吳志達(dá) 石獅市鴻峰環(huán)保生物工程有限公司

垃圾焚燒發(fā)電充分體現(xiàn)了生活垃圾處理的“資源化、減量化、無(wú)害化”原則。目前，國(guó)內(nèi)外主要的垃圾焚燒技術(shù)為循環(huán)流化床、回轉(zhuǎn)窯、爐排爐、熱解氣化爐方式。其中，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐具有對(duì)生活垃圾適合范圍廣、燃燒性能良好、投資費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛應(yīng)用。但由于生活垃圾焚燒發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣中包含有CO、HCl、SO2、NOX、重金屬、二噁英、有機(jī)物等多種污染物，因此循環(huán)流化床焚燒爐雖然有點(diǎn)較多，可在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中卻存在空氣平衡難以控制、燃燒溫度波動(dòng)較大以及二次風(fēng)燃燒參與程度不高、爐膛正負(fù)壓波動(dòng)性明顯等問(wèn)題，易造成CO排放不穩(wěn)定對(duì)環(huán)境帶來(lái)污染。

1 CO的產(chǎn)生及排放影響因素

1.1 循環(huán)流化床垃圾焚燒爐工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1.1 循環(huán)流化床垃圾焚燒爐工作原理

循環(huán)流化床垃圾焚燒爐是利用爐內(nèi)流態(tài)化的熱載體進(jìn)行焚燒垃圾的一種技術(shù)。在焚燒爐內(nèi)有大量的床料（如石英砂等）作為熱載體，垃圾經(jīng)破碎后投入爐內(nèi)，與流態(tài)化的床料強(qiáng)烈混合，高溫床料使垃圾迅速充分受熱，水分很快蒸發(fā)，同時(shí)揮發(fā)分和固定碳燃燒。循環(huán)流化床垃圾焚燒爐，由爐膛和旋風(fēng)筒返料器組成，爐膛內(nèi)部又分為燃燒室、爐床（布風(fēng)板）、配風(fēng)室，在布風(fēng)板鋪上大量的石英砂，并在爐底鼓入200℃以上的熱風(fēng)，使熱砂沸騰起來(lái)，并具有較高的流化速度（3.0～7.0m/s），當(dāng)床料加熱到850℃以上時(shí)投入垃圾，此時(shí)床料熱容量高、導(dǎo)熱性好，整個(gè)焚燒爐處于均勻的高溫燃燒狀態(tài)，大量物料在焚燒爐反應(yīng)區(qū)燃燒，重顆粒下沉到爐膛與空氣繼續(xù)反應(yīng)，輕的顆粒隨煙氣出爐膛經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，大部分返回至流化床，小于旋風(fēng)分離尺寸的顆粒隨煙氣尾部煙道。

1.1.2 循環(huán)流化床垃圾焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)

①具有良好的傳質(zhì)、傳熱特性，對(duì)于垃圾適用范圍廣，特別適合我國(guó)水分高、熱值低的生活垃圾；②具有較好的燃燒性能，垃圾燃燒完全，爐渣熱灼減率低；③煙氣排放環(huán)保性能好，NOx、SO2和HCl的排放較低。

1.1.3 循環(huán)流化床焚燒爐的缺點(diǎn)

①需要加入輔助燃料，能耗較大；②要得到良好的流化狀態(tài)，對(duì)入爐焚燒的垃圾尺寸要求高，需配置預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)垃圾進(jìn)行破碎和篩選；③燃燒工況不易控制，運(yùn)行操作難度較大。

1.2 垃圾焚燒CO的生成機(jī)理

垃圾作為燃料時(shí)的燃燒反應(yīng)主要為垃圾中揮發(fā)分的釋放、燃燒和垃圾中固定碳的燃燒，而CO主要來(lái)源于這兩部分的反應(yīng)過(guò)程，有機(jī)化合物中C元素本應(yīng)該在正常氧環(huán)境下生成CO2， 但由于氧化氛圍和反應(yīng)時(shí)間不足等因素，燃燒不完全，大量轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物CO直接排放導(dǎo)致。

1.3 循環(huán)流化床CO超標(biāo)的原因分析

當(dāng)垃圾作為燃料時(shí)，由于我國(guó)生活垃圾熱值低、水分高的特點(diǎn)，垃圾投入焚燒爐后水分迅速揮發(fā)，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓力增大，造成冒正壓現(xiàn)象，爐內(nèi)煙氣流速瞬間增大，煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間不足，燃燒不充分，CO 濃度會(huì)急劇增大。

給料波動(dòng)造成實(shí)時(shí)所需氧量會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，是導(dǎo)致CO超標(biāo)的另一原因。給料超過(guò)設(shè)計(jì)值較多，會(huì)導(dǎo)致需氧量激增，故爐內(nèi)氧量會(huì)急速下降造成缺氧環(huán)境；給料低于設(shè)計(jì)值，則會(huì)導(dǎo)致垃圾焚燒爐膛平均溫度下降，燃燒不充分。

