通过控制炉温减少大型垃圾焚烧炉结焦的策略与实践

引言

垃圾焚烧发电作为城市固废处理的核心技术，其高效运行直接关系到环保效益与经济效益。然而，结焦问题始终是制约焚烧炉长周期稳定运行的关键瓶颈。结焦不仅会导致炉膛传热效率下降、排烟温度升高，还可能引发炉排卡涩、受热面磨损等次生故障，严重时甚至导致停炉检修。本文从炉温控制视角出发，系统探讨结焦的成因、温度与结焦的关联机制，并提出针对性技术措施与优化路径。

一、结焦成因与炉温的关联机制

1.1 灰分熔融特性

垃圾焚烧过程中，灰分中的氧化钙、二氧化硅等成分在高温下会发生共熔反应，形成低熔点化合物。例如，当炉膛温度超过850℃时，飞灰中的氧化钙与二氧化硅可能形成熔点低于1200℃的共熔体，导致灰分软化并粘附于炉壁。某电厂实验数据显示，当炉膛温度从850℃升至1000℃时，结焦速率提升3倍以上。

1.2 炉膛温度分布不均

炉膛内温度梯度过大是结焦的重要诱因。火焰中心温度过高（如达到1100℃以上）会导致局部灰分熔融，而低温区（如低于800℃）则可能引发燃烧不充分，增加未燃尽颗粒的沉积风险。某电厂通过红外热成像技术发现，炉膛喉部与侧墙温差超过200℃时，结焦厚度显著增加。

1.3 燃烧工况波动

垃圾热值不稳定、给料速度不均等因素会导致炉膛温度剧烈波动。例如，当垃圾热值从5000kJ/kg骤降至3000kJ/kg时，若未及时调整一次风量，炉膛温度可能在10分钟内下降200℃，引发燃烧不稳定，加剧结焦。

二、炉温控制的核心策略

2.1 炉膛温度的精准调控

• 温度范围优化：根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》，炉膛温度需控制在850℃-980℃区间。某电厂通过安装多点测温系统，将炉膛温度波动范围缩小至±15℃，结焦率降低40%。
• 分区控温技术：采用分段燃烧控制，将炉膛划分为干燥区、燃烧区、燃尽区，分别设定目标温度。例如，燃烧区温度控制在900℃-950℃，燃尽区温度控制在850℃-900℃，以实现灰分的梯度冷却，减少熔融风险。

2.2 负荷与温度的协同管理

• 负荷匹配策略：避免锅炉超负荷运行。某电厂将锅炉蒸发量控制在额定值的90%-95%，并通过调整垃圾给料速度与一次风量，确保炉膛温度稳定。
• 启停炉温度控制：在启炉初期，采用低负荷、低风量运行，逐步升温至850℃以上，避免初始结焦层快速形成。某电厂通过优化启炉曲线，将初始结焦层厚度减少50%。

2.3 氧量与温度的联动调节

• 氧量阈值设定：出口烟气氧含量控制在6%-8%，以确保垃圾充分燃烧。某电厂通过DCS系统实现氧量与温度的实时联动，当氧含量低于6%时，自动增加一次风量，避免还原性气氛导致灰分熔点降低。
• 二次风优化：二次风机的投入可增强炉膛湍流，减少未燃尽颗粒沉积。某电厂将二次风量占总风量的比例提升至20%，结焦速度降低30%。

三、技术升级与设备优化

3.1 耐火材料与防结焦涂层

• 耐火材料选型：采用高铝质、刚玉质等耐高温、抗侵蚀的耐火材料，延长炉膛使用寿命。某电厂将炉膛喉部耐火材料更换为刚玉莫来石复合砖后，结焦周期从3个月延长至6个月。
• 防结焦涂层应用：在炉膛内壁涂覆防结焦涂层，可降低灰分粘附性。某电厂采用纳米陶瓷涂层后，结焦厚度减少60%，清理周期从每周1次延长至每月1次。

3.2 智能监测与预警系统

• 温度场可视化：通过红外热成像与数值模拟技术，实时监测炉膛温度分布。某电厂引入3D温度场建模系统后，提前发现局部高温区，避免结焦恶化。
• 结焦预警模型：基于大数据分析，建立结焦风险预测模型。某电厂通过整合炉温、氧量、垃圾热值等参数，实现结焦风险的提前72小时预警，非计划停炉次数减少50%。

3.3 吹灰与清焦技术

• 脉冲吹灰系统：采用乙炔脉冲吹灰技术，通过高频冲击波清除受热面积灰。某电厂将吹灰频率从每日1次提升至每日3次，排烟温度降低20℃，热效率提升5%。
• 机械清焦装置：在检修期采用高压水枪、机械刮刀等工具彻底清除结焦。某电厂通过优化清焦工艺，将单次清焦时间从72小时缩短至48小时。

四、运行管理与人员培训

4.1 标准化操作规程

• 启停炉标准化：制定详细的启停炉操作流程，明确温度、风量、给料速度等参数的控制阈值。某电厂通过实施标准化操作，启停炉过程中的温度波动减少50%。
• 巡检与维护制度：建立“三级巡检”制度，运行人员每小时巡检一次，维护人员每日专项检查，技术团队每周综合评估。某电厂通过强化巡检，发现并处理潜在结焦风险点20余处。

4.2 人员技能提升

• 仿真培训系统：引入垃圾焚烧仿真培训平台，模拟不同工况下的结焦风险与应对措施。某电厂通过仿真培训，操作人员结焦处理能力提升40%。
• 值际竞赛机制：将结焦率、巡检完成率等指标纳入考核，激发员工积极性。某电厂通过实施值际竞赛，结焦率从15%降至8%。

五、案例分析：三亚某垃圾发电厂的实践

三亚某垃圾发电厂通过以下措施实现单炉连续运行超300天：

1. 炉温精准控制：将炉膛温度稳定在880℃-920℃，波动范围控制在±10℃。
2. 氧量优化：出口烟气氧含量控制在6.5%-7.5%，二次风量占比提升至25%。
3. 智能监测：引入3D温度场建模与结焦预警系统，提前发现并处理潜在风险。
4. 设备升级：采用纳米陶瓷防结焦涂层与乙炔脉冲吹灰技术，结焦清理周期延长至3个月。

六、结论与展望

通过精准的炉温控制、技术升级与运行管理优化，可显著减少大型垃圾焚烧炉的结焦风险。未来，随着人工智能、大数据等技术的深度应用，垃圾焚烧发电行业将向更高效、更可靠、更智能的方向发展。建议行业从以下方面持续推进：

1. 开发新型耐高温、抗结焦的耐火材料；
2. 推广智能监测与预警系统，实现结焦风险的实时管控；
3. 加强人员培训，提升操作人员的应急处理能力。

通过多维度协同发力，垃圾焚烧发电技术将为城市固废处理与能源回收提供更坚实的支撑。