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0、前言
    重慶同興2×600t/d垃圾焚燒發(fā)電廠是西南地區(qū)首座環(huán)保發(fā)電廠。本電廠采用德國(guó)馬丁公司SITY 2000垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)和半干式煙氣凈化處理技術(shù)，日處理城市生活垃圾1200 t，發(fā)電機(jī)容量為2 x12MW02臺(tái)LC 600-58. 39-4. 0/400/130型單鍋筒中壓自然循環(huán)余熱鍋爐，額定蒸發(fā)量為58. 39 t/h．汽包工作壓力為4.74 MPa。
    自2005年3月投產(chǎn)以來(lái)，一級(jí)蒸發(fā)管束積灰問(wèn)題一直影響鍋爐正常運(yùn)行，2臺(tái)鍋爐運(yùn)行不足兩個(gè)月就要停下來(lái)清灰。為了提高鍋爐每次連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，2008年7月，本電廠把解決鍋爐積灰問(wèn)題列入了重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。參照本電廠近幾年來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和原始設(shè)計(jì)資料，從分析垃圾焚燒后積灰形成機(jī)理人手，到實(shí)地觀察燃燒狀況，最終確定了從鍋爐一級(jí)蒸發(fā)管束結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)的方案。
1、積灰形成機(jī)理
    自20世紀(jì)初，日本、美國(guó)及歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的余熱鍋爐技術(shù)有了不同程度的發(fā)展，主要是用于冶金行業(yè)余熱的回收，并逐漸掌握它的運(yùn)行規(guī)律，使積灰等問(wèn)題逐步得到了較好的解決。但隨著垃圾焚燒余熱鍋爐的發(fā)展，由于生活垃圾成分的復(fù)雜性，焚燒后產(chǎn)生的煙塵熔點(diǎn)相差較大，積灰形成的機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，在防止積灰等方面對(duì)余熱鍋爐又提出新的課題。
    一級(jí)蒸發(fā)管束的進(jìn)／出口處原設(shè)計(jì)煙溫647/599℃（實(shí)際值尚高），它位于過(guò)渡溫區(qū)(900~600℃)。垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙塵熔點(diǎn)不同于燃煤燃燒產(chǎn)生的熔點(diǎn)，有的在1000℃以上，有的只有600~700℃，相差很大。本溫區(qū)煙塵大部分呈固體顆粒狀，屬于松散性積灰和粘附性積灰，而尚有一部分呈熔融或半熔融狀態(tài)，它屬于粘結(jié)性積灰，其中大顆粒的煙塵外表面常常是一層薄的硬殼，而中間仍是半熔融狀態(tài)。本溫區(qū)的分布與積灰軟化點(diǎn)有關(guān)，當(dāng)積灰成分很復(fù)雜時(shí)，由于各種成分的軟化點(diǎn)相差很大，因而積灰的軟化點(diǎn)便成了范圍較大的溫度區(qū)間。這種積灰如果附著在蒸發(fā)管束管子上，積灰初始是較松脆的，及時(shí)使用蒸汽吹灰較易清除。但積灰超過(guò)一定厚度時(shí)，其外表就會(huì)形成堅(jiān)硬焦殼，作為積灰的核心促使積灰迅速增長(zhǎng)，并且越積越厚，這時(shí)再想清除它就比較困難，富通新能源主要生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    綜上分析，若能降低通過(guò)一級(jí)蒸發(fā)管束的炯速，煙塵對(duì)管壁撞擊的機(jī)會(huì)將減少，大部分煙塵尚未和管壁接觸就被分離沉積下來(lái)，即使有些松散的灰附著于管壁上，也很容易用蒸汽清除，這樣可防止積灰。以此作為鍋爐技改的理論基礎(chǔ)，把原有鍋爐一級(jí)蒸發(fā)管束相鄰橫向管組間流通面積增大1.5倍。
2、蒸發(fā)管束現(xiàn)狀
    LC 600-58. 39-4. 0/400/130型鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)中壓鍋爐，采用前吊后支結(jié)構(gòu)，為室內(nèi)布置。由19.164 m標(biāo)高位置的非金屬膨脹節(jié)將鍋爐分為焚燒爐和余熱鍋爐兩部分。位于膨脹節(jié)上方的余熱鍋爐是W型布置，分成了4個(gè)垂直煙室。
    一級(jí)蒸發(fā)管束布置在第Ⅲ煙室最下部。第Ⅲ煙室內(nèi)部由下至上還依次裝有高、低溫過(guò)熱器及二級(jí)蒸發(fā)管束，一級(jí)蒸發(fā)管束起到保護(hù)高溫過(guò)熱器的作用。煙氣自下往上流動(dòng)，積灰最嚴(yán)重的就集中在本煙室煙氣最先流經(jīng)的一級(jí)蒸發(fā)管束部位，它的下部。
3、技改方案設(shè)計(jì)
    如圖2所示，將原有一級(jí)蒸發(fā)管束的118組減至59組，相鄰橫向管組凈間距增至182 mm，受熱面積減至118m2，一級(jí)蒸發(fā)管束由錯(cuò)列布置改為順列布置。兩相鄰橫向管組間流通面積加大后，煙氣流速降至1.5m/s。
    一級(jí)蒸發(fā)管∮38x4.5鋼管與后膜式壁西57x5鋼管以三通方式相連，在拆除該蒸發(fā)管束的同時(shí)，與其相連的一段后膜式壁管一并拆除。拆除部位為一級(jí)蒸發(fā)管束低位組及與其相連的標(biāo)高為21. 702 m和22.702 m間的一段后膜式壁∮57×5為內(nèi)襯耐火材料的非水冷式灰斗。
