浅析垃圾发电厂在线清灰的方式

浅析垃圾发电厂在线清灰的方式

许理森

化州市深能环保有限公司，广东，茂名 525300

【摘要】余热锅炉的结焦和积灰是垃圾焚烧发电厂经常遇到的问题，它直接影响到发电厂的安全生产运行与经济效益。本文主要介绍焚烧炉积灰特性、原因及清灰方式。

【关键词】垃圾；发电厂；余热锅炉；锅炉在线清灰

0引言

由于我国生活垃圾成分比较复杂，导致垃圾焚烧产生的烟气中含有大量粉尘，这些粉尘的碱性成分多、有一定的黏性、灰熔点低，在高温下变软、粘附性增强，易在焚烧炉出口和余热炉受热面积灰、结焦，导致锅炉受热面传热效果大幅下降、热力不均，锅炉效率、出力明显降低。锅炉结焦积灰不仅影响设备安全稳定运行，也严重影响发电厂的经济效益。

1 生活垃圾灰分特性

受热面结焦、积灰是由于烟气中携带的灰渣颗粒，遇到换热面时，被冷却而形成，这是一个非常复杂的物理化学过程。

灰的熔化温度主要取决于灰的成分和各成分含量比例。生活垃圾焚烧结焦的主要成分为碱金属的氧化物，如：三氧化二铁、三氧化二铝、氧化钙、氧化钾、氧化钠等，灰的各组成成分的熔化温度各不相同且由于生活垃圾本身成分复杂、变化大,其焚烧后的灰是各组成成分的复合化合物和混合物,因此其熔化温度没有固定的熔化温度。一般,灰含氧化硅和氧化铝越高,其熔化温度越高；而含铁和碱金属的氧化物多时,灰的熔点较低。

另外，灰的熔点也受反应环境介质的性质影响。在还原性环境中，其熔点较非还原性环境中低。例如：当灰含的三氧化二铁被还原氧化铁时，容易与氧化硅形成低熔点的2FeO·SiO2,从而降低灰熔点。

2 垃圾发电厂锅炉受热面积灰结焦原因

锅炉发生结焦积灰现象,并非是由单一的某种因素影响导致的结果,而是由多种因素相互叠加影响作用才形成的,它与炉内燃烧工况、中心位置空气动力场以及炉型设计等因素相关。

在垃圾焚烧炉燃烧过程中,炉排上固体垃圾中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发,成气态进入烟气中,当温度降低时凝结,粘附在烟气冲刷的受热面和炉墙上或者凝结在飞灰颗粒表面,成为熔融的碱化物膜,然后粘附在受热面上形成初始结焦层。

正常运行中,焚烧炉焚烧生活垃圾产生的烟气由引风机经由余热锅炉辐射烟道、对流烟道、半干式反应塔、布袋除尘器,最后通过烟囱排向大气。运行稳定时,烟气的通流曲线应是平滑稳定的,烟气中混杂的熔融状态的飞灰应在炉膛内对水冷壁进行辐射换热,冷却至温度低于飞灰颗粒熔点时形成固体颗粒,这种固体颗粒附着在蒸发器或者过热器、省煤器上可通过吹灰装置清除,较大的颗粒落入水平烟道下的漏灰斗中,较小的颗粒随烟气经过半干式反应塔由布袋除尘器清除。

而当锅炉负荷波动较大,尤其是当锅炉负荷过高急需压负荷时,通常的调整方式是迅速减小一次风并加大二次风,此时的炉温非常高,为飞灰熔化提供了必要的条件,而急剧降低一次风势必对烟气原来的通流曲线产生干扰,二次风的增加又必然对烟气产生扰动,熔融的颗粒受惯性力的影响对炉墙产生惯性撞击,从而粘附在炉墙上。

3 积灰结焦对运行的影响

（1）烟道阻塞，严重时被迫停炉。

（2）受热面换热降低，锅炉效率下降。

（3）焚烧炉内结焦增加承重，炉内浇注料易脱落。

4锅炉在线清灰的方式

4.1采取投加清灰除焦剂

锅炉清灰除焦剂是以无机盐为主并加入一定量的添加剂的颗粒、粉末。它在高温下分解生成高温下进行分解成的碱性氧化物再与烟气中的酸性气体反应，生成无粘性的硝酸盐。硝酸盐可以与炉膛内的焦块形成低共熔点混合物，改变其物理状态与化学成分，在高温作用下，焦块逐渐熔化生成为液体而自动脱落；另外，其催化剂使烟道中的积灰氧化变得多孔、松散，从而使积灰与受热面分离。硝酸盐分解产生的亚硝酸盐还对受热面起到钝化作用，使设备受热面和烟道等经常保持良好的状态。

