薛淑香

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

隨著人們生活水平的提高，生活垃圾產(chǎn)生量逐年增多。垃圾堆放時(shí)間太長，會(huì)對環(huán)境資源產(chǎn)生破壞性影響。最初生活垃圾的處理采用掩埋、堆放等方式，隨著環(huán)衛(wèi)設(shè)施系統(tǒng)的升級，逐漸采用衛(wèi)生填埋、高溫堆肥、焚燒等方法。焚燒處理的方式使垃圾處理實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、資源化，也成為寒冷地區(qū)垃圾處理采用的主要方法。

寒冷地區(qū)氣候具有地方特色，冬季較長，溫度較低。以黑龍江省某市為例，年均溫為3.2 ℃，1月均溫-25.7 ℃，7月均溫為22.8 ℃，歷史上最高氣溫發(fā)生在1980年6月26日，為33.68 ℃，最低氣溫發(fā)生在1956年1月8日，低至-39.5 ℃。因冬季溫度的影響，寒冷地區(qū)生活垃圾易凍結(jié)且不易散開。冰凍成團(tuán)的垃圾水分被鎖住，含水率較高。以黑龍江某市垃圾為例，原生垃圾含水率為58.67%，15 ℃時(shí)垃圾熱值為5 107 kJ/kg，可以推算出-25.7 ℃時(shí)垃圾熱值為4 842 kJ/kg。垃圾熱值低不僅影響垃圾在焚燒爐內(nèi)燃燒狀態(tài)，同時(shí)增加爐渣熱灼減率[1]。

針對寒冷地區(qū)冬季垃圾冰凍成團(tuán)、垃圾熱值偏低的特點(diǎn)，為更好保障冬季垃圾燃燒，本文從促進(jìn)垃圾發(fā)酵措施、垃圾預(yù)處理措施等方面進(jìn)行總結(jié)，并以實(shí)際工程實(shí)例介紹寒冷地區(qū)生活垃圾焚燒設(shè)計(jì)。

1 促進(jìn)生活垃圾發(fā)酵措施

寒冷地區(qū)冬季寒冷，室外環(huán)境溫度低，生活垃圾長時(shí)間放置在室外，其中的水分結(jié)冰粘結(jié)成團(tuán)，在收集運(yùn)輸過程中一直是冰凍的狀態(tài)?？紤]到垃圾池內(nèi)防腐及垃圾吊碰撞等影響，垃圾池內(nèi)不建議敷設(shè)采暖管道，因此冰凍生活垃圾運(yùn)至焚燒廠垃圾池后，如果僅靠垃圾卸料平臺(tái)上的5 ℃采暖設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行熱交換，解凍時(shí)間長且無法達(dá)到垃圾發(fā)酵溫度15 ℃[2]，故需要采取一定的措施。為了促進(jìn)生活垃圾發(fā)酵，可采取進(jìn)倉前加熱及進(jìn)倉后提高環(huán)境溫度、增加垃圾儲(chǔ)存時(shí)間等措施。

1.1 冰凍垃圾的進(jìn)倉前加熱

冰凍垃圾卸料時(shí)可采取利用熱廢水加熱垃圾或利用加熱后的滲瀝液伴熱措施。

1.1.1 利用熱廢水加熱垃圾

熱廢水主要來源于余熱鍋爐汽包連續(xù)排污的廢水。連續(xù)排污是為維持額定的鍋水含鹽量，通常在汽包含鹽量最大的部位連續(xù)放出鍋水。正常情況下，鍋爐汽包連續(xù)排放的污水進(jìn)入連排擴(kuò)容器，冬季則通過閥門切換進(jìn)入垃圾池內(nèi)，同時(shí)閃蒸汽也可以作為熱源對垃圾加熱。采用汽包連續(xù)排污水加熱垃圾，工質(zhì)直接換熱，熱效率更高，同時(shí)不會(huì)造成更高品質(zhì)的熱水或蒸汽的浪費(fèi)，是一種在經(jīng)濟(jì)上更具優(yōu)勢的方案[3]。

1.1.2 利用加熱后的滲瀝液加熱垃圾

生活垃圾滲瀝液含有多種微生物，在一定的溫度條件下可以促進(jìn)垃圾發(fā)酵，故在嚴(yán)寒地區(qū)可考慮增設(shè)滲瀝液循環(huán)加熱裝置。將垃圾池側(cè)滲瀝液收集池內(nèi)的滲瀝液通過收集箱中通入汽輪機(jī)二抽抽汽進(jìn)行加熱，在卸料口處用噴槍噴入加熱后的滲瀝液，及時(shí)加熱冰凍垃圾。這種方式具有換熱效率高，同時(shí)減少滲瀝液處理流程，對解凍垃圾有一定的效果。

