关键词：垃圾焚烧发电；循环流化床；设计安装
              1.概述：

　　杭州锦江集团目前在国内投资建设的垃圾焚烧发电厂数量和处理量处于领先地位，自90年代中期与浙江大学热能工程研究所合作开发城市生活垃圾异重循环流化床焚烧技术以来，先后同中国科学院、日本荏原公司进行过合作与技术交流。并于1998年将余杭锦江环保能源有限公司一台35t/h的链条锅炉成功的改造成循环流化床垃圾焚烧炉，通过不断的积累经验，结合在余热发电系统、脱硫除尘系统、DCS集中控制系统、垃圾预处理系统、给料系统及冷渣系统等各类配套设施方面的不断创新，使得锦江集团在垃圾焚烧发电厂的经营管理水平和技术实力处于国内外领先地位。

　　2.垃圾焚烧发电厂系统特点

　　垃圾焚烧发电厂除了常规的汽轮机、发电机、各辅机等配置外，按照国家相关规定，对燃料控制、烟气排放等提出了特别的要求，主要有以下几点。

　　2.1垃圾进库地磅实时打印系统

　　垃圾由环卫部门收集用压缩密封车运至垃圾发电厂，进厂有专门的物流通道至垃圾卸料平台，在上平台前需要经电子计量称重装置，数据经传感器进入专门设计的垃圾称重软件管理系统，进行实时的数据存储或打印。该装置由当地的质量技术监督局实行全面的管理与监督。

　　2.2炉前垃圾抓吊计量系统

　　垃圾在进入焚烧锅炉前需要经过抓吊系统进入炉前垃圾给料装置，抓吊系统由工业电视、抓吊计量装置等组成，每次抓吊的垃圾反馈的重量进入微机系统，可进行历史查询及打印管理。

　　2.3给煤计量管理系统

　　原煤在进入焚烧炉前经过双级给煤机，一般有两种设计方案：一是原煤经输煤装置进入炉前钢制煤斗，然后经刮板或螺旋给煤机进入炉膛；二是原煤经输煤系统进入炉前钢制煤斗，然后在煤斗下部设置皮带输送机，最后在皮带输送机的下部再布置短程刮板机或螺旋给料机；第一种方案一般采用的是核子称称重系统；第二种方案是采用皮带计量称重系统，不管采用何种方案，都需将实时数据传输至DCS系统上，以便运行人员及时的调整给煤量，掌握给煤数量。

　　2.4烟气在线监测系统

　　垃圾焚烧后会产生一定的二次污染物，如何有效的控制污染排放物在国家允许的范围之内或将最大化的降低各项排放值，除了不断的对焚烧系统进行结构升级优化之外，需要在实际运行中根据垃圾的质量及投放量大小等进行燃烧的调整，烟气在线监测系统可给运行人员提供相关的调整信息与依据，以便运行人员进行做到超前的燃烧控制。

　　2.5脱硫除尘系统

　　垃圾焚烧炉主要燃料使用的是垃圾，因此烟气中含硫量不是很高，而垃圾焚烧炉考虑到了多种气体的集成，所以采用了活性炭烟气喷射系统及半干法脱硫系统，对烟气的进口温度、单位时间内的烟气量、脱硫剂量等进行调节与控制。除尘系统采用布袋过滤喷吹，有效率达到99%以上，为了钙的利用率达到最大化，除尘下来的飞灰经流化斜槽及加热装置重新返回脱硫装置进行二次循环；本装置全部调节控制有专门设计的DCS集成控制系统。

　　以上几点是CFB垃圾焚烧炉的关键所在，也是控制燃料配比及二次污染物排放的根本保证。

　　3.循环流化床垃圾焚烧锅炉设计要点

　　至今为止，杭州锦江集团先后在浙江杭州、云南昆明、山东淄博、安徽芜湖、河南荥阳等地投资建设了40多台循环流化床垃圾焚烧锅炉，处理量和额定蒸发量分别从150-650t/d、35-55t/h不等，锅炉分离器型式分别有下排气中温分离、上排气高温分离；过热器布置形式有内置式与外置式；通过大量的工程实践，杭州锦江集团在循环流化床锅炉的设计、制造、安装、运行、维护等方面拥有雄厚的实力和经验，以下将结合工程实践经验，总结循环流化床垃圾焚烧炉在设计方面应当注意的几点问题：

