150t/D城市生活垃圾流化床焚烧炉的设计及其运行

在改炉时结合原锅炉凝渣管，在炉膛出口构成一炉内鳍片管束气固分离器，使锅炉成为低循环倍率的流化床锅炉。经分离器分离下来的颗粒可实现炉内循环，增加其停留时间，大大提高锅炉的燃烧效率，并使尾部受热面的磨损程度大大减轻。
垃圾焚烧炉在燃烧垃圾的过程中会产生众多气态污染物，如氟化物(HF)，氯化氢(HCl)，二氢化硫(SO2)，粉尘，重金属和有机污染物二恶英等。若不加处理，这些污染物对周围环境将极大的污染。
为达到高效清洁焚烧的目的，采用了分段燃烧方式及二层二次风切圆布置方式，使炉内燃烧空气充分混合，改善燃烧状况，降低CO排放浓度及控制NOx的排放；并且采用了以下的抑制方法以有效地抑制二恶英的产生：①炉内温度保持均匀，在850～950℃范围内；②高温段烟气停留时间大于3s；③燃烧室内充分混合；④加强受热面吹灰。为控制尾部烟气中SO2、HCl、HF、Cl2及重金属的排放，采用了浙江大学开发的湿法烟气洗涤装置对尾气进行洗涤处理。该装置及其系统不片面追求过高的脱除效率而使装置投资费用过高，而是根据环保排放标准使焚烧烟气中主要气态污染物排放达到国内环保要求，从而很大程度地降低了设备的投资费用。具体实施是在已有的水膜除尘器的基础上进行改造。主要改造工作是在水膜除尘器基础上增加了烟气净化塔，并对水膜除尘器供水系统进行改造。
3改造后流化床混烧炉性能分析及运行结果
自该城市垃圾流化床焚烧炉投运以来，系统运行稳定，各项技术参数和指标均达到设计要求，对垃圾成份、热值随季节性差异的变化适应性好，锅炉燃烧稳定，汽温、汽压正常，保证了发电机组的正常运行。以下对改造后流化床垃圾焚烧炉的性能及运行结果进行分析介绍。实际应用结果表明：将原有链条炉改造成流化床后，锅炉的蒸汽参数、各段温度、速度分布，减温焓等运行参数均是可行且合理的。
通过对不同运行工况下的焚烧炉的测试结果及运行参数分析，可得到以下一些主要结果。
3.1不同垃圾处理量对焚烧炉燃烧效率的影响
垃圾焚烧炉在焚烧垃圾时，垃圾与煤比例可在20%～73%之间变化，为适应垃圾量的变化，可通过调节床层高度来保证床层温度的均匀和负荷的稳定。
经测试表明[3]：该焚烧炉在处理不同垃圾量时具有较高的燃烧效率和热效率，在处理150t/D垃圾时，燃烧效率为90.06%，热效率为81.3%，随着垃圾量的增加，将导致焚烧炉的燃烧率和热效率均有所下降，但幅度不大，在处理211t/D垃圾时，燃烧效率为87.73%，热效率为79.24%。
而根据有关报道，国外一些成熟的同容量炉排炉的热效率一般在68%～70%左右[4]。因此，采用浙江大学开发的异重流化床垃圾焚烧技术改造而成的垃圾焚烧炉热效率显然高于这一数值。
3.2流化床床层温度的稳定性
低热值高水分的垃圾投入，如处理不当，将会严重影响床层温度的变化，浙江大学采取两个方面的强化以降低垃圾进入时对床温的影响：一是尽可能扩大垃圾进入时与床层的接触面积，该炉设计时保证了入料口面积与床层接触面积之比大于0.06m2/m2；二是采用倾斜布风方式。运行结果表明：通过上述措施的实行，垃圾的投入对床层温度的影响可控制在一较小的范围内，图3给出了焚烧炉在床层高度为7400mm及蒸发量为34.8t/h时，4h内的床层温度变化曲线，其变化率相对较小，完全可实现稳定焚烧。在图中还给出了炉膛出口的氧量及尾部烟气CO排放浓度的变化情况，表明焚烧炉出口氧量均保持大于6%以上。
3.3焚烧炉的负荷变化率
负荷的提高可通过提高床层高度及床温来实现。试验表明：一个有效的办法是在一定的床层高度下，提高床温。负荷随床温的变化示于图4。考核垃圾焚烧炉成功与否的一个重要因素是单位时间内负荷的变化率。根据实际运行结果表明：在未投自动调节系统前，由人工控制垃圾焚烧炉的运行，单位小时的负荷变化率大约在10%以内(图5)，但相对来说要较单烧煤时要大。不过这一变化率并不导致垃圾焚烧锅炉的正常运行。图中还给出了相对应的炉膛出口氧量的变化情况。

图3焚烧炉4h内的床层温度变化曲线(床层高度为7400mm及蒸发量为34.8t/h)

图4负荷随床温的变化曲线图

图5单位时间内负荷变化率
3.4烟气中污染物排放结果
垃圾焚烧炉在运行中，严格实施炉内污染控制手段，通过采用分段燃烧方式及二次风切圆布置方式，并控制炉内温度保持均匀在850℃～950℃，使得高温段烟气停留时间大于3s，燃烧室内充分混合，同时结合受热面吹灰，以尽可能降低炉内污染物的产生。
尾气污染控制主要是优化烟气洗涤装置的运行，以控制SO2、HCl、HF、Cl2及重金属的排放。经浙江环境监测中心站对焚烧装置的监测表明[5]：在焚烧炉额定工况下，有害成分浓度如下：烟气中二氧化硫浓度为189mg/Nm3，氮氧化物浓度为148mg/Nm3，一氧化碳浓度为81.5mg/Nm3，汞浓度为0.028mg/Nm3，铅浓度0.14mg/Nm3，镉浓度为0.005mg/Nm3(上述数据均折算到烟气中氧气浓度为11%)。焚烧炉沪渣含碳量为0.22%。以上指标以达到国家拟定中的标准《生活垃圾焚烧污染控制标准》(报批稿)的要求。