1.2 進(jìn)倉后提高環(huán)境溫度及增加垃圾儲(chǔ)存時(shí)間

寒冷地區(qū)的冬季垃圾卸料平臺(tái)取暖設(shè)計(jì)溫度為5 ℃，室外環(huán)境溫度可達(dá)到-15 ℃以下。為了保證垃圾池負(fù)壓，垃圾焚燒廠的一次風(fēng)從垃圾池吸風(fēng)，由于室外環(huán)境溫度較低，必然導(dǎo)致較低溫度的冷風(fēng)吸入垃圾卸料平臺(tái)和垃圾池，這不僅破壞了垃圾卸料平臺(tái)的取暖平衡，而且降低了垃圾池上部環(huán)境溫度，影響垃圾發(fā)酵。為了促進(jìn)垃圾發(fā)酵，需要提高垃圾池上方環(huán)境溫度、增加垃圾池容量。

1.2.1 提高垃圾池上方環(huán)境溫度

垃圾池內(nèi)儲(chǔ)存的垃圾是焚燒廠主要惡臭污染源之一。防止惡臭的對策是抽取垃圾池內(nèi)的氣體作為焚燒爐助燃空氣，使惡臭物質(zhì)在高溫條件下分解，同時(shí)保持垃圾池內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)。以黑龍江某市生活垃圾焚燒廠為例，為保證垃圾池負(fù)壓及焚燒爐穩(wěn)定燃燒，一次風(fēng)風(fēng)量需要86 000 Nm3/h，除去濕解處理車間30 000 Nm3/h溫度為140 ℃的臭氣，其余56 000 Nm3/h的風(fēng)量均從外界環(huán)境取風(fēng)。黑龍江某市1月均溫低至-25.7 ℃。通常一次風(fēng)取風(fēng)的路徑是外部環(huán)境風(fēng)經(jīng)過垃圾卸料平臺(tái)、垃圾卸料門、垃圾池然后進(jìn)入焚燒爐。由于卸料平臺(tái)的采暖設(shè)計(jì)溫度為5 ℃，風(fēng)量為56 000 Nm3/h、溫度為-25.7 ℃的冷空氣的流入，使得垃圾卸料平臺(tái)及垃圾池內(nèi)的環(huán)境溫度降低，影響室內(nèi)取暖，導(dǎo)致冰凍垃圾無法融化、發(fā)酵，故改變一次風(fēng)的取風(fēng)路徑很有必要。

以黑龍江省某市生活垃圾焚燒廠為例，將一次風(fēng)蒸汽空氣預(yù)熱器分為兩組，一組放置在卸車平臺(tái)上，另一組放置在焚燒廠房。放置在卸車平臺(tái)上的蒸汽空氣預(yù)熱器的作用是提前將一次風(fēng)加熱到5 ℃，然后通過管道將暖風(fēng)送到卸車平臺(tái)，再送入垃圾池內(nèi)。同時(shí)一次風(fēng)機(jī)從垃圾池內(nèi)抽取加熱到5 ℃的氣體送入位于另一組焚燒廠房內(nèi)的一次風(fēng)蒸汽空氣預(yù)熱器，氣體加熱到220 ℃后送入焚燒爐助燃。修改后的取風(fēng)路徑不僅維持了卸料平臺(tái)取暖的平衡，同時(shí)也提高了垃圾池上方的環(huán)境溫度，對于垃圾的發(fā)酵有良好的促進(jìn)作用。

1.2.2 增加垃圾池容量

生活垃圾比較復(fù)雜，是多種生活廢棄物的混合物，其含水率有季節(jié)波動(dòng)性。在南方雨季及瓜果蔬菜類較多的地區(qū)，7～8月份垃圾的含水率偏高，冬季含水率偏低。但寒冷地區(qū)的冬季較長，冰雪量大，故寒冷地區(qū)冬季冰雪天氣的垃圾含水率也較高。在收集垃圾進(jìn)入垃圾池儲(chǔ)存過程中，會(huì)進(jìn)行倒料、存儲(chǔ)發(fā)酵5～7 d。在常溫下，垃圾會(huì)發(fā)酵，經(jīng)過一系列擠壓及生化反應(yīng)，析出外在水分和內(nèi)在水分，析出水分量約15%，從而降低垃圾含水率，提高垃圾入爐熱值。而寒冷地區(qū)冬季垃圾由于需要解凍吸熱，常規(guī)5～7 d的垃圾池有效容積偏小，增加垃圾池容量很有必要。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，減少垃圾卸料門的數(shù)量，用于存儲(chǔ)垃圾，能有效增加垃圾池的存儲(chǔ)容積。

