◎ 常州光大環(huán)保能源（常州）有限公司 蘇小江

常州市生活廢棄物處理中心 史東曉

常州市城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目于2007年6月5日開工建設(shè)，建設(shè)規(guī)模2×400t/d的西格斯往復(fù)式機(jī)械爐排爐，1×12MW汽輪發(fā)電機(jī)組。2008年11月1日并網(wǎng)發(fā)電，2008年11月20日轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行，至今已經(jīng)運(yùn)行4年多時間。

對于許多已經(jīng)建成投運(yùn)的垃圾焚燒發(fā)電廠在運(yùn)行過程中也在不斷對系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造以適應(yīng)逐年增長的入廠垃圾量需要和越來越嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的需要。在所有的改造和升級中對于設(shè)備的增減相對比較容易實現(xiàn)，而對于建筑物或構(gòu)筑物升級改造則相對比較困難，尤其是對焚燒廠垃圾儲存?zhèn)}這樣龐大和特殊的建筑進(jìn)行擴(kuò)容升級的可能性幾乎是微乎其微。部分焚燒廠配套建設(shè)有滲濾液處理工程，在滲濾液處理工程中根據(jù)工藝的不同可能會建設(shè)有各種存儲滲濾液的池體，如：調(diào)節(jié)池、厭氧池、好氧池等等。正常運(yùn)行過程中要通過改變池體容積的方式來提高運(yùn)行效率顯然也是不易實現(xiàn)的。

直觀認(rèn)識中，對于垃圾儲存?zhèn)}及滲濾液調(diào)節(jié)池這樣兩個功能各不相同，存儲物質(zhì)差別較大并且對存儲的物質(zhì)處理方式完全不一樣物體在日常生產(chǎn)管理過程中應(yīng)當(dāng)屬于各自不同的管理體系中。但是，通過對這個兩個物體運(yùn)行特性的分析可以看出其共同性為：輸入輸出物質(zhì)連續(xù)、庫存均有最大量的限制。而且通過滲濾液的轉(zhuǎn)移將彼此緊密聯(lián)系在一起，從滲濾液存儲角度看，在一定的時間段二者可以互為備用，通過挖掘互為備用的潛力來發(fā)揮更大的作用，一定程度上彌補(bǔ)二者獨立運(yùn)行時受存儲空間限制所帶來的問題，對焚燒廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行將會產(chǎn)生積極的作用。

1 滲濾液的產(chǎn)生及影響

垃圾儲存?zhèn)}的主要作用是完成垃圾的存儲保障垃圾焚燒發(fā)電廠在燃料供應(yīng)上有一定的緩沖和延續(xù)作用。同時，為垃圾提供一個發(fā)酵、排水的環(huán)境，保障入爐焚燒垃圾熱值維持在1500Kcal/kg左右，使焚燒爐在相對穩(wěn)定的工況下運(yùn)行。

2.1 垃圾在垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)發(fā)酵及產(chǎn)生滲濾液的過程

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的垃圾儲存?zhèn)}每天都有垃圾的進(jìn)出和滲濾液排出，垃圾儲存?zhèn)}中的垃圾在一個動態(tài)的條件下完成其發(fā)酵過程，主要過程可為垃圾中有機(jī)物在好氧環(huán)境下的水解/好氧降解過程和在厭氧環(huán)境下的水解發(fā)酵過程。由于垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)空氣通過焚燒爐一次風(fēng)機(jī)抽取，并且隨著卸料門的開閉垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)的空氣始終處于一個流動狀態(tài)，為垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)表面垃圾的降解提供了充足的氧氣，有利于表面垃圾水解及好氧降解。

