垃圾焚烧锅炉空气预热系统的改造分析——以上海江桥垃圾发电厂的改造项目为例

垃圾焚烧锅炉空气预热系统的改造分析——以上海江桥垃圾发电厂的改造项目为例

徐康乐

上海环城再生能源有限公司   

摘要：在垃圾焚烧过程中，由于电力所产生的烟气之中很有可能有大量酸性气体以及水。传统的过滤处理系统就是把空气预热器以及省煤气连接在一起，但是这种方法并不可取，首先就容易让尾部受热面的空气预热器遭到更强的腐蚀性；除此之外，空气之中的大量水分和灰尘都有可能会导致污染，从而对设备造成损伤。因此空气预热系统是锅炉系统的重要组成部分，本研究结合上海江桥垃圾发电厂的改造，对空气预热系统进行了详细分析。

关键词：垃圾焚烧锅炉；空气预热；城市；垃圾发电

一、工程基本概况

垃圾锅炉作为热能回收装置，产生高温高压蒸汽用来发电，使得垃圾得到了最合理的利用，垃圾也达到了资源化。自2019年7月1日以来，上海生活垃圾进行了细化分类，垃圾作为燃料它的成分构成及燃烧的热值发生了较大的变化。垃圾的热值升高，水分减少，这为垃圾锅炉的容量及性能的提升成为可能。江桥垃圾锅炉是2003年的项目，随着现在处理能力的提高，其空气预热系统需要进行升级改造。

二、垃圾焚烧锅炉空气预热系统存在的问题

垃圾的成分多种多样，其中包括厨余垃圾、废弃塑料、老旧金属、废弃家电等等大型污染物，因为这些垃圾之中有些含水量过高，并且有大量的有害元素，比如氯和碱金属等等。这些有害的气体在焚烧的过程中，很有可能在高温和氧气的加持之下生成氯化氢和氮氧化合物以及化合物等，容易对锅炉尾部进行严重腐蚀并且产生污染，从而让锅炉的整体运行安全无法得到保障。所以为了解决在垃圾焚烧过程中锅炉之内空气预热器受到污染以及在低温环境下腐蚀的问题，国内的垃圾焚烧发电厂如今已经采用蒸汽空气预热器来预热。蒸汽式的空气预热器就可以将锅炉之中的温度有效提升，通过这些温度的提升去储存冷空气，提高入炉一次风温度，促进垃圾的燃烧，减少污染物的形成，减轻腐蚀。

锅炉在进行垃圾焚烧的技术是引进技术在初期设计的时候进行的蒸汽空气加热系统循环，这项技术之中分为两段式及高压段和低压段两种，分别从锅炉汽包和汽机抽气，通过高压段的凝结作用之后经过闪灯将蒸汽补充到低压段，继续换热，宁姐城的水断断续续的送到除氧器中。但是在加热设备之中的设计也存在着众多的问题，主要有以下几点：

（1）锅炉之类的垃圾成分过于复杂，垃圾的多种多样性，让锅炉在整体运行之中会承载较多，所以锅炉在运行的过程中，一次风量调整过于频繁。锅炉、汽机之中的中蒸汽量随着时间的变化而改变，导致换热器的受热面积原本的负荷量之间有差距，很有可能对凝结水的压力以及温度也会造成影响，导致换热效果不佳。

（2）在初期设置的二段式加热器之中，换热器和小集箱他们的连接是在空气管道之中运行的，由于冷热的交替，所以很有可能发生开裂和爆炸的情况，导致漏水的问题，通常而言，这种情况无法修剪，所以就造成了锅炉无法使用。

（3）业主提供的垃圾分析热值和相关文字的资料之中相差甚远，造成实际运行过程之中出现参差，所以加热器的设计中受热面积过小，无法达到一次风温的要求。为了避免在实际操作之中出现这种情况，所以建议将加热器的换热面积预留出来，大约多15%的量。

