張軻囝，王高尚，孟 亮

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703）

0 引言

中國(guó)垃圾焚燒發(fā)電應(yīng)用始于1985 年的深圳［1］，并在21 世紀(jì)后得到快速發(fā)展。2019 年4 月底處置規(guī)模達(dá)到36.36 萬(wàn)t／d（即1.33 億t／a），平均單廠處理規(guī)模也不斷上升，從2003 年的319 t／d發(fā)展到2018 年的1 101 t／d［2］。同時(shí)，單廠單臺(tái)爐排最大規(guī)模不斷提高，某項(xiàng)目單臺(tái)爐處理規(guī)模達(dá)1 000 t／d。在處理規(guī)模日漸上升及“運(yùn)行為王”的時(shí)代下，對(duì)大爐型生活垃圾焚燒爐的燃燒控制方法進(jìn)行探討顯得尤為重要，現(xiàn)有燃燒控制方法多為適用于調(diào)整500 t／d的生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐，無(wú)法滿足對(duì)當(dāng)下大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐（750 t／d及以上）運(yùn)行調(diào)整的指導(dǎo)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)三段式大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐的調(diào)整方式研究較少，對(duì)三段式大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐的燃燒工況調(diào)整起指導(dǎo)作用的文章也比較少。本文綜合多條單爐處理量750 t／d的三段式生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐生產(chǎn)線實(shí)際情況，從垃圾焚燒的基本工藝流程著手，得到影響燃燒工況的影響因素，并在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行分析，采取調(diào)整措施進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，總結(jié)出對(duì)應(yīng)影響因素下的調(diào)整方式，以此得到對(duì)三段式大爐型生活垃圾焚燒機(jī)械爐排爐運(yùn)行的關(guān)鍵把控點(diǎn)，有利于爐膛燃燒工況的持續(xù)穩(wěn)定，從而提高垃圾焚燒發(fā)電廠連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效益。

1 三段式機(jī)械生活垃圾焚燒爐的基本工藝流程

生活垃圾經(jīng)統(tǒng)一運(yùn)送、稱重進(jìn)入垃圾倉(cāng)，經(jīng)過(guò)發(fā)酵，由垃圾抓斗投入進(jìn)料斗［3］，通過(guò)推料器均勻適量送至爐內(nèi)爐排燃燒。三段式機(jī)械焚燒爐爐排為三段，分為干燥段爐排、燃燒段爐排和燃燼段爐排，每段之間均設(shè)有1.2 m 左右高度的落差墻［4］，每段每列爐排下設(shè)有風(fēng)室，垃圾倉(cāng)抽出的空氣經(jīng)預(yù)熱系統(tǒng)加熱［5］，作為一次風(fēng)由此處送入爐內(nèi)助燃及提供燃燒所需的氧量。通過(guò)調(diào)整各段爐排速度及一次風(fēng)風(fēng)量，完成進(jìn)爐垃圾的干燥、燃燒及燃燼3 個(gè)過(guò)程。三段式機(jī)械焚燒爐的三段式設(shè)計(jì)、每段之間的落差墻及爐排塊的大風(fēng)孔，使得垃圾在爐排上能夠更好地破碎，被風(fēng)穿透得到充分燃燒，最終燃燼段燃燼的垃圾經(jīng)落渣斗由出渣機(jī)推入渣坑。

2 影響燃燒工況的因素及調(diào)整方式

從焚燒的基本工藝流程上看，影響燃燒工況的因素有垃圾發(fā)酵情況，抓料、投料方式，推料器的運(yùn)行方式，爐排速度（即垃圾在爐內(nèi)的停留時(shí)間）的設(shè)定，一次風(fēng)系統(tǒng)及爐膛的負(fù)壓控制。

2.1 垃圾發(fā)酵情況的影響及調(diào)整

三段式機(jī)械焚燒爐不需要對(duì)生活垃圾進(jìn)行預(yù)處理（篩選、破碎等），因生活垃圾含水量大，若直接入爐會(huì)吸收爐膛內(nèi)大量熱量，造成爐膛溫度下降。

在入爐前，新運(yùn)輸至垃圾倉(cāng)的生活垃圾需經(jīng)7～10 天發(fā)酵［6］（可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r及季節(jié)做相應(yīng)調(diào)整）。相應(yīng)地做好垃圾倉(cāng)的管理工作，主要措施為對(duì)垃圾倉(cāng)進(jìn)行分區(qū)，可分為新料區(qū)、發(fā)酵區(qū)、投料區(qū)3 個(gè)區(qū)，并進(jìn)行來(lái)回輪轉(zhuǎn)。每日需定期將每區(qū)之間以挖出排水溝的方式劃出明顯的界線，垃圾倉(cāng)門前也需清理出水篦子，保證好滲濾液的排出，入爐垃圾的品質(zhì)得到保障，對(duì)燃燒工況的不利影響可大幅降低。