2 垃圾預(yù)處理措施

為了加強(qiáng)換熱，達(dá)到垃圾發(fā)酵溫度，除了上述措施外，設(shè)計(jì)中還可考慮加入預(yù)處理措施，使冰凍垃圾破碎，粒徑變小，促進(jìn)冰凍垃圾在短時(shí)間內(nèi)解凍融化，降低垃圾中的含水率，從而提高垃圾熱值，保證焚燒爐穩(wěn)定運(yùn)行。垃圾預(yù)處理措施包括增設(shè)垃圾破碎預(yù)處理系統(tǒng)及增設(shè)垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)。

2.1 增設(shè)垃圾破碎預(yù)處理系統(tǒng)

垃圾破碎預(yù)處理系統(tǒng)包括垃圾吊給料系統(tǒng)、垃圾輸送系統(tǒng)、液壓破碎系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)等。經(jīng)過皮帶或鏈板輸送至液壓破碎機(jī)后，冰凍垃圾被破碎，垃圾粒徑得到均化。最初，為保證流化狀態(tài)，流化床垃圾焚燒爐需加設(shè)預(yù)處理系統(tǒng)，而爐排爐為層狀燃燒，不需要加設(shè)預(yù)處理系統(tǒng)。但在寒冷地區(qū)，為促使冰凍垃圾盡快融化，考慮將此破碎預(yù)處理系統(tǒng)引入爐排爐。冰凍垃圾被破碎機(jī)破碎后，粒徑一般保持在200～250 mm，再通過在垃圾池堆放過程中勤倒料，增加重力擠壓等，使垃圾中的水分盡可能多析出，從而維持冬季爐排爐的穩(wěn)定燃燒。

黑龍江某市生活垃圾焚燒廠設(shè)置2條600 t/d的爐排爐焚燒線。未設(shè)破碎預(yù)處理系統(tǒng)之前，冬季需要添加輔助燃料才能達(dá)到煙氣在爐膛二次燃燒室不低于850 ℃的條件下滯留時(shí)間不小于2 s的要求，否則焚燒垃圾污染物達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。增設(shè)2臺(tái)液壓破碎機(jī)后，垃圾粒徑為200～250 mm。經(jīng)過均化后，垃圾擠壓及融化速度加快，存放一段時(shí)間后滲瀝液析出量達(dá)到垃圾總量的8%(未均化前，滲瀝液析出量約近乎為零)，垃圾熱值得到了提高，可以在不添加輔助燃料的情況下保證穩(wěn)定燃燒。

2.2 增設(shè)垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)

垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)是一種對垃圾直接加熱的預(yù)處理系統(tǒng)，包括垃圾吊給料系統(tǒng)、濕解罐濕解預(yù)處理系統(tǒng)、液壓推料機(jī)系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)等。垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程圖

濕解預(yù)處理系統(tǒng)的機(jī)理是利用具有一定壓力的蒸汽，將垃圾在濕解密封罐中進(jìn)行穩(wěn)壓降解。它由濕解罐、進(jìn)料快開門、排料閥、進(jìn)汽閥、排汽閥、物位計(jì)及壓力表組成。其中，濕解罐為核心系統(tǒng)。

原始未進(jìn)行任何處理的生活垃圾通過垃圾吊給料系統(tǒng)抓至濕解罐的料斗中，料斗設(shè)有自動(dòng)計(jì)量裝置和料位計(jì)，上到一定量后，封閉濕解罐，開始向濕解罐通入0.8 MPa的飽和蒸汽，在蒸汽及催化劑共同作用下，進(jìn)行90～120 min的高溫濕解。在此過程中完成對易腐有機(jī)垃圾(廚余、紙、草、樹葉)的降解、殺菌、脫水、減容等，使易降解的成分轉(zhuǎn)化為粉末、纖維、顆粒狀的穩(wěn)定腐殖質(zhì)，而難降解有機(jī)物(竹木、纖維織物、塑料、橡膠)和無機(jī)物不發(fā)生反應(yīng)，垃圾中的結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水。經(jīng)高溫濕解后進(jìn)行帶壓排放，排放降壓過程對物料具有輸送、閃蒸干燥、膨化、混合、粉碎、分離的作用。噴放出的物料通過濕解罐底部的液壓推料機(jī)系統(tǒng)送至緩沖垃圾池。

