楊建楠

(中國電力建設(shè)工程咨詢有限公司，北京 100120)

生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目垃圾焚燒爐的選型

楊建楠

(中國電力建設(shè)工程咨詢有限公司，北京 100120)

本文通過對機(jī)械爐排焚燒爐、流化床爐排爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等不同焚燒爐型特點(diǎn)的比較分析，論證了在我國建設(shè)生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目焚燒爐選型的基本要點(diǎn)。并針對國內(nèi)外應(yīng)用較廣的幾種機(jī)械爐排爐技術(shù)特點(diǎn)做了說明。

生活垃圾焚燒發(fā)電；焚燒爐；機(jī)械爐排爐。

1 概述

隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化率水平也逐年提高，城市生活垃圾的收集、消納及處理問題變得日益緊迫。相比于傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋方式，生活垃圾焚燒方式更加環(huán)保、高效，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。根據(jù)發(fā)改委印發(fā)的《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中，垃圾焚燒在全國城鎮(zhèn)生活垃圾處理方式中所占比例將由2015年的31%提高至2020年的54%。目前，越來越多的傳統(tǒng)電力企業(yè)將目光投向了生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目。與傳統(tǒng)火力發(fā)電項(xiàng)目類似，生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目最關(guān)鍵的設(shè)備是垃圾焚燒爐(以下簡稱焚燒爐)，本文針對現(xiàn)階段幾種主流焚燒爐技術(shù)路線進(jìn)行對比，并對幾種爐型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了爐型選擇建議。

2 不同焚燒爐技術(shù)對比

生活垃圾焚燒技術(shù)在我國起步較晚，在西方發(fā)達(dá)國家已有幾十年甚至上百年的應(yīng)用和發(fā)展。受各個國家地理位置、工業(yè)技術(shù)特點(diǎn)及垃圾特性的影響，目前產(chǎn)生了幾十種不同的垃圾焚燒處理工藝。根據(jù)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》(GJJ 90－2009)的相關(guān)要求及合理的商業(yè)運(yùn)行需要，焚燒爐選型考慮要滿足以下要求：

(1)焚燒線的數(shù)量及單條焚燒線的規(guī)模應(yīng)根據(jù)焚燒廠的處理規(guī)模、爐型的技術(shù)成熟程度等因素確定，宜設(shè)置2～4條焚燒線。

(2)所選鍋爐應(yīng)適合特大類、Ⅰ類、Ⅱ類垃圾焚燒廠。

特大類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力2000 t/d及以上。

Ⅰ類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力1200～2000 t/d(含1200 t/d)；

Ⅱ類垃圾焚燒廠：全廠總焚燒能力600～1200 t/d(含600 t/d)。

(3)垃圾在焚燒爐內(nèi)應(yīng)得到充分燃燒，燃燒后的爐渣熱灼減率≤5%，二次燃燒室內(nèi)煙氣溫度在≥850℃的條件下滯留時間不小于2 s。(避免二噁英產(chǎn)生)

(4)在設(shè)計(jì)垃圾低位熱值與下限低位熱值范圍內(nèi)，應(yīng)保證垃圾設(shè)計(jì)焚燒能力，并應(yīng)適應(yīng)全年內(nèi)垃圾特性變化的要求。

(5)焚燒爐有超負(fù)荷處理能力，垃圾進(jìn)料應(yīng)可調(diào)節(jié)。

目前主流的焚燒爐的型式可分為機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、旋轉(zhuǎn)焚燒爐。

2.1 機(jī)械爐排焚燒爐

機(jī)械爐排屬于垃圾層燃焚燒爐，以爐排塊構(gòu)成爐床，靠爐排間的相對運(yùn)動使垃圾不斷翻動、攪拌并推向前進(jìn)。原生垃圾投入料斗后進(jìn)入爐排，在自身重力及爐排推動力作用下，不斷被翻轉(zhuǎn)、疏松，使之干燥，以充分燃燒。爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)，垃圾依次通過爐排上的各個區(qū)域，直至完全燃盡排出。燃燒空氣從爐排下部或側(cè)面引入，并與垃圾充分混合，保證燃燒效率。正常運(yùn)行時，爐溫維持在850℃～950℃，一般情況下，燃燒發(fā)出的熱量可以維持爐溫，垃圾熱值偏低的情況下，需要噴入燃料油作為輔助燃料。

2.1.1 機(jī)械爐排爐的優(yōu)點(diǎn)