2.2 抓料、投料方式的影響及調(diào)整

抓料、投料是整個(gè)焚燒工藝流程的開(kāi)始，垃圾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間堆積、發(fā)酵，在首次抓取時(shí)比較夯實(shí)，若不進(jìn)行多次拋撒、松散［7］，入爐后包裹在內(nèi)部的垃圾無(wú)法短時(shí)間內(nèi)烘干及被穿透；在投料過(guò)程中，單側(cè)的投入會(huì)造成爐內(nèi)垃圾給料不均，導(dǎo)致在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏料、鼓包現(xiàn)象，影響爐膛溫度、燃燒工況及火焰監(jiān)視器呈現(xiàn)的實(shí)際燃燒畫面的美感。抓料、投料不當(dāng)，更嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致進(jìn)料斗架橋造成緊急停爐。

在抓料時(shí)，需將斗內(nèi)垃圾進(jìn)行2～3 次拋撒，讓夯實(shí)的垃圾在入爐前變得松散。投料過(guò)程中，要從左到右投下并使垃圾沿料斗斜坡滑入落料井，以此投入的垃圾經(jīng)重力及推料器作用，緩慢均勻地送入爐內(nèi)，有效避免了因給料不均及垃圾密實(shí)無(wú)法被風(fēng)穿透而造成的爐內(nèi)偏料及鼓包現(xiàn)象。

2.3 推料器的運(yùn)行方式

垃圾進(jìn)入落料井后由推料器送到爐排，750 t／d 的三段式機(jī)械焚燒爐配備3 臺(tái)推料器，推料器的控制方式對(duì)焚燒爐的鋪料、料層厚度都存在較大的影響，為保證3 臺(tái)推料器送入爐膛的料分布均勻且足夠（即適當(dāng)?shù)睦蠈雍穸龋?，采用?fù)合控制方式［8］可大幅提升大爐排下多臺(tái)推料器推料的均勻性，從而保證爐排料層厚度，達(dá)到燃燒工況的穩(wěn)定。

2.4 爐排速度的影響及調(diào)整

為保證垃圾的充分燃燒，滿足《GB18485－2014 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》爐渣熱灼減率小于或等于3%的要求，通過(guò)控制各段爐排速度，讓垃圾在爐內(nèi)有充足的停留時(shí)間（1.5～2 h）。新入爐垃圾在干燥段停留期間，通過(guò)吸收爐膛內(nèi)部輻射熱達(dá)到烘干效果。三段式機(jī)械焚燒爐燃燒Ⅰ段為著火區(qū)，燃燒Ⅱ、Ⅲ段為主燃區(qū)，燃燼Ⅰ段基本燃燼，在爐排速度設(shè)定及調(diào)整過(guò)程中，為達(dá)到穩(wěn)定負(fù)荷及穩(wěn)定工況的運(yùn)行目的，要盡量滿足垃圾焚燒的過(guò)程是在對(duì)應(yīng)區(qū)域完成。

在不考慮一次風(fēng)的影響下，各段爐排速度設(shè)置不恰當(dāng)，會(huì)影響火床位置及燃燒工況［9］。三段式機(jī)械焚燒爐爐排一個(gè)往復(fù)周期為25 s。以下列舉幾種由于爐排速度設(shè)定不恰當(dāng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及對(duì)燃燒工況的影響（下列所述前后左右以垃圾在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榍埃?/p>

（1）干燥段、燃燒段、燃燼段速度太快（長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置25 s）。這種情況下，入爐垃圾在干燥段不能得到充分干燥，導(dǎo)致在燃燒Ⅰ段無(wú)法正常著火，在燃燒Ⅱ段著火時(shí)主燃區(qū)只有燃燒Ⅲ段，造成火床位置偏短，爐排速度太快，也會(huì)導(dǎo)致料層薄?；鸫参恢闷碳叭霠t處理量不足會(huì)造成爐膛溫度、鍋爐負(fù)荷無(wú)法保證，若此段時(shí)間入爐垃圾品質(zhì)不好，極易導(dǎo)致工況急劇下降。