經(jīng)過該系統(tǒng)處理后，垃圾被打散，粒徑被均化，水分含量降低，垃圾熱值也顯著提高。根據(jù)試驗(yàn)研究[4]，濕解后，生活垃圾含水率由53.81%降至35%以下，垃圾熱值可提高約3 000 kJ/kg；且排放過程中，通過瞬間帶壓排料，垃圾個(gè)體組織因承受不住壓力瞬間變化所形成的膨化沖擊波而瞬間被破碎，垃圾粒徑得到均化。均化后的垃圾燃燒更容易。

鑒于寒冷地區(qū)冬季生活垃圾易凍結(jié)，幾乎無滲瀝液析出，導(dǎo)致垃圾熱值較低，從而影響爐膛穩(wěn)定燃燒，在寒冷地區(qū)生活垃圾焚燒廠引入垃圾濕解預(yù)處理工藝，將垃圾濕解預(yù)處理工藝與垃圾焚燒工藝相結(jié)合，利用濕解后的高熱值垃圾與未濕解垃圾進(jìn)行混合發(fā)酵。混合發(fā)酵后，入爐垃圾熱值可達(dá)到爐膛設(shè)計(jì)熱值，焚燒爐內(nèi)不需要再添加任何輔助燃料就可以穩(wěn)定運(yùn)行。垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)與焚燒廠配套建設(shè)，既可以有效利用焚燒廠的蒸汽資源，又可以提高焚燒入爐垃圾熱值，降低污染物排放[4]，同時(shí)還可以利用焚燒廠的垃圾給料系統(tǒng)、垃圾池儲(chǔ)料系統(tǒng)、滲瀝液收集系統(tǒng)、垃圾池除臭系統(tǒng)等。

3 工程案例

以黑龍江省某市垃圾焚燒廠為例，設(shè)計(jì)規(guī)模2臺(tái)400 t/d爐排爐，增設(shè)了卸車平臺(tái)蒸汽加熱系統(tǒng)及垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)。其中，垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)與焚燒廠給料系統(tǒng)共用，需要的0.8 MPa飽和蒸汽為焚燒廠汽輪機(jī)一抽減壓后的抽汽，濕解系統(tǒng)降壓產(chǎn)生的臭氣經(jīng)過處理后進(jìn)入垃圾池，同時(shí)垃圾池閃蒸汽被一次風(fēng)機(jī)吸入焚燒爐中進(jìn)行燃燒。

為保證焚燒爐冬季穩(wěn)定運(yùn)行，開啟了卸車平臺(tái)蒸汽加熱系統(tǒng)及垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)取風(fēng)經(jīng)過卸車平臺(tái)蒸汽加熱系統(tǒng)后，卸料平臺(tái)溫度仍可以達(dá)到5 ℃以上，保證了卸料平臺(tái)的取暖平衡，同時(shí)經(jīng)過垃圾池的一次風(fēng)溫度也在5 ℃以上，改善了垃圾上方的環(huán)境溫度。冰凍垃圾經(jīng)過濕解預(yù)處理系統(tǒng)處理后，被溶解打散，垃圾溫度升高到65 ℃以上，析出約17%的滲瀝液，相對于未經(jīng)過濕解預(yù)處理的垃圾，滲瀝液析出明顯增多。

垃圾濕解預(yù)處理系統(tǒng)處理量為垃圾總處理規(guī)模的50%，與未經(jīng)過濕解預(yù)處理的垃圾進(jìn)行混合發(fā)酵，其熱值達(dá)到爐膛設(shè)計(jì)熱值，蒸發(fā)量可以滿負(fù)荷發(fā)出。

4 結(jié)束語

寒冷地區(qū)冬季環(huán)境溫度較低，生活垃圾中的水分易凍結(jié)，垃圾熱值低于5 000 kJ/kg，如果不投入輔助燃燒器，很難保證煙氣在二次燃燒室溫度850 ℃下滯留2 s，同時(shí)爐渣熱灼減率很難控制在5%以內(nèi)，需要采取措施去除冰凍垃圾水分，從而提高垃圾熱值。采取提高垃圾池上方環(huán)境溫度及增加濕解預(yù)處理系統(tǒng)措施后，不僅能保證垃圾卸料平臺(tái)采暖系統(tǒng)的平衡，同時(shí)也能快速解凍垃圾，提高垃圾熱值，保證冬季極寒情況下的穩(wěn)定燃燒。

此外，鑒于寒冷地區(qū)冰凍垃圾處理復(fù)雜，破解冰凍垃圾消耗能量較多，建議增加垃圾收運(yùn)系統(tǒng)防凍結(jié)措施，通過縮短室外垃圾存放時(shí)間，在中轉(zhuǎn)站內(nèi)增設(shè)取暖設(shè)備，同時(shí)盡快將垃圾運(yùn)出等措施，避免垃圾凍結(jié)。