水冷炉膛在超大型垃圾焚烧炉膛应用

Alexandria2020

水冷炉膛在超大型垃圾焚烧炉膛应用

随着城市化进程加快，垃圾焚烧发电厂入炉的垃圾热值增长迅速，早期垃圾焚烧发电厂应用的绝热焚烧炉膛，随着入炉垃圾热值的提高，在运行中实际焚烧量下降、余热锅炉腐蚀严重、焚烧炉耐火材料寿命降低等一系列问题，绝热炉膛已经严重影响了垃圾焚烧发电厂的安全运行，鉴于以上问题，本文描述水冷炉膛在超大型垃圾焚烧炉膛应用的优势。

应用背景

国内的垃圾焚烧电厂在90年代逐渐开始建设，90年代由于生活水平的限制，当时入炉的垃圾热值不到1000Kcal/Kg，而在中国各地区，甚至是沿海发达城市所产生的垃圾中厨余垃圾多，热值低、水分高、灰分大、成分复杂，考虑入炉的垃圾热值低，国内的垃圾焚烧发电厂基本上都是使用的绝热炉膛，绝热炉膛是采用耐火砖砌筑炉墙的结构形式，炉墙采用风冷型式;适用于低热值垃圾。可维持焚烧炉较高的炉温(1050℃);保证炉墙有效地辐射热，利于高水分、较低热值的垃圾稳定焚烧;在焚烧炉与余热锅炉膨胀节接口下，焚烧炉结构一般是焚烧炉护板上做轻质隔热浇筑料、保温层、刚玉莫来石浇筑料，三层厚度大概在400mm左右，整个焚烧炉处于绝热状态，不吸收热量，利于垃圾在炉膛中燃烧后续热，垃圾在焚烧炉内燃烧产生的热烟气，在焚烧炉内燃烧后进入余热炉膛内，高温烟气热量通过余热锅炉的受热面吸收。

随着城市化进程加快和物质消费的日趋现代化，城市生活垃圾急剧增加，垃圾特性、热值变化很大，以深圳地区为例，从2010年至2020年近十年间，入炉的垃圾热值由1400Kcal/Kg增加至2100Kcal/Kg左右，现有垃圾处理设备适应不了垃圾特性变化的压力，并且随着垃圾热值的逐年升高，垃圾焚烧发电厂使用的绝热炉膛在运行中遇到很多问题，例如：①垃圾热值的逐年上升，造成垃圾焚烧炉实际日焚烧量日益下降;②焚烧炉膛温度逐年升高，焚烧炉的炉排片寿命降低，余热锅炉的高温腐蚀严重;③焚烧炉喉部出口逐渐开始结焦，严重情况下，焚烧炉运行6个月左右，喉部全部被焦块堵死;④焚烧炉前、后拱、大鼻子、辅助燃烧器处的耐火材料寿命逐年降低，每次检修都需要大面积更换，耐火材料检修工作量剧增，耐火材料的使用寿命降低。且使用时间6-10个月左右。

随着入炉垃圾热值的提高，垃圾焚烧发电厂的绝热炉膛中发现的以上问题，已经严重影响垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行。

水冷炉膛的应用

随着入炉垃圾热值提高，以深圳地区为例，入炉的垃圾热值在2000-2100Kcal/Kg，绝人焚烧炉膛运行中出现的问题已经严重影响垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行。鉴于以上情况，2016年**垃圾发电厂850T/D焚烧炉设计选型期间，选定**垃圾发电厂应用水冷炉膛。

2.1 取消大鼻子设计

绝热炉膛中的大鼻子主要作用增加烟气在焚烧炉膛内的停留时间，主要适用于低热值、高水份的垃圾焚烧炉。垃圾在焚烧炉燃烧产生的热烟气，流经大鼻子出，通过辐射热更好的干燥垃圾，利于垃圾更好燃烧。随着入炉垃圾热值提高，没有必要增加烟气在焚烧炉内的停留时间，停留时间过长，使焚烧炉内的容积热负荷增加，不仅降低了焚烧炉耐火材料的使用寿命、同时降低焚烧炉排片的使用寿命，鉴于以上原因，**垃圾焚烧发电厂在前期设计期间取消了焚烧炉中大鼻子设计，降低烟气在焚烧炉膛内的停留时间。

2.2 焚烧炉应用水冷炉膛

垃圾焚烧发电厂5*850T/D的焚烧厂，应用水冷炉膛，焚烧炉前、后拱、辅助燃烧器两侧，焚烧炉侧墙、焚烧炉人孔门全部使用受热面，受热面表面敷设65mm的耐火浇筑料。