（2）干燥段、燃燒段、燃燼段偏慢（長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置160 s 以上），入爐垃圾干燥充分后，著火點(diǎn)后移，干燥段垃圾開(kāi)始著火，導(dǎo)致主燃區(qū)前移至燃燒Ⅰ段、Ⅱ段，火床位置后移，垃圾在燃燒Ⅲ段已經(jīng)燃盡。火床長(zhǎng)時(shí)間在燃燒Ⅰ段、Ⅱ段運(yùn)行，推料器及落料井區(qū)域溫度會(huì)高于正常情況，對(duì)推料器設(shè)備造成影響，同時(shí)容易導(dǎo)致落料井內(nèi)垃圾受熱成團(tuán)，造成垃圾架橋，對(duì)鍋爐負(fù)荷及燃燒工況造成影響。

（3）各段設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間相差較大（差值在50 s 左右），比如干燥段120 s、燃燒段70 s、燃燼段120 s，燃燒段速度與干燥段相差較大，燃燒段的補(bǔ)料不夠充足會(huì)造成斷料，火床長(zhǎng)度縮短，同時(shí)垃圾無(wú)法在燃燒段充分燃燒，火床位置移至燃燼段，燃燼段長(zhǎng)時(shí)間大面積著火對(duì)余熱爐后拱澆注料造成影響。

（4）爐排速度的正確配置，要根據(jù)當(dāng)?shù)乩闆r，摸索一套適合本項(xiàng)目的時(shí)間配比。在調(diào)整過(guò)程中，要做到同步調(diào)整，即改變推料器給料量時(shí)，需相應(yīng)調(diào)整干燥段爐排，保證垃圾在干燥段有充分的干燥時(shí)間，同時(shí)燃燒段爐排時(shí)間配比不宜長(zhǎng)時(shí)間與干燥段相差較大（50 s 以上），保證主燃區(qū)火床長(zhǎng)度，一般情況下燃燼段爐排可長(zhǎng)時(shí)間保持在120～150 s。若出現(xiàn)燃燒段Ⅲ段有大量垃圾未燒透，需相應(yīng)調(diào)整燃燼Ⅰ段爐排速度，保證垃圾燃燼，爐渣符合國(guó)標(biāo)要求。

2.5 一次風(fēng)系統(tǒng)的影響及調(diào)整

一次風(fēng)系統(tǒng)包括一次風(fēng)總風(fēng)量、一次風(fēng)空預(yù)器、各風(fēng)室進(jìn)風(fēng)風(fēng)量（各擋板及執(zhí)行機(jī)構(gòu)）等。一次風(fēng)在焚燒中起到輔助燃燒及提供燃燒所需氧量的作用，同時(shí)足夠的一次風(fēng)還可以吹透垃圾。

（1）垃圾熱值較為穩(wěn)定及一次風(fēng)風(fēng)溫滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，在一次風(fēng)總風(fēng)量不足的情況下，對(duì)鍋爐負(fù)荷影響較大，對(duì)垃圾沒(méi)有穿透力［10］。圖1 所示為調(diào)取了浙江某750 t／d 垃圾焚燒項(xiàng)目5～8 月一次風(fēng)風(fēng)溫、一次風(fēng)總風(fēng)量及鍋爐負(fù)荷數(shù)據(jù)形成的折線圖，隨著一次風(fēng)總風(fēng)量的升高，鍋爐負(fù)荷有了較為明顯的提升（項(xiàng)目設(shè)計(jì)風(fēng)量為127 689 Nm3／h）。一次風(fēng)總風(fēng)量大小也影響著對(duì)爐內(nèi)垃圾的穿透效果，在相同給料情況下，一次風(fēng)風(fēng)量偏小，爐內(nèi)實(shí)際料層會(huì)偏厚，火焰無(wú)法穿透垃圾，爐內(nèi)會(huì)出現(xiàn)鼓包，垃圾無(wú)法在燃燒Ⅱ、Ⅲ段完成燃燒過(guò)程，火床位置前移，導(dǎo)致可能會(huì)出現(xiàn)垃圾未燒透出生料的情況。

圖1 一次風(fēng)量與鍋爐蒸發(fā)量的關(guān)系Fig.1 Relationship between primary air volume and boiler evaporation

（2）一次風(fēng)溫對(duì)燃燒工況的影響［11］。在一次風(fēng)總風(fēng)量正常，一次風(fēng)溫未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，垃圾熱值較高的情況下對(duì)燃燒工況造成的影響較小，垃圾熱值較低時(shí)，對(duì)爐膛溫度影響較明顯，爐內(nèi)著火情況也會(huì)較差。一次空氣加熱溫度與垃圾熱值參考如表1 所示。

表1 一次空氣加熱溫度與垃圾低位熱值參考Tab.1 Reference of primary air heating temperature and low calorific value of garbage