處于垃圾儲存?zhèn)}中部及底部的垃圾由于上部垃圾的擠壓以及滲濾液的浸泡，處于一個缺氧環(huán)境，有機(jī)物主要進(jìn)行的是水解發(fā)酵，因為在倉內(nèi)停留時間相對較短，在厭氧段的產(chǎn)酸及產(chǎn)甲烷量相對較少。當(dāng)某個區(qū)域相鄰的垃圾被投入至焚燒爐時，由于相鄰區(qū)域空間位置重新空出，這個區(qū)域中部和下部部分垃圾又重新與空氣中的氧氣接觸，進(jìn)入一個短暫的好氧階段。

滲濾液主要由上述過程產(chǎn)生的有機(jī)酸、氨氮、未完全分解的有機(jī)物以及大量的水分組成。

2.2 滲濾液對垃圾儲存?zhèn)}的影響

常州公司垃圾儲存?zhèn)}設(shè)計排水是通過卸料門下方的格柵和位于格柵上方的“八字架”上的孔洞完成的，受合理庫存的限制，卸料門下方的格柵在運(yùn)行中開始進(jìn)料階段均被新垃圾堵塞，待該區(qū)域垃圾形狀穩(wěn)固、移動量減少后重新挖溝放水。格柵堵塞期間垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)排水收到影響，不能自排，引起垃圾儲存?zhèn)}水位上升。另外，設(shè)備故障（垃圾吊）、入廠垃圾量或入爐垃圾量波動也會引起垃圾儲存?zhèn)}滲濾液水位波動。

當(dāng)垃圾內(nèi)的滲濾液不能及時排出，底部垃圾將浸泡在滲濾液中，同時受垃圾本身吸水性及持水性的影響，水面以上的部分垃圾也因帶水或受潮不能直接入爐燃燒，直接減少了垃圾儲存?zhèn)}可燒垃圾量。當(dāng)水位過高時不僅增大垃圾儲存?zhèn)}倉壁腐蝕性而且倉壁收到的側(cè)壓力也隨之增加，對整個垃圾儲存?zhèn)}結(jié)構(gòu)安全帶來隱患。

綜上所述，垃圾儲存?zhèn)}的主要任務(wù)是保障安全、合理的倉位，維持入爐垃圾熱值的穩(wěn)定，為焚燒廠連續(xù)、安全穩(wěn)定運(yùn)行從源頭奠定基礎(chǔ)。受物理空間、滲濾液產(chǎn)量、發(fā)酵周期、運(yùn)轉(zhuǎn)及操作模式等因素的影響，垃圾儲存?zhèn)}的運(yùn)行呈現(xiàn)出極強(qiáng)的動態(tài)特性。因此，在對垃圾儲存?zhèn)}的管理上應(yīng)從眾多的影響因素中找出主要矛盾，結(jié)合實際條件有的放矢才能讓這一焚燒廠源頭有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 協(xié)調(diào)管理模型

2.1 對象特點分析

如前所述，垃圾儲存?zhèn)}產(chǎn)生的滲濾液首先進(jìn)入垃圾儲存?zhèn)}調(diào)節(jié)池進(jìn)行儲存，調(diào)節(jié)池設(shè)計容積3000m3，按照10天額定處理量設(shè)計。滲濾液處理系統(tǒng)長期高負(fù)荷運(yùn)行后，后段的膜處理系統(tǒng)能力及效率有所下降，膜阻力增加，出水量相應(yīng)下降。同時受到膜工藝的限制，運(yùn)行一定時間后必須對其清洗維護(hù)，膜組件清洗原因主要為生物結(jié)垢、物理堵塞等幾種。進(jìn)行清洗維護(hù)都需要一定時間才能完成，膜組件進(jìn)行多次清洗維護(hù)會造成膜通量下降，出水量難以達(dá)到設(shè)計能力。常州公司膜系統(tǒng)包括超濾膜4組、納濾膜2組，無論哪一組膜清洗均會影響到處理量，包括其它系統(tǒng)的檢修維護(hù)期間均需要對從垃圾儲存?zhèn)}來的滲濾液進(jìn)行一定時間的存儲。因此，通過調(diào)節(jié)池的液位調(diào)節(jié)不僅增加滲濾液處理系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力，也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