在超大型垃圾焚烧炉膛的应用优势

(1)适用于高热值垃圾，水冷设计炉温1150℃，缓解炉膛内单位面积热负荷高的问题。

(2)提高锅炉效率，带来经济效益。

垃圾热值高，炉膛内产生更多的热量，水冷炉膛可以吸收垃圾燃烧产生的热量，进而提高锅炉效率;**垃圾发电厂850T/D锅炉在110%负荷下，蒸发量109.1t/h,相比较**垃圾发电厂750T/D锅炉在110%负荷下，蒸发量79t/h，**垃圾发电厂的水冷炉膛设计给锅炉贡献了2.5t/h的蒸发量，相当于每天增加过热蒸汽量60t/h,每天多烧垃圾19T左右，折合为年度发电量与垃圾处理量的费用，经过统计，单台水冷炉膛的每年为垃圾焚烧发电厂增加收益370万元。**垃圾850T/D的焚烧炉，水冷炉膛的设计为垃圾焚烧发电厂增加的垃圾处理量与发电量带来的收益1850万元/年。

(3)焚烧较低热值垃圾时，可以在炉膛内敷设高热阻耐火材料，保证较高炉温，稳定焚烧;焚烧较高热值垃圾时，可以在炉膛内敷设低热阻耐火材料，可操作性强，部分吸热炉膛结构在实际运行过程中，如果热值进一步升高时，可以通过更换浇注料进行非常便捷地改造。

(4)降低锅炉的整个温度场，降低了余热锅炉高温腐蚀的风险。

众所周知，垃圾焚烧发电厂不同于火电厂，随着入炉垃圾热值持续提高，锅炉内热量增加，余热锅炉高温腐蚀严重，造成余热锅炉频繁爆管，这也给垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行带来很大的隐患。垃圾焚烧发电厂采用水冷炉膛的设计，增加了水冷炉膛对烟气热量的吸收，有效的降低了余热锅炉一烟道出口温度、三级过热器前的温度、省煤器出口温度，一定程度的降低了余热锅炉的高温腐蚀风险。

(5)大大减少焚烧炉重量，简化锅炉钢结构的设计;绝热炉膛的设计需要在焚烧炉的外护板上敷设400mm的耐火浇筑量，使用水冷炉膛后，只需要在受热面敷设65mm的耐火浇筑料即可，大大降低了焚烧炉的重量。

(6)应用水冷炉膛，降低了热量在焚烧炉膛内积聚，解决了焚烧炉辅助燃烧器两侧结焦严重和耐火材料寿命低的问题。

一般的垃圾焚烧发电厂，焚烧炉两侧结焦主是由于炉膛内热量提高，造成结焦，如结焦严重，锅炉无法维持负压，不得不停炉清焦，严重情况下，运行4-6个月需要停炉进行清焦工作。使用水冷炉膛后，缓解了炉膛内部积聚的热量，焚烧运行15个月后停炉检查，焚烧炉辅助燃烧器两侧未发现焦块。

如炉膛内的问题进一步提高，焦块会被高温熔融掉，高温烟气就会影响耐火材料的使用寿命，入炉热值在1800Kcal/Kg以上的绝热炉膛，耐火材料经过修复后使用寿命维持在6-10个月左右，随着运行时间的增加，焚烧炉内的高温烟气进入耐火料料内部，耐火材料出现脱落，掏空等现象，严重情况会把焚烧前、后拱的外护板烧穿。由于耐火材料损坏，每年一台850T/D的焚烧炉检修耐火材料需要15天左右，需要费用120余万元，占用了垃圾焚烧发电厂大量的检修时间和检修费用。

垃圾焚烧发电厂水冷炉膛的应用，成功解决了绝热炉膛内耐火材料寿命低的难题，运行15个月水冷炉膛耐火材料表面完好。

(7)应用水冷炉膛，**垃圾发电厂的水冷炉膛设计比绝热炉膛日处理垃圾量多19T/D，缓解了垃圾热值提高，焚烧炉不能达到预期的尴尬。

结 语

综上所述，水冷炉膛在超大型垃圾焚烧炉膛应用，成功解决了垃圾焚烧发电厂随着热值提高带来的耐火材料寿命降低、焚烧炉结焦严重的问题，一定程度上缓解了余热锅炉高温腐蚀严重等问题，同时为垃圾焚烧发电厂带了了不菲的经济效益。水冷炉膛的成功应用，为垃圾焚烧发电厂的发展起到积极推进作用。

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内容来源：找耐火材料网