孔昭健，張瑛華，劉海威（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京　100038）

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·規(guī)劃與管理·

某垃圾焚燒電廠冬季燃燒狀況改善措施探討

孔昭健，張瑛華，劉海威
（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038）

【摘要】以某垃圾焚燒發(fā)電廠為例，探討了增加冬季入爐垃圾熱值和提高全廠熱效率的措施。通過對垃圾焚燒廠冬季入廠垃圾加強管理，延長垃圾堆酵時間，增加倒料次數(shù)，并適當(dāng)添加生物質(zhì)燃料，入爐垃圾熱值有所增加，焚燒爐燃燒狀況得到了改善，熱效率及噸垃圾發(fā)電量均有增長。

【關(guān)鍵詞】垃圾焚燒；垃圾熱值；噸垃圾發(fā)電量；熱效率

1　某垃圾焚燒電廠概況

1.1基本配置

某垃圾焚燒電廠生活垃圾處理規(guī)模1 200 t/d，分期建設(shè)，一期工程處理規(guī)模800 t/d，選用國內(nèi)先進、成熟的爐排爐工藝作為該電廠的建設(shè)爐型，采用次中溫中壓蒸汽參數(shù)（4.0 MPa，400℃）作為余熱鍋爐的額定參數(shù)，余熱鍋爐產(chǎn)汽量為34.7 t/h。鍋爐產(chǎn)汽全部用于發(fā)電，一期工程配置1臺額定功率12 MW凝汽式汽輪機和1臺15 MW發(fā)電機，預(yù)留擴建1臺凝汽式汽輪發(fā)電機組的位置。

1.2地處環(huán)境

該電廠地處湖北省西北部，為亞熱帶季風(fēng)型大陸氣候過渡區(qū)，四季分明，年均氣溫15.1～16.9℃。12月和1月為當(dāng)?shù)貧鉁刈畹驮路?，?5～5℃。

1.3垃圾特性

1） 熱值較低，垃圾濕基低位熱值平均為4 392 kJ/kg。

2） 含水率較高，平均達到62.04%，生活垃圾中以蔬菜、果皮類為主。

3） 灰分多，垃圾濕基灰分平均為14.24%，在實際入廠垃圾中又?；烊虢ㄖ?，既不產(chǎn)熱還會造成設(shè)備故障風(fēng)險。

4） 受季節(jié)影響較大。夏天由于瓜果大量上市，垃圾中果皮類含量較高，且降雨量加大，因此入廠垃圾含水率較高；冬季垃圾中煤灰量明顯增多。

5） 區(qū)域差別明顯。城區(qū)垃圾中可燃成分的含量明顯高于其它區(qū)域。

表1為該電廠服務(wù)區(qū)域垃圾組成特征。

表1　入廠垃圾組成特征

1.4噸垃圾發(fā)電量計算

全廠熱能利用效率即指全廠全部熱能系統(tǒng)的熱效率。MCR工況的熱效率即為MCR工況下焚燒爐和余熱鍋爐熱效率、管道熱效率、汽輪機熱效率、發(fā)電機熱效率的乘積［1］，即噸垃圾發(fā)電量（kWh）=垃圾熱值×熱效率/3.6。

噸垃圾發(fā)電量是全廠熱能利用效率最直觀的體現(xiàn)，其主要影響因素為入爐垃圾熱值及全廠熱效率。

1.5氣溫對發(fā)電量的影響

圖1為該電廠7—12月噸垃圾發(fā)電量的變化曲線，垃圾發(fā)電量在7—10月間波動較小，從11月份起隨著氣溫降低，發(fā)電量下降較多，12月份達到最低值。由于入廠垃圾品質(zhì)在這半年間并沒有發(fā)生大的改變，因此分析可能是氣溫降低造成入爐垃圾熱值降低，以及熱效率的下降，進而對發(fā)電量造成了影響。

圖1　噸垃圾發(fā)電量變化曲線

2　提高垃圾熱值措施

2.1嚴(yán)控入廠垃圾質(zhì)量

該電廠地處我國中部，未實行集中供暖，進入冬季后，部分住戶采用燃煤爐取暖，這部分煤灰與生活垃圾混在一起，最終進入垃圾焚燒廠。灰分過多會直接造成煙道和熱交換器管道間的積灰嚴(yán)重，降低鍋爐熱效率，同時煙氣中的飛灰含量可能會加大布袋兩側(cè)壓差，增加引風(fēng)機負(fù)荷。

