垃圾焚烧炉邻炉加热系统应用

(光大环保能源江阴有限公司，江苏 江阴 214400)

1 主机及主要辅机配置情况简介

主机设备主要技术参数如下。

1.1 锅炉(表1)

光大环保科技发展(北京)有限公司为生产单位。

余热锅炉为卧式，中温中压，单汽包，自然循环锅炉，位于焚烧炉的上部。

表1 锅炉容量和主要参数

1.2 锅炉的启动时间

(从点火到机组带满负荷)，一般为：冷态启动：7～8h；温态启动：2～3h；热态启动：1～1.5h；极热态启动：<1h。

2 邻炉加热启动系统方案技术分析

2.1 邻炉加热启动系统的目的

设置锅炉邻汽加热启动系统是为了在无需锅炉点火的情况下，通过该系统将锅炉炉水加热至锅炉温态启动要求的温度(150℃)，以便缩短启动时间，达到省油，省时，省电的目的。

2.2 锅炉点火启动系统方案

(1)启动方式一，锅炉点火采用启动燃烧器及辅助燃烧器的点火方式，以0号轻柴油作为点火和低负荷助燃用的燃料。

(2)启动方式二，在方式一基础上，增设邻炉来汽加热启动系统，以下简称邻炉加热启动系统方案。

2.3 邻炉加热启动系统的组成

如图1所示，在锅炉启动阶段，利用来自加热蒸汽母管的汽源接入锅炉本体的四个水冷壁下联箱，使得锅炉的炉水加热到设定温度(150℃)，对锅炉进行整体预加热。

图1 3#炉邻炉蒸汽加热系统图

2.4 加热蒸汽量估算

当锅炉在冷态启动方式下时，炉水温度约为20℃，加热蒸汽来自邻炉汽包内的饱和蒸汽，加热蒸汽参数为4.72MPa/260.4℃(焓值为2796.38kJ/kg)，加热蒸汽加热完变成液态的饱和水，温度260.4℃(焓值为1136.95kJ/kg)，据此可以计算出将35t炉水(锅炉上水至汽包可见水位的用水量)由0.0101325MPa/20℃(焓值为83.9kJ/kg)提高至0.48MPa/150℃(焓值为632.2kJ/kg)，所需的加热蒸汽流量约为24.78t。计算式如下，(632.2-83.9)*35/(2796.38-1136.95)=11.56t。

2.5 邻炉加热经济性及用时初步估算

根据目前的上网电价及汽机的设计汽耗4.82kg/kWh可估算出邻炉加热的消耗的蒸汽量导致减少的发电费用约为1199元，计算式如下，11.56*1000/4.82*0.5。

根据以往运行经验，锅炉冷态启动点火至汽包压力0.48MPa大概需要3小时，需耗油2吨左右，所以采用方式二启动可节约用油2吨，以每吨燃油7950元算，节省费用为2*7950-1199=14701元。

根据邻炉加热蒸汽母管的管径50mm及饱和蒸汽参数可估算出通过11.56t的饱和蒸汽需耗时：根据《火力发电厂汽水管道设计技术规范DLT5054-2016》中规定,

或

式中：Di— —管道内径，mm。G— —介质质量流量，t/h。v— —介质比容，m3/kg。ω— —介质流速，m/s。Q— —介质容积流量，m3/h。

其中Di=50mm，v=0.04191m3/kg(查表)，ω=30～50m/s(根据规定)。

可计算得出管径为Di=50mm的管道每小时输送饱和蒸汽量为5.1～8.4t。加热蒸汽需要持续加热约1.37～2.20h。

3 运行方式

根据厂内热力系统及设备现状，当锅炉需冷态启动时，应在点火启动锅炉前确认已反上水至汽包最低可见水位，将风烟系统人孔门，风室挡板，引风机挡板及汽水系统所有疏水门，空气门关闭，将过热器向空排稍开，然后将邻炉饱和蒸汽通过加热蒸汽母管进行暖管，以每分钟不超过5℃的温升速度控制暖管时间大约为45min，然后依次开启各支路手动门至各下联箱进行加热，最终可以在锅炉点火前，将炉水温度提高到150℃。

