李清
身份证号2309211986010****，黑龙江省哈尔滨市，150000
摘 要：基于辐射传热和对流传热原理，以某机械式炉排炉及配套余热锅炉为研究对象，通 过 热 力 计 算 绘制出不同参数过热器特性图，分析主蒸汽参数和炉排炉对余热锅炉额定负荷的影响，得到不同垃圾低位热 值、处理量和蒸汽参数下的余热锅炉额定负荷的设计范围。
关键词：垃圾焚烧发电；余热锅炉；负荷范围
近 年 来，垃 圾 焚 烧 发 电 由 于 “减 量 化、无 害 化、资源化”的 优 势，逐 步 取 代 垃 圾 填 埋，成 为 处 置生活垃圾 的 最 佳 方 式［１］。垃圾焚烧发电厂主 要目的是处理垃圾并利用废热发电，余热锅炉位 于垃圾焚烧炉排炉上方，主要目的是回收垃圾焚 烧高温烟气热量并通过汽 轮 发 电 机 组 转 化 为 电能。
垃圾焚烧余热锅炉负荷范围的选取将直接 影响锅炉的 投 资 成 本、运 行 稳 定 性、安 全 性 及 经 济性。目前，国内生活垃圾焚烧余热锅炉的设计 选型、运行指导及性能评价一般按照炉排炉的额
定负荷及运行范围进行；但由于余热锅炉和炉排 炉的影响因素和响应特性不同，两者的运行范围存在差异。笔者以某机械式炉排炉及配套余热 锅炉为 研 究 对 象，该 炉 膛 燃 烧 室 前 后 拱 为 水 冷 壁、两侧为 护 板 结 构，其 中 燃 烧 炉 排 侧 墙 布 置 空 冷墙。配套余热锅炉为单锅筒、自然循环蒸汽锅 炉、卧式布置。烟 气 流 程 为：炉 排 炉 出 口 → 第 一通道→第 二 通 道→第 三 通 道→蒸 发 器 一 段→高 温过热器→中温过热器→低温过热器→省煤器。
笔者结合理论计算和数值模拟等方法，绘制不同 参数过热器特性图，并总结出在不同的垃圾低位热值、处理 规 模 和 蒸 汽 参 数 条 件 下，余 热 锅 炉 额 定负荷及运行范围。
１ 余热锅炉传热方式
１．１ 辐射传热量
在第一、二、三 通 道 的 受 热 面 均 为 膜 式 水 冷壁结构，由 于 高 温 烟 气 的 流 速 较 低，主 要 以 吸 收 高温烟气的辐射传热量为主，影响辐射传热的主要因素有 炉膛黑度、辐射传热面积及火焰温度等。随着炉 排负荷的增 加，炉 排 炉 出 口 烟 气 温 度 升 高，余 热 锅炉输入热 量 增 加，若 辐 射 传 热 面 积 不 变，第 三 通道出 口 烟 温 升 高，则 过 热 器 入 口 烟 温 也 随 之 升高。
１．２ 对流传热量
在第 四 通 道 布 置 蒸 发 器、过热器和省煤器， 主要 传 热 方 式 为 对 流 传 热，对流传热量主要取决于对流 传热面 积、传 热 系 数 及 温 差。假 设 传 热 系 数 不 变，对流传热量主要受温差和传热面积的影响。 在对流传热受热面中，由于过热蒸汽吸热能 力差、具有 热 偏 差 及 存 在 高 温 腐 蚀 的 问 题，过 热 器的工作环境较差，而过热器的工作性能是影响 锅炉安全 运 行 的 关 键 因 素。随主蒸汽温度和压 力的提高，将饱和蒸汽加热到过热蒸汽所需的传 热量增加，若 过 热 器 入 口 烟 气 温 度 不 变，传 热 量 增加，导致 过 热 器 烟 气 侧 出 口 温 度 降 低，温 差 减 小，则须要 大 幅 度 地 增 加 过 热 器 面 积；若 提 高 过 热器入口温度，则面临过热器高温腐蚀的问题。
