垃圾焚化余热锅炉受热面设计特点

江东

摘要：垃圾焚化余热锅炉作为余热锅炉中较为常见的一种，目前主要应用于垃圾焚烧发电厂，由于其在功能、结构等方面存在着一定的特殊性，因此在锅炉受热面的设计上，与其他锅炉相比也同样有着较为明显的差异。为此，本文从受热面积、烟道结构、受热面布置、空气预热器等几个角度出发，对垃圾焚化余热锅炉的受热面设计特点展开了具体分析，希望能够对垃圾焚化余热锅炉的推广应用起到一定帮助。

关键词：垃圾焚化余热锅炉；受热面；空气预热器

引言：从目前来看，由于垃圾焚烧发电在我国的发展时间较短，因此很多垃圾焚烧发电厂虽然会按照市场模式进行运作，但却常常会为了缩短投资回收周期而不断提高锅炉热效率，这样在锅炉高温腐蚀区域无法确定的情况下，锅炉热蒸汽温度就会因此而呈现出上升趋势，并对锅炉受热面的设计突出新的要求。因此，对于垃圾焚化余热锅炉受热面设计特点的研究，是非常必要且具有现实意义的。

1 垃圾焚化余热锅炉受热面积设计特点

从总体上来看，垃圾焚化余热锅炉的受热面积会相对较大，而其具体原因则需要从多方面展开分析。首先，垃圾焚化余热锅炉主要用于垃圾焚烧发电，需要利用城市垃圾焚化设备出口烟气热量所产生的蒸汽来进行发电，由于城市垃圾的含水量普遍较高，热值则比较低，因此在焚烧过程中，焚化设备出口烟气（锅炉进口烟气）的温度通常都会比较低，有时甚至不足800℃。这样的进口烟气温度虽然不会对锅炉的功能造成太大影响，但却会使其长期处于低温、低压的换热状态，而在传热温压较低的情况下，其热量会在锅炉内部进一步发散开来。因此为了适应这一状态下的锅炉运行特点，自然就需要为其设计更大的受热面。其次，与普通锅炉相比，垃圾焚化余热锅炉由于焚烧物与用途不同，因此无需强化燃烧与传热效果，而这也对锅炉的受热面设计产生了直接的影响^[1]。一般来说，在需强化燃烧与传热效果的情况下，对流受热面会采取稀疏布置的设计策略，过热器的横向、纵向相对节距都会大大降低，并使烟气流速大大下降，这意味着烟气在冲刷受热面时会比较缓慢、传热系数也会较小，设计时自然就需要进一步增加受热面积。最后，城市垃圾焚烧后，焚烧设备出口烟气的温度通常都会在700℃-1000℃之间，在这一温度的影响下，垃圾焚化余热锅炉的辐射受热面热流密度会相对较低，无法快速实现导热，这同样是锅炉受热面积增加的重要原因。

2 垃圾焚化余热锅炉烟道结构设计特点

垃圾焚化余热锅炉在烟道结构上通常会采取多烟道结构的设计思路，而其具体设计特点则要从沉降烟道、烟道壁面、对流受热面空间设计等几方面展开分析。

2.1沉降烟道设计

城市垃圾在焚烧后会产生大量的烟尘，因此垃圾焚化余热锅炉必须要设计沉降烟道，以用于烟尘的沉降，避免过多的烟尘对锅炉正常运行造成影响。在具体设计上，由于烟尘沉降烟道中会持续沉积，因此应根据锅炉规格以及垃圾焚烧量、烟尘量来为烟道设计较大的横截面，以免因烟道横截面过小而导致烟道堵塞。同时，城市垃圾焚烧所产生的烟尘中会含有大量固态颗粒，在烟尘运动过程中，粗大的固态颗粒会在重力的作用下从烟尘中分离出来，但少部分体积较小的固态颗粒却仍然会存在于烟尘之中，因此沉降烟道需要采取转弯设计，以便于利用惯性对烟尘进行进一步的分离。

2.2烟道壁面设计

为保证设备使用寿命与运行稳定性，锅炉对于进入对流受热面的烟气温度都有着非常严格的要求，普通锅炉进入对流受热面的烟气温度通常应控制在950℃-1000摄氏度之间，这一标准与锅炉进口烟气温度的差异较小，因此无需进行特殊设计处理。但对于垃圾焚化余热锅炉来说，由于其进入对流受热面的烟气温度需要控制在700℃-750℃之间，与锅炉进口烟气温度存在一定差距，因此还需将烟道壁面设计为水冷壁面，使烟气在流动过程中能够与壁面完成辐射热交换，并逐渐实现温度的降低，这样在进入到对流受热面时，烟气温度才能够达到标准。当然，由于烟气温度降低会影响到烟气的辐射热交换量，因此烟道应根据实际情况来适当扩大内部空间^[2]。