（4）为了能够让换热效果更加良好，可以及时采用螺旋翅片管，因为翅片管的各个节距之间是有所不同，所以要根据所需的基本情况去进行谨慎选择。一般来说，翅片馆的大小在6～10mm之间。有的厂家在设置的过程中为了能够让加热器之间的结构变得更加紧密所以导致螺旋翅片节距之间的距离很小，甚至到了4～5mm的程度，如果出现了这种情况，那么若是风道筛网出现了故障，就会导致大量的灰尘以及污染物沉入到加热器之中，沉淀在赤片馆之内，所以造成换热效果的减弱以及风道阻力的增加。随着如今系统的改善和调和，如今四段式蒸汽－空气加热器在垃圾焚烧过程中已经开始投入使用，由于疏水阀的采用无法得到预期的效果，所以蒸汽在进入冷凝水段之后，导致整体温度升高，无法达到原本的抽气量，也会让一次风温大大降低。通过技术人员的研究和开发，从现场的情景来看，用户在4.0mpa的高压蒸汽之中采用了2.5mpa的疏水阀，这就导致疏水阀无法发挥本身的作用，让蒸汽继续进入了凝水阶段；换用更合适的疏水阀之后就能够达到预定的一次风温要求。目前来看，大多数的公司已经开始意识到实际工作过程之中所产生的偏差，所以开展对现场故障进行实时分析，并且根据已有故障提出相应解决办法改善技术措施，有效地解决了二段式过程之中存在的问题，并且开展了新的三段式和四段式的蒸汽加热系统研究。根据目前的使用情况，我们不难看出蒸汽－空气加热系统在垃圾焚烧过程之中很少产生故障，并且能够让锅炉的超负荷工作在10%的情况以下依旧能够达到220℃，可以让垃圾的低温燃烧温度得到满足，同时还能够根据过路之内的整体运转情况，对垃圾的成分进行风量和温度的调整。

三、垃圾焚烧锅炉空气预热设备及技术分析

（1）两段式蒸汽—空气加热系统及设备

两段是我国从外国的相应研究之中总结出来的技术跟随着整个垃圾焚烧工艺逐渐运用到国内的垃圾焚烧之中，主要的工作流程如下图所示。

图1二段式蒸汽—空气加热系统示意图

根据图一可以看出，在这个系统之中设有了闪蒸罐，主要就可以将高压段之中的凝结水通过闪蒸之后成为闪蒸蒸汽，运输到低压段之后持续进行换热，能够让高压段之中的热量得到充分的利用。在世界运行过程之中送入炉膛之内的温度会随着锅炉的运转以及燃料成分发生不可预料的变化，所以在其中的锅筒抽气量以及汽机抽气量都是随时会发生变化的，应该根据实际运转情况进行调整。由于设备整体的紧密性和结构性，所以在采用蒸汽－空气加热器应用时基本结构如下图所示。

1—空气出口2—高压换热段3—低压换热段4—空气入口5—底部支撑6—出口集箱7—连接管

8—下小集箱9—换热管10—上小集箱11—进口集箱

图2二段式蒸汽—空气加热器简图

整体设备的组成是由空气进口、空气出口、低压换热端、高压换热端和底部支撑，根据整体设备的需求而配备相应的压力表、温度计和控制仪表。二段式姐蒸汽－空气加热器在初期时因为封闭问题没有得到妥善处理，所以着重去考虑了词典，因为在加热器蒸汽排泄支持常常会导致一次风温度过低，就会有水分产生，在运行过程之中也无法进行检验维修，就导致锅炉出现问题，不能继续运转。根据现场的实际调查，我们不难看出质量是否合格，并且可以找到发生事故的原因，一般是角焊缝在冷气和蒸汽冷凝的左右交替之下产生了爆裂的情况。针对这项问题，二段式加热器也进行了新的设计，在小集箱和空气流层层之间加固了一层管板结构，能够实时进行检验维修，不会因为蒸汽加热器的问题导致锅炉无法继续使用。

（2）三段式蒸汽—空气加热系统及设备。

三段式蒸汽－空气加热系统是根据二段式的不足之上进行改进而发展的主要工艺流程图如图三所示。

图3三段式蒸汽—空气加热系统示意图

根据图3我们不难看出三段式蒸汽－空气加热系统和以往的系统相比，宋加勒凝水段为的就是将高压段和低压段的冷凝水实现充分融合，进而进行热量交换，可以利用汽机和锅筒之类的蒸汽热量，不会因为高温而造成热量的损失；同时在系统的管道布置之中引入了凝结水管道，总体来说和以往的二段式蒸汽空气加热器有异曲同工之妙，但是在紧要之处有了细微的改变，根据凝结水和空气之间的换热流量，对凝结水的流速以及换热情况进行控制，使凝水段能够达到水平布置，并且使用蛇形管的结构去塑造整体管道系统，如下图四所示。