１．３ 工质吸热量
过热器工质吸热量 Ｑｘｒ取决于负荷和减温水 质量流量，负荷越高、过热蒸汽质量流量 越大、减温 水 质 量 流 量 越 大，过 热 器 所 需 吸 热 量 越大。而过 热 器 与 烟 气 间 传 热 量 取 决 于 温 差 和 传热系数。过 热 器 入 口 烟 气 温 度 随 着 负 荷 降 低而降低，同时辐射传热系数和温差随着入口烟温 降低而降 低。负 荷 降 低 时，平 均 烟 气 流 速 降 低，对流传热系数也随之降低。
２ 主蒸汽参数对锅炉负荷的影响
过热器为余热锅炉故障率最高的部件之一，因此可采用过热器传热特性图来反映锅炉运行
范围。
２．１ 主蒸汽参数对锅炉负荷的影响
垃圾中 含 有 氯、硫 及 碱 金 属 元 素 等，燃 烧 后 容易造成氯、硫化合气体腐蚀和低熔点碱金属盐 熔融腐蚀。ＫＡＷＡＨＡＲＡ Ｙ 等［３－４］的研究表明：烟气中含氯 量、烟 气 温 度、管 壁 温 度 和 管 壁 积 灰 程度共同决定管子的腐蚀速度，烟气中含氯量越 高、烟气温度 越 高、管 壁 温 度 越 高、积 灰 越 严 重， 管子的腐蚀速度越快。目前，高温脱氯技术尚不 成熟，因 此 余 热 锅 炉 防 腐 蚀 主 要 从 控 制 烟 气 温 度、有效清灰和采用耐腐蚀材料等方面着手。
从
高温过热器 腐 蚀 角 度，主 蒸 汽 温 度 越 高，在 设 计 阶段和运行阶段，高温过热器入口烟气温度控制 值（允许最高值）越低［５－６］。
２．２ 主蒸汽参数与过热器传热特性
余热锅炉过热器布置 在 ３５０～６５０ ℃ 烟 道处，烟气设计流速较低，传热系数较小，而过热器 传热特性取决于温差和有效面积。在设计阶段， 假定高温过热器为顺流布 置，传 热 系 数 不 变，以 主蒸汽参数为４．０ ＭＰａ、４００ ℃且入口烟气温度 为６５０ ℃时所需传热面积为基准传热面积（相对 传热面积＝某一负荷下所需传热面积／基准传热 面积），得到不同主蒸汽参数下高温过热器面积 在 设 计 阶 段，高 温 过 热 器 传 热面积随着入口烟气温度升高而减小；入口烟气温 度相同时，主 蒸 汽 温 度 越 高，高温过热器所需面 积越多；主 蒸 汽 温 度 越 高，高温过热器面积随入 口烟气温度变化幅度越大。
在运 行 阶 段，过 热 器 面 积 一 定，过 热 器 传 热 特性主要取 决 于 温 差，入 口 烟 气 温 度 越 高，温 差 越大，则过热器吸热量增加。不同主蒸汽参数下 高温过热 器 的 相 对 热 量 与 入 口 烟 气 温 度 的 关 系，以主蒸汽参数为４．０ ＭＰａ、４００ ℃且入口 烟气温度为６５０ ℃时吸热量为基准热量（相对热 量＝某一负荷下的热量／基准热量）。
高温过热器吸热量随入口烟气 温度升高而升高，并且主蒸汽温度越高吸热量增加幅度越 大。高温过热器入口烟气温度选择过 低会导致过热器面积大幅度提高，增加初期设备 投资；另一 方 面，锅炉运行一段时间后有会不同 程度的结焦和积灰，造成高温过热器入口烟气温 度上升，高 温 过 热 器 吸 热 量 显 著 上 升，容 易 出 现 汽温超温。
２．３ 不同主蒸汽参数时锅炉运行范围