理論上，滲濾液調(diào)節(jié)池液位最理想的狀態(tài)為零時（即送入調(diào)節(jié)池的滲濾液隨時可以被處理，無需儲存）說明系統(tǒng)運(yùn)行比較正常，實際運(yùn)行階段調(diào)節(jié)池液位為零的狀態(tài)幾乎不會存在。對于有些不設(shè)計調(diào)節(jié)池的滲濾液處理系統(tǒng)，某種程度上是用垃圾儲存?zhèn)}代替了調(diào)節(jié)池的存儲功能。

垃圾儲存?zhèn)}作為一個體積龐大、密封設(shè)計的特殊容器，在焚燒廠的運(yùn)行過程中有以下特點：

（1）輸入的物質(zhì)具有連續(xù)性且單一，即入廠垃圾；

（2）庫存量有最大量的限制；

（3）輸出物質(zhì)具有連續(xù)性且主要有兩種，即入爐垃圾、滲濾液；

（4）輸入、輸出物質(zhì)通道唯一；

（5）垃圾儲存?zhèn)}具有唯一性。

滲濾液調(diào)節(jié)池在運(yùn)行過程中的特點：

（1）輸入輸出物質(zhì)同樣具有連續(xù)性且單一，均為滲濾液；

（2）庫存量有最大量的限制；

（3）輸入、輸出方式可調(diào)整；

（4）調(diào)節(jié)池可以有選擇性（對于調(diào)節(jié)池不止一個的系統(tǒng)）。

基于二者的共同性和相互之間的聯(lián)系，我們嘗試通過建立運(yùn)轉(zhuǎn)模型的方式來簡化實際運(yùn)行過程，并通過模型分析建立指導(dǎo)實際運(yùn)行的理論依據(jù)更好地為生產(chǎn)過程服務(wù)?？紤]到調(diào)節(jié)池相對垃圾儲存?zhèn)}而言體積較小，且具有選擇性，本文重點以垃圾儲存?zhèn)}為主，將調(diào)節(jié)池作為一個隨動系統(tǒng)考慮來建立模型。

2.2 雙容水槽模型

雙容水槽是工業(yè)生產(chǎn)過程中的常見控制對象，它是由兩個具有自平衡能力的單容水槽上下串聯(lián)而成，通常要求對其下水槽液位進(jìn)行定值控制，雙容水槽中的下水槽液位即為這個系統(tǒng)中的被控量，通常選取上水槽的進(jìn)水流量為操縱量對其液位進(jìn)行控制。如圖2.1所示。

圖2.1 雙容水槽模型

由圖2.1可以看出，作為雙容水槽系統(tǒng)要使兩個水箱液位h1、h2保持恒定，需分別控制流量Q0、Q1、Q2按照一定的流量連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

排除設(shè)備故障等突發(fā)因素和操作誤差等長期行為，我們可根據(jù)垃圾儲存?zhèn)}幾何尺寸以及垃圾和滲濾液進(jìn)出關(guān)系，分別將垃圾儲存?zhèn)}倉位變化與入爐垃圾量及滲濾液調(diào)節(jié)池液位變化簡化為一個雙容水槽模型，如圖2.2所示。

圖2.2 垃圾儲存?zhèn)}水箱模型

按照一個循環(huán)周期12天計算，水槽的進(jìn)水端為垃圾入廠量Q表示，水槽的出水端由入爐垃圾量Q1和滲濾液排出量Q2表示，則有：

因此，只需確定每天入爐量和滲濾液的產(chǎn)生量即可計算出每天的入廠量。由于，實際運(yùn)行過程中這兩個量均有波動，所以要求入廠量必須在一定范圍內(nèi)波動以滿足垃圾儲存?zhèn)}正常運(yùn)行的需要，故Q的值應(yīng)該在一定區(qū)間范圍變化。結(jié)合垃圾儲存?zhèn)}簡化模型，我們分別以滲濾液平衡和入爐垃圾量平衡來確定入廠垃圾量，取常州公司額定入爐垃圾800t/d、滲濾液額定處理量300 t/d為計算參數(shù)。

