渗滤液回喷控制及其对焚烧炉的影响

垃圾渗滤液回喷控制及其对焚烧炉的影响[光大环保能源（济南）有限公司张海元]一、渗滤液回喷技术:1．1技术概述渗滤液是一种高浓度、成分复杂、难降解的污水，其处理问题已成为全球环保行业的热门话题。对于垃圾焚烧发电厂来说，垃圾渗滤液的处理也一直是一个难题。渗滤液回喷是将垃圾渗滤液经过收集、过滤后，由软管泵升压输送，经带雾化头的喷枪送入焚烧炉内进行高温氧化处理。渗滤液回喷系统主要有收集、过滤、升压、喷射四个过程。垃圾仓内的渗滤液在渗滤液收集池内收集沉淀，经渗滤液提升泵打入过滤器进行过滤，过滤后的渗滤液汇集到滤清池，再由渗滤液回喷泵升压，通过安装在焚烧炉上的喷枪喷入炉膛，经喷枪头气力雾化后与高温烟气混合燃烧，达到去除污染物的效果。其流程示意见图1：经过对渗滤液的基本特性及垃圾焚烧炉的运行工况分析，渗滤液回喷焚烧炉可解决一下几个方面的问题：1、可以分解渗滤液中有害成分，避免二次污染；2、在保证焚烧质量的前提下进行喷射，适当降温，可减少过热烟气对炉膛的损害，防止结焦情况的产生，提高焚烧炉运行效率3、由于采用雾化喷射，使渗滤液在炉膛内均匀蒸发，保证了燃烧工况，不会对焚烧发电的发电效率产生过大影响；4、不改变炉膛烟气成分，不会增加烟气净化负荷；5、有利于少量减少炉膛出口烟气的氮氧化含量等等。1．2关键因素分析焚烧炉运行中渗滤液回喷的关键是其充分的雾化以及对炉内燃烧工况带来的影响，而渗滤液雾化受到回喷系统设备的健康状况以及回喷枪的结构制约。由于渗滤液成分复杂，元素含量随季节变化，硫化物、氯化物在高温烟气中对受热面管壁可能产生高温腐蚀，且这种腐蚀是渐进的，因此要考虑渗滤液回喷量过大带来的潜在危害。1.2.1保证渗滤液的雾化效果如果雾化效果不好，可能发生渗滤液不能完全被烟气带走，其部分会沿着炉墙流下来，会落到炉排垃圾上，使该区域垃圾不易燃烧，可能会导致炉排垃圾烧偏料的情况。如果流下来的渗滤液较多，落入炉排下的灰斗并粘在内壁上，会导致从炉排间隙落下来的细渣与渗滤液粘在一起，导致灰斗堵灰。如果情况严重，还会影响一次风的喷入甚至炉排的正常工作，危及垃圾燃烧。在回喷过程中，还要根据焚烧炉的焚烧状况，炉温、烟气流量、一次风量等合理选择喷枪的雾化喷头。选择合适的喷射速度。1．2.2保证回喷渗滤液的清洁需保证预处理过程中回喷渗滤液的过滤质量，使杂质尽量少，避免由于渗滤液杂质过多导致喷枪堵塞，影响雾化效果；定期对喷枪进行检查清洗，保证喷枪正常工作。1.2.3科学合理控制回喷量确定渗滤液合理回喷量的主要依据是焚烧炉烟气温度的降低程度，如果焚烧炉低负荷运行、风量较小、炉内燃烧工况不佳，必须及时减少渗滤液回喷量，或停止回喷，保证环保指标达标排放。因此，研究烟气量、烟气温度与渗滤液回喷之间的关系，对科学、经济、合理进行回喷有非常的指导意义。1.3、运行实践分析济南能源公司，经过3年的运行摸索实践，自从渗滤液回喷装置启用以来，每天平均回喷渗滤液约100吨左右，缓解了渗滤液池液位高的状况，同时也给运行调整带来一些影响，主要有以下几方面:1.3.1对烟道温度的影响渗滤液回喷对于锅炉烟道温度的降低起到了很好的作用，渗滤液回喷量0.8---1.2T/H时，锅炉额定负荷42吨以上时，炉膛温度较回喷前下降30-40度左右，一烟道温度约降低3-5度左右。由于烟气温度下降，受热面热量传递减少，锅炉热负荷下降，为保证热负荷前提下适当增加机械负荷保证炉膛内有充分热量。高峰期时，锅炉负荷较高，炉膛温度都达到1050度左右，为降低炉膛温度，适当增加渗滤液回喷量，可以较快地降低炉温，避免长期超温造成焚烧炉膛顶部及一烟道喉部结焦。1.3.2、对料床的影响在喷枪雾化不佳的情况下，容易造成焚烧炉的偏料，焚烧炉的工况发生变化，影响焚烧炉的燃烧。