都没有设计调温设置,在很长一段时间内会出现温度大于220℃的情况在运行期间,现阶段要想对温度进行调整,只能通过对均压箱的进汽量调整来实现,因此,为了解决这个问题,建议该厂增设减温装置在均压箱处。

  综上所述,加强对垃圾焚烧炉及垃圾电厂热力系统设计问题的研究分析,对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义,因此在今后的垃圾焚烧炉及垃圾电厂热力系统设计工作过程中,应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度,并注重其具体实施措施与方法的科学性。

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