4 安全性评估

锅炉冷态启动时，管壁及炉水温度较低，通入加热蒸汽后，蒸汽将凝结放热形成大量积水，一旦汽水流动失控，会对管系造成水冲击。因此，暖管过程中应打开炉侧所有疏水阀疏水，并及时控制阀门开度，如听到水击声，需及时关小阀门延长暖管时间直至水击声消除。同时，暖炉过程中，应加强巡查其他锅炉的附属管道，监视无水击等异常情况的发生。

通过控制进汽量，通过调整疏水，控制阀的开度，控制升温与升压速度，使各部位的金属应力值得到控制。

在严密的组织措施和技术措施下，进行邻炉加热操作，能有效避免可预见的风险。因此，实施邻炉加热暖炉的安全性是可控的。

5 邻炉加热系统预暖流程

锅炉汽包→去邻炉加热手动一二次门→邻炉加热蒸汽母管→3#炉邻炉加热总门→3#炉邻炉加热分集箱→各支路手动门→各下联箱。

6 本方案的实际运用

鉴于本方案的可行性，2018年9月29日运行部根据本方案进行了精心筹划，在3#炉的启动过程中正式启用了邻炉加热系统。自16:25开始投入邻炉加热，至22：35汽包压力达0.52MPa，炉膛平均温度达181℃，锅炉点火同时投入启燃，辅燃，至9月30日01:00锅炉并汽，02:20锅炉稳定运行退出启燃，辅燃。从点火至稳定运行共用时3h45min，消耗燃油5.16t。

7 本方案实际运用经济性计算

7.1 计算的边界条件

(1)锅炉由冷态开始启动。(2)在锅炉启动时因方式一，二均需经过冷态启动阶段，且运行方式完全相同，运行费用也相同，故以下分析计算仅考虑锅炉进入热态启动阶段前产生的运行费用。(3)锅炉保证效率按93.50%，管道效率按99%计算。(4)燃油价格：7950元/t。(5)上网电价：0.5元/kWh。(6)垃圾处理费：71.55元/t。(7)引风机电机功率：400kW。(8)一次风机电机功率22kW。

7.2 实际汽量消耗

从邻炉加热系统暖管开始至全部停用改系统期间除盐水泵出口流量累计为15t。根据目前的上网电价及汽机的设计汽耗4.82kg/kWh可估算出邻炉加热导致减少的发电费用约为1556元，跟方案估计基本相当。计算式如下，15*1000/4.82*0.5。

7.3 节水

常态启动时，欲达到点火启动时主汽压力0.52MPa，最快也需用3g，以15t/h的换水量维持系统进，放水，共增加除盐水用量45t，除盐水按12元/t计算，费用为540元左右。

7.4 节电

以蒸汽暖炉替代油枪点火暖炉，延迟送、吸风机启动近3h，正常启动前3h引风机变频开度30%，一次风机变频开度15%，节省厂用电419.4kW·h,费用209.7元左右，计算式如下，(400*30%*3+22*15%*6*3)*0.5。

7.5 节油

本次邻炉加热启动用油共5.16t，较正常冷态点火启动节省燃油1.84t左右，可节省燃油费用14628元。

7.6 省时

本次采用邻炉加热启动从点火至正常运行共用时3h45min，较正常冷态启炉节省约3h，可以增加生产收入约13629元，计算式如下，发电收益+垃圾处理费收益=32.3*3/4.82*1000*0.5+400/24*3*71.55=13629。

8 结 论

综上所述，采用邻炉加热系统辅助启炉是可行的，具有一定的节能优势，初步的结论为

1)锅炉投入商业运营阶段，在这个阶段机组正常运行，锅炉运行周期为4个月，再加上一次计划性检修，一年大概有4次冷态启炉。以江阴公司一二期三台炉计则一共节省费用计算如下，3*4*(13629+14628-1556+540+209.7)，共计329408元

2)采用邻炉加热启炉的方式可减少启炉燃油消耗

3)已经设计和安装的热力系统，可以保证邻炉辅汽对启动3#炉的炉水加热，可以实现启动油枪炉水温度最高到150℃，能够缩短启动时间，增加生产收益。

4)采用邻炉加热方式启炉可减少常规启炉低温阶段受热面及布袋的腐蚀程度。

5)采用邻炉加热可以保证启炉低温阶段炉内加热的均匀性，增加耐火砖，浇注料使用寿命，并可以使受热面膨胀均匀，减少热应力。