雾化不佳时，部分渗滤液液体在重力作用下，克服烟气的上升携带力，直接落到料层上，吸收了部分垃圾干燥所需要的热量，导致垃圾干燥不均匀，进入燃烧段后的燃烧不稳定。1.3.3、烟气含水量烟气含水量增加，在环境温度低的时候，烟囱冒白汽现象严重，容易给周围群众造成误会。从垃圾焚烧后灰烬的化学成分表可以看出，烟气中含有部分水蒸气，渗滤液回喷后，烟气中的水分比例增加，在环境温度的作用下，迅速凝结成水。1.3.4运行调整的影响自动状态下，渗滤液回喷启停只参考烟道温度，对锅炉负荷变化较快，烟道温度变化时，回喷装置因为有启停前的冲洗过程，停运较慢，使调整过程加长，且冲洗时回喷水量加大，会加剧炉膛内燃烧状况的恶化，导致负荷变化不能及时恢复，从而影响了锅炉负荷，降低了锅炉效率。为了维持负荷稳定近期调整加强人工干预，但加大了监盘力度。1.3.5、渗滤液回喷后，过热器管壁的积灰量增加渗滤液回喷后烟气湿度增加，细小的飞灰颗粒凝聚成核，在引风机的作用下进入烟道，通过过热器管壁时，容易附着在过热器管壁外，积灰过多，导致过热器的传热效果变差。投入渗滤液回喷系统后，适当地增加锅炉过热器的吹灰次数，减少过热器的积灰量，可以有效保护锅炉的寿命和运行周期。1.3.6、渗滤液回喷后，物资消耗增加渗滤液属于高浓度污水，成分复杂，污染物浓度高、成分变化不稳定，含盐量高，可生化性差，会产生高浓度的氨氮，根据近两年渗滤回喷入炉后为保证烟气达标排放，物资消耗明显增加，氢氧化钙增加约3个百分点，氨水增加约1.5个百分点，活性碳相应增加，乙炔增加相应一倍。1.3.7、渗滤回喷后，厂用电相应增加渗滤液回喷需要压缩空气，四台炉的压缩空气量大概有600-700m3/h左右，如果要维持系统压缩空气正常，需要多运行一台空压机，根据实际计算采用渗滤液回喷造成的厂用电率要比不喷时增加大概0.3-0.4个百分点，厂用电增加明显。二、渗滤液回喷对焚烧炉经济性影响分析2.1渗滤液回喷造成的热损失渗滤液向炉膛中回喷造成的热损失主要为渗滤液蒸发为水蒸汽所吸收的热量，因此将垃圾焚烧至烟气进入烟气净化系统作为一个密闭系统，回喷的渗滤液为进料，水蒸气作为出料，所造成的热损失：Q损=m渗C水（100-t渗）+m渗Q水+m渗C蒸（t烟-100）式中：Q损为渗滤液回喷的热损失；m渗为渗滤液喷入量；t烟为烟气进入净化系统温度；t渗为渗滤液喷入的温度；C水为水的汽化潜热；C蒸为水蒸气的比热容。根据济南能源公司的实际情况，渗滤液回喷温度取25℃，烟气温度取200℃，因此每回喷1吨渗滤液所造成的热损失为：Q损=3.03×106KJ2.2垃圾焚烧发电厂的机组效率分析垃圾焚烧发电厂的机组效率η=η1η2η3式中：η1为垃圾化学能转化为烟气热能效率；η2为烟气热能转化为蒸汽热能效率；η3为蒸汽热能转化为电能的效率。渗滤液回喷过程中造成的热损失全部源于炉膛内烟气热能，因此：η损=η2η3式中：η损为渗滤液回喷造成的烟气热能损失效率。根据济南公司运行数据测算，η1在10%左右，η3在18~25%。η2受焚烧炉处理能力影响较大，一般焚烧发电厂不低于80%，以此推算η损在14.4~20%之间。。当炉膛温度维持在850℃~1000℃，计算η损为16%。2.3渗滤液回喷的损益计算渗滤液回喷的运行成本主要为回喷过程中造成的发电减少，其他消耗忽略不计。其发电降低计算如下：P损=（Q损×η损）/（3.6×106）=134.7KW•h按照现行的垃圾发电电费标准上网电价0.65元（KW•h）计算，每回喷1吨渗滤液造成电量损失约87.6元。