　　3.1垃圾落料口

　　垃圾落料口是垃圾进入炉膛的主要通道，其设计的合理性直接影响到锅炉热效率，主要分为矩形进料口和圆形进料口两种类型。进料段与炉膛水冷壁连接的斜管为两段拼接而成，并同悬吊的膜式水冷壁整体向下膨胀，该管段上一般设置有六波或八波的金属膨胀补偿器。以往由于进料口设计较大，漏风系数大，对炉膛中部温度及引风机负载存在很大影响，通过多次实验，将方形改进为1000mm×700mm，圆形外径为1000mm或1200mm，且圆形的垃圾落料口需内衬浇注层，并在直管与斜管处布置环形密封风。改进后则漏风系数大大下降，并对布置前后墙的二次风腾出了很大的空间位置。

　　此外，垃圾落料口的设计还需考虑接口密封，由于垃圾燃烧时易喷正压，落料口接口一般选择在炉膛负压区域，如果该接口不密封，当垃圾爆燃时会产生较大的正压而使热烟气冲出，不但会增加热损失，还可能破坏给料设备；当炉膛负压状态时，会将大量的冷空气吸进炉膛，对炉膛中、上部温度产生很大影响，会导致燃烧温度降低、飞灰含碳量上升、过量空气系数增加、排烟热损失增加、锅炉热效率下降等一系列问题出现，所以需高度重视对垃圾落料口接口的密封设计。

　　3.2炉膛

　　垃圾焚烧炉炉膛的设计与常规循环流化床有一定区别，除了常规的受热面布置、燃料送入点、燃烧速度的控制等以外，还要考虑二f英的“3T”技术要求，即焚烧温度高(850-950℃)、停留时间长(燃烧气体在炉内的停留时间一般不低于3s)、湍流度好(在炉膛合适的位置开孔分级送风使气体与垃圾进行良好的混合形成湍流以便使其充分燃烧)。因此，这就需要从炉膛的高度、二次风口的切入点、高温循环灰的切入点、避免水冷壁磨损、水循环动力等方面综合考虑进行设计。对于中温中压垃圾焚烧炉，一般炉内流化风速设计应在5m/s左右，炉膛的高度应在20m左右。在二次风口以下的床层应采取较小的横截面积，并向上渐扩的结构。如果截面积保持与上部相同，则流化质量会下降，特别在低负荷时容易导致流化不良甚至不能流化等现象。对于炉膛的设计，浙大同中科院在设计中存在一定的区别，浙江大学设计是下部区域采用较小的截面，在二次风送入位置采用渐扩的锥形扩口，扩口的角度小于450；中科院设计在炉膛布风板上就呈锥形扩口，有助与在布风板附近区域提高流化风速，以减少床内分层和大颗粒沉积的可能性，两种设计各有利弊。通过运行观察得知，在炉内落料口上部区域燃烧的大部分为高热值垃圾，而大部分的低热值垃圾、无机组分负热值垃圾会在炉膛的中下部燃烧，会对床层温度稳定有一定影响，为了维持床层温度的稳定，就必须增加掺烧煤量，增加运行成本。因此在设计时首先要考虑炉膛出口温度在各种工况下在850℃以上，确保返回的飞灰温度在850-950℃范围内(垃圾炉的分离器一般设计应为绝热式分离筒体)，这样就可以利用飞灰来加热床层而满足整个炉膛垃圾焚烧所要求的温度；其次是尽可能提高炉内内循环的份额，让高热值的垃圾释放出的热量通过内循环灰的传递来补充负热值垃圾吸收的热量，使整个炉膛的轴向温度趋于均匀。在循环流化床垃圾焚烧炉炉膛的设计中，如果充分考虑到以上问题，可借助垃圾自身发出的热量来建立稳定燃烧的温度场，提高垃圾与煤的比值，发挥循环流化床垃圾焚烧炉的优势。

　　3.3二次风口

　　二次风一般分两层或三层从一定的高度送入炉膛，提供完全燃烧所需的氧气。在设计中，二次风送入的位置与速度非常重要，因为送入位置决定了密相区的高度，密相区作为一个稳定的温度场与储能区，这一区域的大小也就决定了煤是否能完全裂解及变负荷下床温的稳定性。较低的密相区能降低能耗，根据工程经验，二次风送入高度一般距离布风板1.5-3米左右，笔者在工程实践中一般取2.3米。

