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        技術 | 水泥窯協同處置生活垃圾焚燒爐一次風加熱方式的比較分析

        來源:《廣東開能環保能源有限公司南京分公司》 發布日期:2021/10/27 編輯:張翀
        核心提示:水泥窯協同處置生活垃圾焚燒爐一次風加熱方式的比較分析

        前言


        近些年國家把固體廢物污染防治擺在生態文明建設的突出位置,而生活垃圾處理則是固體廢物污染防治的重要環節。目前我國生活垃圾主要處理方式是衛生填埋和垃圾焚燒發電,水泥窯協同處置生活垃圾作為二者的補充,特別是小規模生活垃圾處理越來越被重視。利用水泥窯協同處置生活垃圾,能夠徹底實現生活垃圾處理減量化、無害化和資源化,也為水泥工業發展循環經濟、打造水泥綠色環保產業開辟了一種新的途徑。


        水泥窯聯合爐排爐協同處置生活垃圾技術由于無需預處理、工藝流程簡潔、運行穩定,具有良好的適應性,核心設備機械爐排爐已經在我國垃圾焚燒發電行業30年實踐基礎上已經得到了廣泛的認同。生活垃圾水分高、熱值低,燃燒溫度低,且燃燒不穩定,為保證低熱值垃圾順利著火、充分燃燒和保證燃燒室溫度,燃燒空氣須經加熱到一定溫度后,再送入焚燒爐。本研究通過對機械爐排爐三種一次風加熱方式的比較分析,提出了最佳煙氣加熱方案,為水泥窯協同處置生活垃圾的空氣預熱器選型及設計提供參考。


        一、一次風加熱方式分析


        垃圾焚燒發電廠焚燒用一次風普遍采用蒸汽加熱空氣的方法,水泥窯協同處置生活垃圾焚燒后的高溫煙氣是直接送入分解爐作為替代燃料,綜合考慮SP爐蒸汽成本,項目采用直接從高溫煙氣取熱來加熱一次風。


        1.1 方案一:煙氣循環(兩級空氣預熱)


        圖1 采用煙氣循環的兩級空氣預熱


        該方案采用焚燒爐出口900℃煙氣與空預器出口低溫煙氣混合,使空預器入口煙氣溫度控制在500℃??疹A器采用兩級設計,第一級空氣從20℃加熱至140℃。進入第二級,由140℃加熱至220℃。


        該方案中煙氣會與低溫空氣傳熱,在第一級空預器容易產生低溫腐蝕,低溫腐蝕在空氣進口處較嚴重,管排使用壽命短;由于系統中需要設置煙氣循環管路,各分管路中壓力調節比較復雜,當工況變化,煙氣量變化較小時,需管路調節閥有較高的調節比。在啟停爐階段,空預器會存在高溫腐蝕與低溫腐蝕并存現象,腐蝕較為嚴重,對焚燒系統的長期穩定運行構成威脅。


        1.2 方案二:窯尾水熱媒空預器+煙氣循環(一級空氣預熱)


        圖2 窯尾水熱煤空預器


        水熱媒空氣預熱器具有布置簡單、占地小、投資省、余熱回收效率高、使用壽命長等優點,是解決管式空氣預熱器低溫腐蝕一個比較有效的途徑。


        方案二采用焚燒爐出口900℃煙氣與空預器出口煙氣混合,使空預器入口煙氣溫度控制在500℃。煙氣設計空預器為一級,水泥窯窯尾布置水熱媒空預器,水熱媒空預器產生140℃熱空氣進入一級煙氣預熱器加熱至220℃。


        由于提高了管式空預器入口的空氣溫度,該方案可有效避免低溫腐蝕,但是類似方案一,同樣需要設置煙氣循環管路,而且管式空預器受焚燒爐工況和窯尾煙氣工況聯合影響,系統運行調節復雜。


        1.3 方案三:窯尾水熱煤空預器+高溫煙氣直接混合預熱


        圖3 采用煙氣循環的一級空氣預熱


        該方案需在出口煙氣管路上設置煙氣空氣混合室,利用爐排爐焚燒產生的少量900℃高溫煙氣與140℃熱空氣直接混合,使一次風溫度直接加熱至220℃。該方案工藝流程相對簡潔,沒有低溫腐蝕問題,空預器設備故障點少,系統穩定運行時間增加。窯尾水熱媒空預器與窯尾余熱鍋爐并聯,能夠減少進入余熱鍋爐煙氣量,水泥線系統阻力相應會減少,從而能夠減少高溫風機電耗,降低協同處置運行費用。特別是水泥線協同處置固體廢物后,會導致窯尾煙氣量和煙氣溫度的升高,高溫風機負荷增大,進一步會影響水泥線產能,在SP鍋爐余量不足情況下,該方案可提高焚燒熱能利用效率。


        該方案存在的不足之處是采用高溫煙氣與預熱空氣直接混合作為一次風,會導致助燃風含氧量降低,略微影響燃燒強度。根據計算,空氣從140℃加熱至220℃,高溫煙氣體積比約占混合后一次風量的10%?;旌虾?,一次風氧含量約為19.6%。根據高海拔地區垃圾焚燒經驗,氧含量在16%~21%的范圍內,垃圾燃燒速率不會明顯降低,可以保證焚燒爐的處理能力,滿足項目穩定焚燒要求。


        表1為三種一次風加熱方式的綜合對比分析,可以看出,方案一低溫腐蝕風險較高,系統復雜,變工況系統調節性能差,項目調試、運行檢修難度都大,技術適應性較差;方案二改進了低溫段一次風的換熱方式,有效避免了低溫腐蝕的發生,其他與方案一大致相當,且系統更復雜;方案三各方面性能表現較為優越,缺點是含氧量會略有降低,但是不會明顯降低垃圾燃燒速率,機械爐排爐的垃圾處理能力能夠得到保證,是最佳一次風加熱方式。


        表1 一次風加熱方式對比表



        二、結語


        提出了三種空氣預熱模式,通過對機械爐排爐三種一次風加熱方式進行對比分析,結合水泥窯協同處置生活垃圾項目特點,建議采用“窯尾水熱煤空預器+高溫煙氣直接混合預熱”方案。


        作者:劉學爐

        來源:《廣東開能環保能源有限公司南京分公司》

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