4.2激波吹灰技术

激波吹灰主要是利用管路将空气和可燃气体在特制的混合点火罐内充分混合，通过另一端与激波发生器相连的混合气体导管将混合好的可燃气体输送到激波发生器之内，随后在点火罐内进行点火，将发生器内的混合气体引爆。因爆燃气体体积在较短时间内发生膨胀，产生较大爆燃气体急速压缩控制，产生能量间断面，也就是激波。激波喷射到锅炉的受热面上，剧烈变动的压力纵波会对积灰产生先推后拉的作用，促使受热面上的积灰受激波的影响出现破碎和剥落。与此同时，在受热面上激波会产生物理界面折射和反射，发射的激波会将能量传入到受热面积灰的内部，导入积灰中的折射波还会产生横波，并在积灰基底上出现反射和入射波的相互作用，促使积灰与积灰基底之间的结合面产生剪力，促使两者进行分离。

脉冲激波吹灰器能产生能量较大的冲击波，适用于松散性积灰的同时又适合粘结性积灰。具有使用范围广、结构尺寸小、易于布置、系统简单、吹灰效率高、故障率低、可靠性高、易于维护等优点，但因其作用范围以正对面为主有死角，需布置较多数量的吹灰器才能达到预期效果。

4.3机械振打清灰

机械振打的原理是利用电动机，对锅炉受热面联箱按照顺序进行锤击，在锤击的一瞬间促使受热面产生较为强烈的振动，促使吸附在受热面上的积灰在反复的应力作用下产生微小的裂缝，直至受到破坏发生脱落的情况。

机械振打清灰主要应用于松散积灰及水平布置的对流受热面，其清灰方式有利用重锤驱动清灰和压缩空气驱动清灰。通过敲击锅炉的外护板振打锤引起该受热面的下集箱震动，使其管束附着的松散积灰脱落。

机械振打清灰虽耗能少且不会对烟气系统增加额外的负荷，但其加工精度及安装要求高、振动区域管束焊缝容易产生裂纹、故障率较多且清灰效果欠佳。一般只有进口焚烧炉设备应用，国内锅炉上较少采用。

4.4蒸汽吹灰装置

蒸汽吹灰器主要是利用喷嘴喷出高温、高压蒸汽，对锅炉受热面的灰、焦进行清除，有效吹灰半径为1.5—2.0m。蒸汽吹灰器形式有固定回转式吹灰器和伸缩式吹灰器。水平布置对流受热面管束一般用固定回转式吹灰，而伸缩式吹灰器可分长伸缩式和短伸缩式，长伸缩式用于对流受热面清灰，短伸缩式多用于炉室清灰。

蒸汽吹灰器可以布置在锅炉任何部位，对清除结渣性较强、灰熔点低和粘结性灰有显著的效果，同时蒸汽来源比较充分。但是，蒸汽吹灰有工作介质损耗量大、运行成本高、降低锅炉热效率等缺点。此外蒸汽吹灰装置一次性投资的成本较高，设备故障的发生率较高，需要消耗蒸汽，运行的费用较高。

4.5声波清灰

声波吹灰主要是通过声波发生器将压缩空气或高压蒸汽调制成声波，将压缩空气中的能量进行转化，使其形成声波。在弹性介质中声波进行传播，通过循环往复作用在换热表面的积灰上，从而减弱或破坏灰粒之间及灰粒管壁之间的结合力。声波的持续工作将会逐渐减弱结合力，当结合力减弱到一定程度，灰粒会在重力或者是烟气冲刷力的作用下掉落下来。声波清灰装置具备以下优势：首先声波具有绕射、反射和衍射的特点，无论受热面管排如何设计，只要在有效作用范围内，声波都可以无死角的清除管排间及管排背后的积灰。其次声波清灰是以空气为介质，无腐蚀作用。最后声波清灰是利用较小能量的循环往复作用实现清灰的目的，对管壁造成的损伤可以忽略不计。但是声波清灰也存在一定的缺点，声波吹灰器的震动膜片制造存在较大的难度，花费较高，且需要不断的更换，后期维护需要花费大量的成本，且150dB的噪声持续污染将会影响到人体的健康，对于粘结性较强的积灰其清除效果一般，因此声波清灰的方式在垃圾发电厂中并不常见。

5总结

清灰装置根据受热面的布置形式和位置而定，垂直布置通常采用蒸汽吹灰和激波清灰，水平布置可采用机械和蒸汽吹灰。一般过热器与蒸发器用蒸汽吹灰而省煤器用激波清灰；尾部受热面设计为上下联箱结构，选用机械振打的清灰方式。我国垃圾焚烧发电厂中广泛使用激波清灰和蒸汽吹灰。

参考文献

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