1、滲濾液平衡倉位（以額定負(fù)荷處理滲濾液）

其中：V為滲濾液率；常州公司多年運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，滲濾液率年平均為24.5%。由此得出：Q= Q2/V=300/24.5%=1224（噸）。

其中：Q表示入廠垃圾含水率；Q1表示每天垃圾儲存?zhèn)}排出的滲濾液量；Q’為每天滲濾液處理量。h1表示垃圾儲存?zhèn)}水位變化，h2表示滲濾液調(diào)節(jié)池液位變化。

2、入爐垃圾平衡倉位（以額定入爐量處理垃圾）

即：Q=Q1/(1-V)=800/(1-24.5%)=1059.60(噸 )

由此我們可得出垃圾儲存?zhèn)}正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需入廠量的區(qū)間為1060～1224噸。將上述結(jié)論代入實際入廠量進(jìn)行驗算，具體數(shù)據(jù)如表2.1所示。

對表2.1中所驗算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得出如下結(jié)論：

(1)當(dāng)入廠垃圾量維持在1060噸時，入爐垃圾量與垃圾儲存?zhèn)}建立了良好平衡關(guān)系，可入爐垃圾庫存保持平衡，但是滲濾液下降幅度為40t/d。液位下降速度過快將導(dǎo)致滲濾液處理系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

(2)維持滲濾液調(diào)節(jié)池相對平衡的量有2個點，分別是入廠垃圾量1200噸和1250噸，此時調(diào)節(jié)池液位變化只有6噸。但是，入爐量分別要到906噸和944噸。根據(jù)焚燒爐設(shè)計及實際運(yùn)行操作，短期內(nèi)機(jī)械負(fù)荷的超負(fù)荷率在10%以內(nèi)是可以接受的，按照這一數(shù)據(jù)計算即最大短期入爐機(jī)械負(fù)荷應(yīng)該控制在880噸左右。所以，相比較而言為保持滲濾液調(diào)節(jié)池液位穩(wěn)定，又能保證入爐垃圾量的合理性此時應(yīng)當(dāng)選擇1200噸的入廠垃圾量。

表2.1 垃圾儲存?zhèn)}運(yùn)轉(zhuǎn)模型數(shù)據(jù)驗算表

3 協(xié)調(diào)管理模式的應(yīng)用

根據(jù)垃圾儲存?zhèn)}倉位分析及運(yùn)轉(zhuǎn)模型的建立，常州公司將這一理論應(yīng)用到實際生產(chǎn)運(yùn)行管理過程中。采取垃圾儲存?zhèn)}動態(tài)管理辦法，引入了垃圾儲存?zhèn)}與滲濾液調(diào)節(jié)池協(xié)調(diào)管理模式，在2012年8月份的生產(chǎn)實際中獲得了成功。

在按照垃圾入廠量理論區(qū)間控制進(jìn)廠垃圾量的同時結(jié)合垃圾儲存?zhèn)}動態(tài)管理辦法，統(tǒng)一安排垃圾儲存?zhèn)}一個循環(huán)周期內(nèi)垃圾的堆料、上料區(qū)域，由垃圾吊班長統(tǒng)一安排每日入爐垃圾的堆放區(qū)域，確保入爐垃圾發(fā)酵時間充分，熱值穩(wěn)定。滲濾液排出方面，采用格柵前挖溝排水和人工放泵抽水的措施，確保垃圾儲存?zhèn)}內(nèi)水位維持在1～2米范圍，垃圾儲存?zhèn)}滲濾液收集池液位維持在1米。

通過上述措施的堅決執(zhí)行，入爐垃圾的熱值明顯提高，2012年8月份的噸垃圾發(fā)電量達(dá)到401度。月均401度/噸的噸垃圾發(fā)電量也是常州公司歷年來最好成績。