　　另外送入的风速决定了射流的刚性与射程，试验表明，大型循环流化床二次风在冷态下的流速在70m/s左右时方可达到炉内完全混燃的效果，中压锅炉在50m/s左右即可满足运行要求，在设计中考虑到燃烧垃圾的特殊性和加强混燃及扰动效果要求，需要留有一定的余量。运行中具体风速需要根据炉膛高度、深度及穿透深度及在炉墙的布置形式而定。

　　3.4排渣口

　　垃圾入炉后带进床层的粗颗粒最终会影响床层的流化质量，所以调整流化质量是循环流化床垃圾焚烧炉的一个主要任务，而流化质量的调整主要是通过排渣来实现的。通过观察一次风风量、风室风压及料层压力的升降来判断床层的厚薄，然后再对排渣机的转速进行调节来控制床层，并维持床层粗细比例不至于失调。因此在设计中需考虑排渣口位置的确定和排渣口口径大小。

　　通过大量的工程实践发现，排渣口位置设计应尽量避开给煤口，否则在排放粗颗粒物料时原煤与底料很容易一起排走而增加运行成本。另外排渣口的中心线应对准垃圾落料口的中心线，以利于最大化的排除粗颗粒，尽可能少细颗粒物料的排出，保证流化质量及避免过大的灰渣热损失，而且运行实践后发现，将排渣口布置在布风板的中前部比布置在后部和中部更有利用大颗粒物料的排除，因为在运行中发现垃圾焚烧后主要的大颗粒主要集中在布风板的中前部，往后推移的速度很慢，如果排渣口设置在中部或后部，很难将大颗粒物料及时排出。

　　除了排渣口位置外，同时还需重视排渣口口径大小的设计，否则影响锅炉的安全、连续、经济运行。由于我国的城市生活垃圾成分极其复杂，运往焚烧厂的生活垃圾中常掺有较大份额的建筑、工业垃圾等难排除如陶瓷、金属、混凝土、轮胎焚烧后残留铁丝的等不可燃垃圾，排渣口口径大小的设计对锅炉的连续稳定运行有很大影响。杭州锦江集团在排渣口口径的设计上从早期的后墙方形排渣口改进为布风板中后部布置φ159mm圆形排渣口，后来又设计在布风板中部左右侧各布置一个φ219mm圆形排渣口，接着又改在布风板中前部布置φ273mm或φ325mm的圆形排渣口，且采用圆形排渣管时，设计应注意设置一个浇铸件短管与下部的不锈钢管焊接而成，以防止口子变形造成堵塞。通过大量运行实践发现，采用矩形口径为300mm×500mm或300mm×600mm材质全段采用铸钢件的排渣管，即可有效防止排渣管变形，又可有效排出大颗粒物料。

　　3.5返沙口

　　高温的物料经过冷渣机分选后返回炉膛，可保证细颗粒比例在床内的份额，有利于床层流化。但返回床层的细颗粒经过冷却后一般温度都在200℃以下，直接补入床层则会吸收大量的热量，会影响床温，在连续补充床料时，需要较大的给煤量以维持床温，同时由于外界负荷与烟气通流量一定，投煤量增加势必垃圾焚烧量将会降低，因此会大大提高运行成本。所以在设计时应尽可能把反沙口设置在垃圾落料口的上方区域，这样便可以用垃圾焚烧释放的热量加热低温床料，待沙料被加热到床层所需温度后才进入下部床层，这样即可提高垃圾焚烧量又可减少煤用量，达到经济稳定运行。

　　3.6尾部对流受热面

　　尾部受热面主要为过热器、省煤器或对流管，在运行中存在诸多如过热器管束磨损、积垢严重影响主蒸汽温度、省煤器管束磨损、积灰、管内介质流速过低造成整组管束变形等问题，针对此类问题，在设计时应从以下几个方面予以考虑并有针对性的采取措施。

　　(1)如果没有特殊的防腐防磨手段的情况下，在热力设计中应选择合适的烟气和工质流动速度，既要考虑防止烟气侧磨损，又要考虑使工质能尽快带走通过管壁传来的热量。过热器进口烟温应取在750℃以下，防止HCL、S03等酸性气体对管壁的高温腐蚀以及焦硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐蚀。