(1)單臺爐的處理量大，國內(nèi)目前已有800 t/d的焚燒爐運(yùn)行業(yè)績，最大可達(dá)1200 t/d。

(2)垃圾在焚燒爐內(nèi)分布均勻，燃燒充分。運(yùn)行時可根據(jù)爐內(nèi)垃圾焚燒狀況調(diào)整給料情況。

(3)一般情況下，無需添加輔助燃料即可使?fàn)t內(nèi)煙氣溫度在850℃的條件下滯留時間不小于2 s。煙氣中粉塵含量低，減輕了后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)的負(fù)荷，降低了運(yùn)行成本。

(4)技術(shù)成熟，設(shè)備運(yùn)行時間達(dá)8000 h/a以上。

2.1.2 機(jī)械爐排爐的的缺點(diǎn)

(1)因爐排活動和固定等關(guān)鍵部件需高溫合金鋼制造，所以設(shè)備造價較高。

(2)焚燒爐體積相對較大，相應(yīng)的占地面積增加。

(3)垃圾需要連續(xù)焚燒，不宜經(jīng)常起爐和停爐。

2.2 流化床焚燒爐

不同于機(jī)械爐排爐的層燃方式，流化床焚燒爐采用流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行垃圾焚燒。通常在爐內(nèi)設(shè)置石英砂作為熱載體，亦稱之為床料。在焚燒垃圾前，先將爐內(nèi)的熱載體加熱至600℃以上，使之呈沸騰狀流動，垃圾經(jīng)破碎后投入爐內(nèi)，流態(tài)化的垃圾與熱載體充分混合，垃圾水分蒸發(fā)，溫度升高后開始燃燒。

流化床焚燒爐由于有熱載體的存在，燃燒穩(wěn)定、對垃圾變化適應(yīng)性好、燃燒熱效率高。其缺點(diǎn)是對進(jìn)爐垃圾粒度有要求，由于流化床焚燒爐采用流態(tài)化燃燒方式，因此垃圾中比重較大或直徑較大的成分難以實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，進(jìn)行影響燃燒效率。因此要求垃圾在入爐前需將比重較大或直徑較大的成分篩除，故需要增設(shè)大功率的垃圾破碎裝置。此外，因垃圾入爐后直接燃燒，為提高燃燒效率，需要對入爐垃圾的含水量進(jìn)行控制，在入爐前對垃圾進(jìn)行預(yù)處理，降低含水率。此外，流化床鍋爐檢修相對較多，年運(yùn)行時間相對較短，通常只有6000～8000 h。

2.3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是在鋼制圓筒內(nèi)部襯設(shè)耐火涂料的可旋轉(zhuǎn)鍋爐，其沿軸線方向略有傾斜。垃圾由鍋爐上部投入，爐體緩慢旋轉(zhuǎn)，使垃圾不斷翻轉(zhuǎn)，并向爐尾移動。垃圾在爐內(nèi)逐漸干燥、燃燒，燃燼后排至除渣裝置。有時除旋轉(zhuǎn)筒體外還配有前置推動爐排或后置推動爐排，前置爐排起干燥，后置爐排起燃燼作用。但其燃燒不易控制，垃圾熱值低時燃燒困難?；剞D(zhuǎn)焚燒爐較多使用在熱值較高的工業(yè)固體廢棄物的焚燒上，在生活垃圾的焚燒中應(yīng)用較少。

幾種典型焚燒爐型特點(diǎn)見表1。

表1 幾種焚燒爐技術(shù)特點(diǎn)對比

目前我國生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的垃圾來源主要依靠市政衛(wèi)生系統(tǒng)對城鎮(zhèn)垃圾的集中回收，垃圾來源渠道單一且分類收集規(guī)范化程度低，這導(dǎo)致入爐垃圾成分復(fù)雜、含水率較高且熱值不穩(wěn)定?；诖?，機(jī)械爐排爐最適合我國垃圾特點(diǎn)。其不僅進(jìn)料口寬，無需對垃圾分選和破碎，垃圾焚燒充分，運(yùn)行穩(wěn)定。煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)口粉塵濃度低，降低了煙氣凈化系統(tǒng)和飛灰處理費(fèi)用，是最適合我國城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的焚燒爐型。流化床焚燒爐與傳統(tǒng)的燃煤流化床鍋爐類似，燃燒效率高、投資成本低。但需對入爐垃圾進(jìn)行分選及處理。如結(jié)合項(xiàng)目特征，在燃煤儲量資源豐富的的地區(qū)可考慮采用流化床焚燒爐，在煤價較低的區(qū)間適當(dāng)摻煤燃燒，可提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 主要機(jī)械爐排爐選型