济南能源公司渗滤液处理采用采用“调节池→预处理系统→UBF反应池→脱气沉淀池→SBR反应池→SBR出水池→浸没式超滤系统→纳滤系统→反渗透”工艺路线，单位运行成本27~30元/吨，也就是采用渗滤液回喷处理方式处理渗滤液的单位运行成本增加60.6~57.6元/吨。而渗滤液回喷可以雾状覆盖整个焚烧炉炉膛出口并与烟气充分混合，使炉膛温度最大可降低35度以上，这就为有效控制炉膛温度提供了有效的手段。随着居民生活水平的提高，特别是沿海发达城市，垃圾热值在逐步提升，加剧了焚烧过程中炉内超温，渗滤液回喷可以减缓炉内结焦速度，甚至可以通过调整使已结的焦块脱落，从而延长锅炉的运行周期。济南能源公司在这方面进行大胆的探索，根据近3年摸索投运，并取得了显著的成绩。今年我司#1炉在同行业中运行周期突破先例，连续运行时间达352天记录。#1炉运行周期时间2013年12月30日—2014年12月17日月份平均负荷机械负荷运行时间渗滤回喷量(T)炉膛温度二次风机频率石灰单耗(Kg/T)氨水单耗(Kg/T)活性碳单耗(Kg/T)133.871166960936.3012.72.150.36233.52118.26720941013.152.50.35336.31118.874409752013.542.610.35439.99121.1720454.19561014.212.670.36541.07117.4744680.99471015.13.030.36639.53118.872068895110163.160.37740.78117.5744719.49381016.33.80.37842.52120.9744487.89681015.73.740.37941.63114.66483799611015.543.960.371041.37112816223.49721015.64.150.371140111.672009613515.13.370.361231.61100451.3301515.33.540.35我厂每年大约从进入4月份开始投入渗滤液回喷系统，一直至10月底依据气温情况停止喷入。这期间每天喷入量大约在90—110吨左右，每月多处理了3000多吨，从而减轻渗滤处理能力。我们一般设定启动回喷时炉温大约在850度以上，而当夏季生产高峰期时，炉温不易控制，有时可以达到1050度以上，所以适当加大渗滤液喷入量，可以较快地降低炉温。避免长期超温造成焚烧炉膛顶部及一烟道喉部结焦。渗滤液回喷后烟气湿度增加，烟尘通过过热器管壁时，容易附着在过热器管壁外，积灰过多，导致过热器的传热效果变差，运行加强乙炔吹灰及振打装置启动次数，由一班一次增加为一班两次，定期检查振打装置的振打效果，每周专门对一级过热器处的受热面增加手动振打，效果明显，通过每天监督水平烟道差压及灰斗检查，未发现积灰现象。通过回喷降低炉膛温度，减少炉膛结焦程度，提高锅炉运行周期。本年#1炉出现两次掉焦分别在6月18日及12月4日，通过现场掉焦情况来看，焦块面积比较大，但不是很厚，最厚的大概40mm—50mm。锅炉热负荷波动能够使焦块自行掉落，在不严重影响负荷的情况下能够短时处理正常。三、总结1）渗滤液回喷可实现渗滤液的无害化彻底处理，同时可以减少高温烟气对炉膛的损害，提高焚烧炉运行效率，但也要考虑到盐类对受热面管壁可能产生渐进的高温腐蚀，应合理控制渗滤液的雾化效果、回喷质量、回喷流量等因素，整体考虑，根据焚烧垃圾的热值、炉型等，统筹考虑。2）渗滤液回喷产生的运行费用为渗滤液喷入炉膛蒸发所消耗热能造成的发电损失，但其也可有效减少因结焦导致的停炉时间，提高锅炉的可靠性与经济性。3）各公司应根据所焚烧垃圾的热值、垃圾费补贴、炉型、渗滤液产出量等，探索各自公司渗滤液回喷的数量，研究烟气量、烟气温度与渗滤液回喷之间的关系，从而实现回喷的效益最大化。