（3）火床位置不僅受爐排速度影響，各段爐排下部風(fēng)室的配風(fēng)對(duì)火床位置的控制也至關(guān)重要。各風(fēng)室的配風(fēng)也需要根據(jù)著火區(qū)在燃燒Ⅰ段，主燃區(qū)在燃燒Ⅱ、Ⅲ段，燃燼Ⅰ段基本燃燼的各區(qū)分布情況來(lái)進(jìn)行。

一般燃燒工況穩(wěn)定情況下，對(duì)各段爐排下風(fēng)室的配風(fēng)比例可按如下進(jìn)行：干燥段風(fēng)門開(kāi)度為20%～50%；燃燒Ⅰ段風(fēng)門開(kāi)度為50%～100%；燃燒Ⅱ段風(fēng)門開(kāi)度為50%～100%；燃燒Ⅲ段風(fēng)門開(kāi)度為40%～100%；燃燼Ⅰ段風(fēng)門開(kāi)度為10%～30%；燃燼Ⅱ段風(fēng)門開(kāi)度為10%～15%。這樣可以達(dá)到把火床位置控制在燃燒Ⅱ、Ⅲ段的效果。項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中，具體開(kāi)度要隨著火床位置的變化進(jìn)行調(diào)整確定，同時(shí)要勤去現(xiàn)場(chǎng)看火，直觀了解爐內(nèi)垃圾著火情況［12］。根據(jù)看火情況，可對(duì)應(yīng)調(diào)整每一段各列的風(fēng)門開(kāi)度，避免配風(fēng)不準(zhǔn)造成的偏燒，以達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

2.6 爐膛負(fù)壓的影響及調(diào)整

爐膛負(fù)壓的變化反應(yīng)著爐膛內(nèi)燃燒情況的變化，在未改變一、二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)功率的情況下，可根據(jù)負(fù)壓的大幅變化情況作為爐膛內(nèi)燃燒情況的參照。同時(shí)爐膛負(fù)壓也作為影響因素，影響著燃燒的工況。較大的負(fù)壓會(huì)將大量煙氣快速地帶走，爐膛內(nèi)熱量損失加劇，影響爐膛的蓄熱及熱量交換，也會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞；較小的負(fù)壓或者正壓，首先影響鍋爐的安全運(yùn)行，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有大量的煙灰冒出，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及附近設(shè)備造成影響。正常運(yùn)行中，負(fù)壓保持在－30～－50 Pa較佳。

在系統(tǒng)上，主要影響負(fù)壓的為一、二次風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)功率的配比情況，各輔助系統(tǒng)對(duì)爐膛負(fù)壓情況也存在影響。出渣機(jī)水封對(duì)負(fù)壓影響較大，出渣機(jī)長(zhǎng)時(shí)間缺水運(yùn)行時(shí)，渣坑冷空氣會(huì)被大量抽送至爐內(nèi)，引起負(fù)壓變化，對(duì)燃燒工況造成影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

抓料、投料，推料器的運(yùn)行模式是為運(yùn)行提供正常的給料，是穩(wěn)定運(yùn)行的大前提，也是影響燃燒工況的重要因素。運(yùn)行中對(duì)燃燒工況進(jìn)行調(diào)整，需從爐排速度、一次風(fēng)的配比入手。尤其大爐型的三段式機(jī)械爐排爐，該爐型處理量大、蓄熱能力較強(qiáng)，在給料正常情況下，火床位置的控制是該爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)爐排速度的設(shè)定和各段一次風(fēng)量配比的調(diào)整，可以較快地改變火床位置，從而達(dá)到調(diào)整當(dāng)前燃燒工況的目的。

正常運(yùn)行中，因?yàn)槿紵c調(diào)整之間存在滯后性，為避免大幅調(diào)整帶來(lái)工況的急劇變化，需進(jìn)行微調(diào)來(lái)調(diào)整燃燒工況，即在燃燒工況較為穩(wěn)定、火床位置在主燃區(qū)時(shí)，不大幅改變一次風(fēng)總風(fēng)量，頻繁變動(dòng)各段爐排下風(fēng)室風(fēng)量的配比，根據(jù)爐膛溫度、含氧量變化情況，通過(guò)燃燼Ⅱ段風(fēng)量配比降低爐膛溫度和提供燃燒所需氧量（結(jié)合二次風(fēng)的配比）。不更換投料區(qū)時(shí)，推料器及各段爐排速度配比不進(jìn)行變動(dòng)，在更換投料區(qū)前，要及時(shí)掌握料區(qū)發(fā)酵信息，各段爐排速度放緩保持垃圾厚度，適當(dāng)延長(zhǎng)火床長(zhǎng)度，適當(dāng)提高爐膛溫度，積蓄熱量作為新料進(jìn)入后的溫度緩沖。