機(jī)械爐排爐根據(jù)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方向不同，可大體分為傾斜逆向推動型(以下簡稱逆推型)和傾斜順向推動型(以下簡稱順推型)兩大類，逆推型爐排主要特點(diǎn)是爐排的前進(jìn)方向與垃圾的輸送方向相反，爐排在運(yùn)行中對垃圾有較好的攪拌和疏松作用，確保原生垃圾在爐排上持續(xù)得到翻轉(zhuǎn)，有利于垃圾的干燥，提高燃燒效率；順推型爐排則通常配合不同運(yùn)動方式如往復(fù)運(yùn)動、滑動、翻倒、階梯跌落等，以達(dá)到充分燃燒垃圾，提高燃燒效率的目的。目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣的幾種主要機(jī)械爐排爐特性對比見表2。

表2 幾種主要機(jī)械爐排爐特性對比

3.1 MARTIN式逆推爐排爐

MARTIN(馬丁)焚燒爐由德國MARTIN公司研發(fā)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，目前國內(nèi)多個項(xiàng)目采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的馬丁焚燒爐，見圖1。爐排為一體式傾斜逆推往復(fù)式爐排，固定爐排與活動爐排按一定的傾角(一般為26°)依次排列，由于傾斜和爐排逆推作用，底層垃圾上行，上層下行，形成不斷地翻轉(zhuǎn)、攪拌，疏松后垃圾快速干燥，并與空氣充分接觸，以達(dá)到高效的燃燒效率。燃燒空氣從爐底部送入并從爐排塊的縫隙中吹出，對爐排有良好的冷卻作用。

圖1 MARTIN(馬丁)焚燒爐

爐排的特點(diǎn)：

(1)逆推式設(shè)計(jì)，燃燒效率較高。垃圾沿爐排表面向上滑動，使新入爐的垃圾的干燥燃燒可在很短時間內(nèi)完成。

(2)垃圾在爐內(nèi)停留時間較長，燃盡區(qū)殘留可燃物可通過逆推方式送回燃燒區(qū)，使燃燒更充分。

(3)垃圾層充分?jǐn)嚢?，燃燒狀態(tài)穩(wěn)定。

3.2 SITY－2000式逆推爐排爐

SITY－2000型焚燒爐由法國Alstom公司開發(fā)，爐排整體結(jié)構(gòu)與MARTIN爐排相近，其在燃燼段又增加了一段爐排，使整個爐排分成二段，分別采用二套液壓傳動裝置驅(qū)動，見圖2。爐排與爐排片均向下傾斜，爐排的下傾角為24°?；顒訝t排片與固定爐排片呈階梯式縱向交互配置。垃圾在爐排上靠重力向下滑落，底層垃圾受可動爐排片逆向運(yùn)動的推力而涌向上層，達(dá)到翻攪作用。目前，重慶三峰卡萬塔環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司引進(jìn)該技術(shù)爐型并進(jìn)行自主生產(chǎn)。

圖2 SITY-2000型焚燒爐

爐排的特點(diǎn)：

(1)改進(jìn)型的馬丁爐，燃燒效率更高，適合中國垃圾高水分、低熱值的特點(diǎn)；

(2)焚燒性能良好，灰渣未燃燼率0.7%～2%，煙氣中飛灰含量＜3 g/m3；

(3)運(yùn)行過程燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，爐排空氣冷卻高效；

(4)投資、維護(hù)成本低。

3.3 SEGHERS式多級爐排爐

SEGHERS(西格斯)爐排爐是由比利時SEGHERS公司開發(fā)的由不同爐排單元組成的順推往復(fù)階梯式多級爐排爐。每個標(biāo)準(zhǔn)爐排單元都有3種形式：滑動、翻動和固定，見圖3、圖4。爐排共分5段，由4個標(biāo)準(zhǔn)爐排單元和1個較長的未端燃燼爐排單元構(gòu)成，每段都有各自的液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，且助燃空氣也可根據(jù)垃圾在爐排上的燃燒情況進(jìn)行多段分別調(diào)節(jié)。垃圾在爐排上的運(yùn)動方向與爐排運(yùn)動方向相同，靠多段跌落實(shí)現(xiàn)垃圾的充分翻倒和攪拌，以提高鍋爐燃燒效率。

圖3 SEGHERS(西格斯)焚燒爐(1)

圖4 SEGHERS(西格斯)焚燒爐(2)