建筑垃圾多體積大而且堅硬，若混入生活垃圾進入焚燒爐會造成爐排卡澀、除渣機故障，直接影響設(shè)備安全。建筑垃圾不能放熱，在爐內(nèi)還會吸收垃圾燃燒熱量，增加鍋爐排渣熱損失，因此在冬季焚燒狀況惡化時更應(yīng)盡量避免此類垃圾入爐。

2.2降低垃圾含水率

垃圾含水率直接影響垃圾熱值，垃圾含水率越高，燃燒時水汽化帶走的熱量越多。深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠的經(jīng)驗，對含水率在60%以上的低熱值生活垃圾在焚燒前進行2～3 d的堆酵，可瀝除12%左右的滲瀝液，整體減量約20%，實際入爐垃圾低位熱值增加836 kJ/kg［2］。李愛民通過研究發(fā)現(xiàn)，通過對生活垃圾進行生物干燥，垃圾的含水率由68.3%下降到46.9%，垃圾的濕基低位熱值由3 344 kJ/kg上升到7 123 kJ/kg［3］。

2.2.1增加堆酵時間

垃圾在堆酵過程中，垃圾中的水分不斷排出，垃圾含水率降低，垃圾瀝出的水分包括通過重力擠壓作用脫除的外部水分以及通過生物對有機物的降解作用瀝出的水分和其他液態(tài)物質(zhì)。通過對本項目的運行發(fā)現(xiàn)，通常垃圾在垃圾倉內(nèi)堆酵3～5 d就可以達到最大程度的排出水分，但冬季需要適當(dāng)延長，一般應(yīng)達到7 d以上。

2.2.2提高垃圾倉溫度

控制微生物降解脫水過程中的溫度作用，主要基于2個方面，一是高溫能夠提高自由水與結(jié)合水的比例，水分更容易與垃圾分離而蒸發(fā)或瀝出；二是在微生物反應(yīng)過程中，溫度是影響微生物生長的主要環(huán)境因子，溫度升高時細(xì)胞內(nèi)的酶反應(yīng)和代謝速率加快，從而使微生物的生長速率加塊，垃圾加速腐化瀝出水分。高溫能夠顯著提高厭氧發(fā)酵脫水效果［4］，因此垃圾在夏季排出水分所需的時間遠(yuǎn)小于冬季。

焚燒爐一次風(fēng)吸風(fēng)口一般設(shè)置在垃圾倉內(nèi)，用于抽取垃圾倉內(nèi)空氣，并對垃圾倉形成負(fù)壓，以避免垃圾倉臭氣外泄。該電廠2臺焚燒爐一次風(fēng)抽取垃圾倉空氣，單臺爐一次風(fēng)量MCR工況達到了44 590 m3/h。如果在垃圾倉內(nèi)設(shè)置采暖設(shè)施，將空氣溫度加熱到適宜垃圾脫水的溫度，其能量消耗巨大。因此，冬季應(yīng)采用對垃圾直接加熱的方法，使用蒸汽疏水、鍋爐排污水等作為熱源，也可以使用低溫、低壓蒸汽。該電廠使用除氧器加熱蒸汽，通入垃圾倉內(nèi)對垃圾直接進行加熱，有利于垃圾的發(fā)酵并排出水分。在使用中，通入蒸汽的時間和量需要嚴(yán)格控制。

2.2.3增加垃圾倒料次數(shù)

垃圾負(fù)載壓力對垃圾排水影響較大，而且負(fù)載壓力存在最優(yōu)值。在負(fù)載壓力較低時，堆酵的水分去處量隨著壓力的增大而增加，但超過一定值后，再增大壓力反而不利于水分去除，在實驗室條件中負(fù)載最優(yōu)值為8～12 kPa［5］。壓力增加，機械擠壓作用增強，使得生活垃圾顆粒結(jié)構(gòu)破壞率上升，顆粒體內(nèi)水分轉(zhuǎn)化為自由水分，水分出去量趨于增加；但是，壓力增加同樣使堆體壓實度增加，孔隙率減少，增加水分的流出阻力。