1—空气入口2—凝结水换热段3—低压换热段4—高压换热段5—空气出口6—底部支撑

7—入口集箱8—出口集箱9—换热管10—连接管11—下小集箱12—蛇形管13—上小集箱

图4三段式蒸汽—空气加热器简图

三段式蒸汽－空气加热器高压段和低压段在以往的基础上并没有过多的改变，只不过在凝水管之上进行了蛇形管换热面结构处理，所采用的原件以及规格也和垂直换热管相同。宁水段依旧采用上面进水，下面出水的方式主要是由于其压力的作用会对凝结水在管中流动的动力造成影响，所以不必设置其他的辅助装置，就可以让整体系统变得更加简洁运行，节约物力，人力的浪费。

（3）四段式预热器（中间疏水）

为了保障扩容器排水得以正常运行，所以有的项目采用了四段式预热器（图5），两段过冷水，两段蒸汽段。

图5四段式预热器（中间疏水阀）热力系统图

四、应用案例改造分析

上海江桥生活垃圾焚烧厂机组为日处理量3X500T/D的炉排型垃圾焚烧炉。随着人们生活水平的提高和垃圾分类的推行，垃圾的热值不断提高，初设的垃圾低位热值从1500kal/kg上升到目前的1900kal/kg，垃圾热值的提升使得焚烧量达不到500T/D，目前只有400T/D。另外炉温较高时热力型氮氧化物又会大量产生，在sncr项目满负荷时NOx的日均值接近190mg/m

蒸汽－空气加热器在整个垃圾焚烧过程中的发电厂之中都是较为重要的设备，这个热力系统能够让过路之内的空气得以改善，减少故障发生的概率，有效地保障锅炉的正常使用，提升垃圾焚烧站的垃圾焚烧效率。上述的几种加热器的设备形式如今已经在江桥垃圾处理厂之中得到了应用。

（1）二段式蒸汽－空气加热器应用在1的炉空预器改造中，简单地进行维修处理之后能够让小集箱和空气流程层之间的管状结构变得更加牢固，并且将小集箱的位置进行调换，实行保温措施，这种设计能够改善产品出现的漏水情况，该产品在实际使用一年多，未出现由于焊缝质量而造成漏水的问题。

（2）三段式蒸汽－空气加热器在2#炉空预器改造中符合《锅炉安全技术监察规程》第3．4条第6款要求。可以在锅炉外加上一到两个胀外环，能够保障锅炉的自由膨胀结构。外层结构不会受热，所以在使用元件时要保证起到隔热的作用。对水管管端缩口质量也要进行严格的控制，保障焊接口的紧密，严格按照工艺流程进行高于标准对接，确保质量不会出现问题。

（3）锅炉外筒在安装时按照文件应该有内衬不锈钢这也是锅炉在运行过程中常常会起热的原因。所以应该让锅炉的相应元件和非受压元件之间的质量得以提升，才能做到监督的全面性覆盖，这也能保证锅炉的安全运行。

（4）加强锅炉的设计管理文件，只有提高了相应标准，才能够更加严格落实行为的规范，并且保证技术的合格。

五、结语

蒸汽空气预热器的使用能够让尾部烟道的受热问题及腐蚀问题得到妥善地处理。三段式蒸汽空气预热器之采用了蛇形管的模式，能够让整体预热器的结构变得更加紧密，同时也用一种更简单和容易维修的方式去提升整体的蒸汽利用效率。江桥的垃圾焚烧中以电锅炉为基本研究对象，在使用了三段式的蒸汽空气预热器成本之后，能够大大提高风机功率，材料成本有一定的提升，但是总体经济运行模式相较于以往两段式的蒸汽空气预热器相比要好许多。在对空气预热器进行设计时，不仅要考虑到其系统的布置和结构，而且要尽量地降低成本，抽气加热一次风会消耗高品质蒸汽，所以要对整体功能做测试，防止热经济性降低。

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