SEGHERS爐排爐的每一段爐排不僅具有往復(fù)運(yùn)動的功能，而且具有翻動的功能。滑動爐排推動垃圾向前運(yùn)動并決定了垃圾層厚度及停留時間,擺動爐排則起到攪動垃圾層的作用。目前，深圳市能源環(huán)保有限公司引進(jìn)該技術(shù)爐型并進(jìn)行自主生產(chǎn)。

爐排特點(diǎn)：

(1)燃燒效率高，適應(yīng)于寬范圍熱值變化的垃圾的燃燒，負(fù)荷變化范圍為70%～110%；

(2)水平的垃圾輸送與垂直的攪動、鼓風(fēng)相互獨(dú)立運(yùn)動，各部位獨(dú)立控制，使系統(tǒng)燃燒狀況易于控制調(diào)整。特別適應(yīng)于我國低熱值、高含水率的垃圾；

(3)各燃燒段由不同的送風(fēng)機(jī)單獨(dú)供風(fēng)，調(diào)節(jié)性強(qiáng)。采用水平供風(fēng)而非垂直供風(fēng)，降低爐排縫隙的漏風(fēng)率。

3.4 TAKUMA－SN型爐排爐

TAKUMA－SN型爐排是由日本田熊株式會社開發(fā)的順推階梯式往復(fù)搖動爐排，其組成為給料裝置、干燥段、燃燒段、燃燼段爐排，見圖5。其中干燥爐排設(shè)計(jì)成傾斜的，燃燒及燃燼爐排均為水平布置,既可有效輸送垃圾，同時又降低了焚燒爐的整體高度。沿垃圾前進(jìn)方向交替設(shè)置固定段和可動段，垃圾邊攪拌邊被推動向前。為有效進(jìn)行垃圾的翻轉(zhuǎn)攪拌，各爐排間設(shè)計(jì)有落差，使垃圾中的可燃成分與燃燒空氣充分接觸，完全燃燒。

圖5 TAKUMA－SN焚燒爐

干燥爐排設(shè)計(jì)成8°的傾斜角，干燥爐排與燃燒爐排間有650 mm的落差，燃燒爐排與燃燼爐排間有500 mm的落差。采用四個驅(qū)動單位：一個在干燥階段，二個在燃燒階段，一個在燃燼階段，通過調(diào)整各獨(dú)立驅(qū)動單位的速度，能控制垃圾和灰層的厚度。垃圾每前進(jìn)一段即沿25°傾角被向上抬起，反復(fù)翻轉(zhuǎn)攪拌，使拉圾高效燃燒。

因日本的垃圾分類系統(tǒng)成熟，垃圾熱值較高，此種焚燒爐的特點(diǎn)能夠得以充分發(fā)揮。根據(jù)國內(nèi)已建成的項(xiàng)目實(shí)際使用情況，其對中國熱值低、含水率高的垃圾適應(yīng)性不十分滿意，冬季爐膛溫度有時達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

4 結(jié)論

生活垃圾焚燒發(fā)電符合國家實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是今后我國大中型城市固體廢棄物處理的發(fā)展方向。其中機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)完善可靠、焚燒容量大、對垃圾適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)方便，更適合我國垃圾熱值低、含水率高的特點(diǎn)，是大中城市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的首選。SEGHERS爐排、SITY－2000型爐排技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)垃圾良好的攪動，配合良好的爐排出風(fēng)方式，和較高的一次風(fēng)壓，可保證垃圾在爐排上的充分燃燒，最大程度提高燃燒效率。且二者均已由國內(nèi)公司引進(jìn)生產(chǎn)，有多個成功投運(yùn)案例，無論是初期投資還是后期運(yùn)行維護(hù)成本均有明顯優(yōu)勢。

[1]楊宏毅．中國城市垃圾焚燒處理廠建設(shè)和運(yùn)營現(xiàn)狀[R]．北京：中國·城市建研究院，2009．

[2]國家發(fā)展改革委，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部．“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃[Z]．北京，2016．

Type Selection of the Garbage Incinerator for Project Generating Electricity Throug Refuse Household Garbage

YANG Jian-nan
(China Electric Power Construction Engineering Consulting Co.,Ltd., Beijing 100120, China)

By comparing the characteristics amongstoke grate incineration technology, fluidized bed incineration technology androtary kiln incineration technology,this paper demonstrates the selectionof the incinerator. Moreover, there illustrates the stoke grate incinerator by differentsuppliers.

USW incineration plants; incinerator; stoke grate.

TM619

B

1671-9913(2017)04-0071-05

2017-02-01

楊建楠(1987- )，男，北京人，碩士，工程師，從事火力發(fā)電及新能源發(fā)電項(xiàng)目管理工作