炉排额 定 负 荷 工 况 （ＭＣＲ 工 况）是 指 在 垃 圾设计低位热值 条 件 下，处 理 量 达 到 设 计 值、热 灼减 率 合 格，并且锅炉保持连续稳定运行的工况。
３ 炉排炉对锅炉负荷的影响
在垃圾焚烧工程设计和运行中，炉排负荷变 化通常用燃烧图表示。炉排炉特性参数包含炉排机械负荷、床层热 强度、燃烧 室 型 式 和 燃 烧 室 容 积 热 负 荷，其 中 炉 排机械负 荷 和 燃 烧 室 型 式 影 响 余 热 锅 炉 额 定 负 荷的选取。炉排机械负荷大小与处理规模、炉排类型、垃圾 特 性 和 炉 渣 热 灼 减 率 等 有 关，当 垃 圾 热值升高、热灼减率降低、助燃空气温度升高、单 炉垃圾处 理 量 升 高 时，炉排机械负荷均会提高。
处 理 质 量 流 量 越 大，炉 排 机 械 负荷设计值 越 大；垃 圾 设 计 低 位 热 值 越 高，炉 排 机械负 荷 设 计 值 越 大。因 此，处 理 质 量 流 量 较 小、热值较低的炉排后期具有较大超负荷能力。 垃圾焚烧余热锅炉存在以下特性：当热负荷 较低或辐射通道未积灰结焦时，进入过热器的烟 气温度较低，将蒸汽加热到额定温度所需过热器 传热面积较大；当热负荷较高或辐射通道积灰结 焦时，进入 过 热 器 的 烟 气 温 度 较 高，将 蒸 汽 加 热 到额定温 度 所 需 过 热 器 传 热 面 积 较 小。由 于 入 炉垃圾量变化、垃圾热值逐年上升和垃圾热值季节性变化等因素［７］，造成余热锅炉热负荷在较大 范围波动。城市生活垃圾灰分含量高，燃烧后烟 气携带 的 飞 灰 熔 点 低，余 热 锅 炉 运 行 一 段 时 间 后，辐射通 道 存 在 不 同 程 度 的 积 灰 或 结 焦，当 运行不当或热负荷波动大时，积灰结焦现象尤其严 重，降低辐射通道吸热量造成进入过热器的烟气
温度较运行初期上升了５０～１２０Ｋ。由于热负荷 波动大和积灰结焦现象的存在，目前按炉排额定 负荷设计的余热锅炉存在主蒸汽易超温、减温水 量大、高温过热器入口烟气温度高和安全连续运行时间短 等 问 题。为 使 炉 排 适 应 在 可 运 行 区 间 内超负荷运 行，同 时 解 决 余 热 锅 炉 超 温 问 题，建 议余热锅炉额定负荷高于炉排额定输出热负荷。
减温水设计 质 量 流 量 大 于１５％额定蒸发量可满 足负荷变化时过热器汽温控制要求。因此，提高余热锅炉额定负荷主要是提高水冷系统 热负荷和省煤器热负荷。
４ 结语
（１）炉排和余热锅炉负荷变化影响因素和响 应特性不同，两者的运行范围存在差异。根据垃
圾低位热值和处理量，余热锅炉水冷系统和省煤 器热负荷可按炉排炉 ＭＣＲ工况下输出热负荷的
１０５％～１２５％选取，过热系统减温水设计质量流 量大于１５％额定蒸发量。
（２）应根据不同的主蒸汽参数选择合理的余 热锅炉经济运行负荷范围。在低负荷范围，主蒸
汽参数允许低于额定值，满足高于汽轮机允许最 低进汽温度即可。
参考文献：
［１］王云刚，于飞．低热值垃圾焚烧发电机组设计和选型研究 ［Ｊ］．发电设备，２０１７，３１（４）：２５０－２５３．
［２］白良成．生活垃圾焚烧处理工程技术［Ｍ］．北京：中国建筑 工业出版社，２００９：２２８．
［３］王小聪，陈洪君，倪进飞，等．生活垃圾焚烧发电锅炉水冷 壁高温腐 蚀 速 率 研 究 ［Ｊ］．全 面 腐 蚀 控 制，２０１２，２６（９）： ６１－６４．