　　(2)生活垃圾燃烧过程中由灰渣形成低熔点的化合物极易使管壁积灰，所以需要留有一定的管排节距，并采用合适的脉冲激波吹灰器，且管排尽量采用顺列布置形式。

　　(3)选择合适的蒸汽参数，对流烟道烟气进口的第一排管子采用T-22型管材，防止启动时过热。

　　(4)由于垃圾焚烧放热波动较大且对受热面存在粘污，所以过热受热面在设计中必须要有较大的富裕量，且必须校核在低负荷、高负荷和变负荷等多种工况下过热器参数满足要求。

　　4.循环流化床垃圾焚烧炉安装要点

　　循环流化床的设计对锅炉的安全、稳定、经济运行起到了决定作用，但要达到锅炉的长期稳定运行安装施工也是不能忽略的，尤其是对一些重要部件的安装，如果没有引起足够重视，不但会严重影响锅炉的使用寿命，甚至对锅炉的安全稳定运行造成非常大的影响。

　　4.1分离和返料系统

　　在锅炉的安装过程中首先要特别注意旋风分离器的中心筒与下部立管的中心线必须垂直而不能有所偏离，另外筒体内弧与出口烟气筒必须做到同心圆，否则不但会影响分离效率，而且出口烟气筒也会加速磨损。返料装置是流化床锅炉连接炉膛与分离器的纽带，对于整个烟风系统来说是非常重要的部件，因此在安装中要特别注意立管与返料装置连接处的安装，需要说明的是安装工作必须在零米层施工完毕并经得到足够的养护后方可逐段起吊进行拼装，另返料器内的风帽施工程序应与水冷布风板上的风帽一样，应防止浇注料将风帽出口小孔堵塞。

　　4.2尾部烟道

　　垃圾焚烧过程中由于烟气中飞灰浓度较高、通流量大、粘性系数高等特点，在安装或筑炉施工时，应特别注意过热器、省煤器、对流管束等与四周墙体的间隙要求，严格按照图纸规范施工，否则会导致炉墙损坏、烟气走廊、烟气流速不均、管束磨损或积灰加剧、过热器受热不均而使烟速高的区域管壁温度超温爆管、对流受热面传热变差、排烟温度上升等诸多问题，严重影响锅炉热效率。

　　4.3水冷壁

　　水冷壁为拼装焊接而成，由于炉膛内高浓度的灰在一次流化风为主气流流化上升并在中部和二次风横向混合扰动后带至炉膛的稀相区进行燃烧，其主要流场是环形状，到顶部后分别沿四个壁面下流，形成所谓的壁面粒子流，因此对水冷壁的耐磨性能有较高的要求，要将磨损降至最低限度，除了要在结构设计上有所要求外，在拼接水冷壁时应注意管排上下之间的中心线必须垂直对准，经焊接后的环形焊疤要用磨光机加以打磨光滑，否则会干扰流场，对水冷壁造成不必要的磨损。

　　4.4膨胀缝

　　在锅炉施工过程中，一些细节方面的工作如膨胀缝的施工应当给予充分重视，否则容易引发膨胀不均烧穿外护板、内漏或外漏、管束与集箱根部拉裂等现象。所以除了要严格按图纸规范施工外，还必须掌握好施工先后顺序及养护的时间要求，例如炉膛出口织物补偿器的“Z”字形结构、分离器立管、返料管、过热器、省煤器、对流管束等穿墙管的施工，不管是用石棉绳、涂刷沥青、包敷油毡等技术手段都必须严格按照设计规范及相关行业标准进行施工。

　　5.结束语：

　　循环流化床在我国应用发展几十年来，经历了诸多坎坷，尤其是循环流化床垃圾焚烧炉，通过杭州锦江集团同浙江大学联合开发，在工程项目和运行中的不断总结、在设计上的不断改进完善，迄今已经取得了很大的成绩。同时也应当清醒的认识存在的不足，循环流化床锅炉作为固废资源化技术工艺，应当在充分发挥循环流化床焚烧垃圾的优势同时，通过技术完善，争取使得循环流化床垃圾焚烧炉可以在不使用外加燃料的情况下稳定燃烧低位热值垃圾，加快我国环保技术事业的发展。

　　参考文献

　　【1】张益,赵由才.生活垃圾焚烧技术.化学工业出版社,2000.

　　【2】党黎军,循环流化床锅炉启动调试与运行.中国电力出版社,2002.

　　【3】路春美,程世庆等.循环流化床锅炉设备与运行.中国电力出版社,2003.

　　第一作者简介：方朝军，男，籍贯浙江，杭州锦江集团循环流化床锅炉首席专家，在循环流化床锅炉设计、安装、调试和运行维护方面拥有近二十年经验。