在實際運行中，為了增加垃圾在垃圾倉內(nèi)的堆酵時間，充分利用垃圾倉有效容積，垃圾倉內(nèi)堆存的垃圾往往達到10 m以上，如該電廠從卸車平臺到垃圾倉底部的高差達到了14 m，因此負(fù)載壓力遠(yuǎn)大于最優(yōu)。為了提高水分排出率，一次堆高后應(yīng)在2～3 d內(nèi)對垃圾進行倒垛，排出更多自由水分。同時垃圾堆存中也存在水分分層的情況，即在標(biāo)高較低處沒有水，但在高處可能存水，增加倒料利于這部分水分自由流向滲瀝液收集池。

2.3添加高熱值燃料

焚燒爐運行過程中，熱值降低會引起全廠熱效率的降低。研究表明，隨著熱值由7 524 kJ/kg降低到3 344 kJ/kg，鍋爐效率由73.19%降至58.62%，機組效率由26.56%降至21.27%［6］。當(dāng)入爐垃圾熱值較低時，為了維持爐內(nèi)溫度，確保環(huán)保達標(biāo)，還需要向爐內(nèi)噴油助燃。因此，在冬季垃圾熱值較低時，適當(dāng)添加一部分高熱值生物質(zhì)燃料對提升燃燒狀況以及增加發(fā)電量具有積極意義。另外在添加生物質(zhì)燃料時應(yīng)選擇適合爐排爐燃燒特點的生物質(zhì)燃料，因為生物質(zhì)添加會增加生產(chǎn)成本，所以添加比例還要經(jīng)過試驗及技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。

3　該垃圾焚燒電廠試驗效果

該電廠投入運營后，在12月份時噸垃圾發(fā)電量由平均282 kWh/t下降到246 kWh/t。1月份加強了垃圾倉的管理，并對入爐垃圾進行了摻燒部分生物質(zhì)燃料。添加生物質(zhì)質(zhì)量占入爐垃圾量的2.2%， 1月噸發(fā)電量提高到260 kWh/t。通過對1月份和12月份的數(shù)據(jù)分析，入爐垃圾熱值由5 225 kJ/kg提高到5 386 kJ/kg，提高了3.08%，噸發(fā)電量提高了14 kWh，全廠熱效率由16.95%提至17.38%，提高了0.43%。

參考文獻：

［1］ 林昌梅.生活垃圾焚燒廠噸垃圾發(fā)電量的研究分析［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2010，18（5）：7-8.

［2］ 阿世孺，張洪波.提高垃圾焚燒電廠熱能利用效率的幾個途徑［J］.安全與環(huán)境學(xué)報，2004，4（S1）：38-40.

［3］ 李愛民，李東風(fēng)，徐曉霞.城市垃圾預(yù)處理改善焚燒特性的探討［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2008，2（6）:830-834.

［4］ 商平，李芳然，郝永俊，等.城市垃圾焚燒前脫酵脫水研究進展［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2012，20（1）:5-8.

［5］ 何品晶，郁醇，張春燕，等.垃圾堆酵過程水分去除及焚燒污染衍生潛力［J］.同濟大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，39（8）：1173-1176.

［6］ 李清海，張衍園，陳勇，等.垃圾焚燒發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的特點及優(yōu)化［J］.熱力發(fā)電，2005，34（9）：66-68.

中圖分類號：X32

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1005-8206（2016）02-0061-03

作者簡介：孔昭?。?981—），高級工程師，主要從事垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計和運營管理。

收稿日期：2015-07-22

Measures to Improve Combustion Conditions of Waste Incineration Power Plant in Winter

Kong Zhaojian，Zhang Yinghua，Liu Haiwei
（China Enfi Engineering Corporation，Beijing100038）

【Abstract】Taking a waste incineration power plant for example，thispaper discussed the measuresto increase the heating value ofwaste and improve the thermal efficiency ofthe whole plant.By strengthening incoming waste management in winter，extending waste fermentation time，increasing the number of pouring，and adding certain biomass fuels into the furnace，the heating value of waste increased significantly.Incinerator combustion conditions improved，and thermal efficiency and tons ofwaste power generation capacity also grew.

【Key words】waste incineration；heating value ofwaste；waste power generation capacity per ton；thermal efficiency