    一級(jí)蒸發(fā)管束為水平錯(cuò)列布置，鋼管規(guī)格為∮8x4.5，材質(zhì)為20G，橫向節(jié)距為220mm，縱向節(jié)距為52mm，相鄰橫向管組凈間距為72mm，管組數(shù)為118組，每組由3根鋼管制作而成，受熱面積為236 m2，煙氣流速為3.6 m/s，煙氣進(jìn)／出口溫度為647/599℃。目前一級(jí)蒸發(fā)管柬已經(jīng)運(yùn)行4年多，如圖1所示。鋼管，如圖1所示�！�57x5鋼管兩側(cè)鰭片上下切口位置分別超過(guò)該鋼管切割線位置20mm，如圖1節(jié)點(diǎn)1所示。
    拆除后用∮57x5鋼管將拆除段的水冷壁管焊接恢復(fù)，最后用50 x6扁鋼將膜式壁焊接密封。需安裝的直管段位于后膜式壁標(biāo)高為21. 966 m和22.710 m間，如圖2所示。(b57 x5鋼管兩側(cè)鰭片上下安裝焊縫分別超過(guò)該鋼管安裝焊縫20 mm，鋼管與鋼管間、鋼管與鰭片間、鰭片與鰭片間等焊接型式詳見(jiàn)圖2節(jié)點(diǎn)Ⅱ所示。單臺(tái)鍋爐一級(jí)蒸發(fā)管束拆裝材料明細(xì)如表1所示。
    本技改難度在于：現(xiàn)有鍋爐已運(yùn)行4年多，技改后既要滿(mǎn)足各運(yùn)行參數(shù)許用要求，又能從本質(zhì)上防止積灰發(fā)生，還要確保技改中管內(nèi)的潔凈度。蒸發(fā)管束受熱面積減少一半后，是否會(huì)影響它后面高低溫過(guò)熱器的安全；省煤器出口炯溫升高是否會(huì)影響布袋的正常使用壽命；排煙熱損失q2增大對(duì)鍋爐熱效率的影響程度等，要從鍋爐整體上進(jìn)行校核計(jì)算，從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性等方面作綜合分析。
4、熱力校核計(jì)算
    初始條件：垃圾熱值為7000kj/kg，垃圾人爐量為25000kg/h，按100%負(fù)荷計(jì)算。
4.1本鍋爐一級(jí)蒸發(fā)管束改造后較原設(shè)計(jì)值變化部分的熱力計(jì)算結(jié)果匯總
    (1)-級(jí)蒸發(fā)管束
    換熱面積118m2；進(jìn)／出口炯溫652/632℃。
    (2)高溫過(guò)熱器
    進(jìn)／出口煙溫632℃/549℃；進(jìn)／出口汽溫309℃/410℃。
    (3)低溫過(guò)熱器
    進(jìn)／出口煙溫549℃/445℃；進(jìn)／出口汽溫256C/352℃；蒸汽流量54 962 kg/h；減溫水量3418kg/h。
    (4)二級(jí)蒸發(fā)管束
    進(jìn)／出口煙溫445C/401℃。
    (5)省煤器
    進(jìn)／出口煙溫401℃/212℃；工質(zhì)進(jìn)／出口溫度130℃/261℃，進(jìn)水壓力按5 MPa計(jì)。4.2熱力計(jì)算結(jié)果與馬丁公司原設(shè)計(jì)比較
    (1)-級(jí)蒸發(fā)管束換熱面積減少了一半，現(xiàn)為118m2；出口煙溫提高了33℃，現(xiàn)為632℃。
    (2)鍋爐蒸發(fā)量及飽和蒸汽壓力均未變。
    (3)過(guò)熱蒸汽溫度上升了10℃，現(xiàn)為410℃，壓力未變，仍為4 MPa。
    (4)減溫水量增加了800 kg/h，現(xiàn)為3418kg/h，設(shè)計(jì)最大值為5000 kg/h。
    (5)省煤器出口炯溫提高了2℃，現(xiàn)為212℃。
    除了上述計(jì)算外，還對(duì)高低溫過(guò)熱器壁溫和水循環(huán)進(jìn)行了校核計(jì)算。高溫過(guò)熱器進(jìn)／出口管計(jì)算壁溫為379℃/470℃，小于其最高使用溫度560℃；低溫過(guò)熱器出口管計(jì)算壁溫為402℃，小于其最高使用溫度480℃，高低溫過(guò)熱器壁溫均在許用范圍內(nèi)。
    基于上述計(jì)算，技改后2臺(tái)鍋爐可滿(mǎn)足安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。
5、運(yùn)行狀況分析
    本電廠1#鍋爐于2008年12月19日技改后投運(yùn)，2#鍋爐于2009年2月23日技改后投運(yùn)，主要運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。
    從表2中可知，技改后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均好于技改前，特別是蒸發(fā)管束進(jìn)口煙溫均低于技改前，有效地緩解了積灰發(fā)生，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。
    技改后，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定正常，從未出現(xiàn)由于一級(jí)蒸發(fā)管束積灰而被迫停運(yùn)現(xiàn)象。鍋爐出力足，單臺(tái)鍋爐1次連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)了改造前的l倍，當(dāng)年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益332. 627萬(wàn)元。預(yù)計(jì)在未來(lái)20年運(yùn)營(yíng)中，可累計(jì)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益6932.54萬(wàn)元。
6、建議
    通過(guò)本次技改可知，在設(shè)計(jì)此類(lèi)鍋爐時(shí)，建議在保證過(guò)熱器安全和尾部煙溫的前提下，一級(jí)蒸發(fā)管束的相鄰管組橫向間距要設(shè)計(jì)大一些，一般在200~ 400 mm為宜，這樣可以延緩本部位的積灰，延長(zhǎng)鍋爐的運(yùn)行時(shí)間。