2.3对流受热面空间设计

城市垃圾的种类较多，不同垃圾焚烧后所产生的烟气在热力性质与污染程度等方面都会呈现出一定差异，而在烟气热力性质、对受热面污染程度等因素无法确定的情况下，对流受热面的具体设置也同样难以确定下来。因此在垃圾焚化余热锅炉的烟道结构设计中，必须要为烟道的对流受热面预留出一定的空间，并在锅炉投入运行后对垃圾焚烧烟气的热力性质与污染程度进行具体观察、计算，最后再根据实际情况对对流受热面的大小进行适当调整。

3 垃圾焚化余热锅炉受热面布置特点

3.1进烟口布置特点

垃圾焚化余热锅炉的负荷与垃圾发热量有着直接的关系，城市垃圾的热值与发热量越高，锅炉所受的符合也会越来越高，从目前来看，城市垃圾在不同季节、不同环境、不同气候下其水分含量与热值会出现较大变化，而城市垃圾热值与水分含量的变化又会影响到垃圾焚化余热锅炉所受负荷的稳定性，因此在实际运行过程中，垃圾焚化余热锅炉所受最大负荷与最小负荷之间往往会出现很大的差距。因此，为提高垃圾焚化余热锅炉的负荷适应能力，应尽量在锅炉内部设置两个不同的进烟口，并通过对不同进烟口受热面的调节来满足锅炉的负荷变化需求

^[3]。例如当城市垃圾水分含量较高时，锅炉进口烟气温度会相对较低，这时可以引导烟气从上进烟口进入锅炉，并在上进烟口内采取稀疏的受热面布置；而当城市垃圾水分含量较低时，锅炉进口烟气温度会大大升高，这时则可引导烟气从下进烟口进入锅炉，进烟口内应采取较为密集的受热面布置。

3.2过热器系统布置特点

较大的负荷变化率会使锅炉过热蒸汽温度出现较大变化，并对锅炉运行稳定性造成影响，因此为保证过热蒸汽温度的稳定性，还需在采取低温过热器、高温过热器与减温器相结合的过热器系统布置策略，同时在过热器的受热面积上，也要根据锅炉实际情况适当增加。

4 垃圾焚化余热锅炉预热器设计特点

城市垃圾的含水量不稳定，为保证垃圾中部分物质的分解、提高垃圾燃尽率，垃圾焚化余热锅炉的预热器通常都会由高温段空气预热器与低温段空气预热器两部分组成，

4.1低温段空气预热器设计

低温段空气预热器需要对空气加热温度的要求较低，通常在80摄氏度左右，因此在设计上与普通锅炉的空气预热器并没有太大差异，通常是设置在烟气通道的最下游，管道直径在50mm左右，安装后烟气可以在预热器管内实现纵向流通，与管道外部横向流通的空气分离开来，从而达到良好的预热效果。

4.2高温段空气预热器设计

高温段空气预热器对于温压有着较高的要求，因此设计时应充分考虑烟气的流通过程，将其设置在低温段空气预热器的后方，以避免对低温段空气预热器的运行造成影响，同时为避免灰尘在管内大量堆积、堵塞，预热器的管束必须要采取水平放置方式，以免出现过大的结构性热偏差。

结束语：在节能环保工作不断发展的今天，垃圾焚化余热锅炉作为城市垃圾焚烧发电的重要设备，其在质量性能的优化、改进是非常重要的，尤其是在受热面的设计上，只有明确锅炉在受热面布置、烟道结构、空气结构等方面的设计特点，才能够使锅炉的质量性能得到更好的提升，并为垃圾焚烧发电的推广发展提供支持。

参考文献：

[1]蒋朝勇.工业锅炉受热面管失效分析及其预防措施[J].中国设备工程，2019(15)：60-61.

[2]郭宏欣.热能动力工程在锅炉方面的应用[J].化工设计通讯，2019，45(05)：217-218.

[3]许宏宇，王昊，郝彦勤.锅炉余热深度利用及尾部受热面优化[J].锅炉制造，2018(05):15-16.