一二次風(fēng)分配不合理，無(wú)法保證足夠的氧氣供應(yīng)。隨著燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，在循環(huán)流化床爐膛中心區(qū)域存在著一個(gè)明顯的缺氧區(qū)域，如果二次風(fēng)布置不合理，將導(dǎo)致中心缺氧狀態(tài)，無(wú)法提供充足的氧氣來(lái)支持充分燃燒，也無(wú)法提供所需的停留時(shí)間。

爐膛內(nèi)反應(yīng)溫度過(guò)低，著火時(shí)間慢，燃料在爐內(nèi)燃盡時(shí)間長(zhǎng)，可燃性氣體在爐內(nèi)停留時(shí)間短；其次一氧化碳在650℃以上才能著火燃燒，床溫低勢(shì)必造成一氧化碳不能及時(shí)燃燒而排放量加大。

1.4 垃圾焚燒的CO生成影響因素分析

1.4.1 反應(yīng)溫度

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)理論，CO燃燒與反應(yīng)溫度成正相關(guān)，即溫度越高CO燃燒速率越高，燃燒完全所需時(shí)間會(huì)大大減少，燃燒剩余的CO濃度就越低。研究表明，在750～950℃區(qū)間內(nèi)，每升高25℃，CO燃燒速率常數(shù)增加約一倍，相對(duì)應(yīng)的燃燒時(shí)間約減少一半?？梢?jiàn)溫度對(duì)CO減排的效果是顯著的，保證合適的溫度可有效地使CO燃燒完全，降低CO排放濃度。

1.4.2 停留時(shí)間

生活垃圾在焚燒爐中燃燒反應(yīng)的停留時(shí)間包括燃燒室密相區(qū)熱解時(shí)間和稀相區(qū)燃盡時(shí)間之和。該時(shí)間與爐膛結(jié)構(gòu)、流化狀態(tài)以及生活的粒徑和密度相關(guān)，停留時(shí)間越長(zhǎng)，分解越徹底，則排放的CO濃度便越低；相反，停留時(shí)間不充分，化學(xué)反應(yīng)不完全，CO的排放量就會(huì)明顯增加，應(yīng)根據(jù)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》保證高溫?zé)煔庠跔t膛停留2s以上。

1.4.3 湍流混合程度

湍混程度指焚燒爐內(nèi)溫度處于均勻條件時(shí)，物料與空氣相互混合的速度。當(dāng)湍流度大或者混合程度均勻時(shí)，CO與氧充分接觸，燃燒比較完全。湍流混合在循環(huán)流化床鍋爐中主要體現(xiàn)在一二次風(fēng)。一次風(fēng)的作用首先為保持物料完成正常流化，其次給密相區(qū)提供部分氧氣，二次風(fēng)主要為物料燃燒提供充足的氧氣，主要作用于流化床稀相區(qū)，使氧氣送入爐膛中心，起攪動(dòng)作用，加強(qiáng)氣固兩相物料的充分混合，使燃料能完全燃燒。

1.4.4 過(guò)?？諝饬?/p>

過(guò)量空氣量直接影響垃圾燃燒時(shí)氧氣氛圍，充足的氧量是保證CO快速以及充分燃燒主要因素之一。由于生活垃圾主要可燃組分為揮發(fā)分且析出迅速，因此需保證向燃燒室內(nèi)送入過(guò)量空氣。同時(shí)，生活垃圾成分分布不一，為保證生活垃圾的燃燒充分即較低的CO排放濃度，焚燒爐運(yùn)行時(shí)保持較高的過(guò)量空氣系數(shù)非常必要。因?yàn)?，過(guò)?？諝饬刻邉t會(huì)吸收過(guò)多的熱量，導(dǎo)致絕熱燃燒溫度降低，導(dǎo)致?tīng)t膛溫度無(wú)法達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18485-2014)所規(guī)定的850℃，所以垃圾在焚燒時(shí)需要權(quán)衡考慮過(guò)量空氣系數(shù)，以保證整個(gè)燃燒過(guò)程的氧化反應(yīng)順利進(jìn)行。

控制CO排放關(guān)鍵在于提供良好的燃燒條件，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐燃燒溫度越高，停留時(shí)間越長(zhǎng)，湍流混合越充分的時(shí)候，合理范圍內(nèi)過(guò)量空氣越高，垃圾給料及特性越穩(wěn)定，燃燒就越充分，CO排放量就也越低。

2 CO排放系統(tǒng)改造措施與工程案例

選取福建省某垃圾發(fā)電廠2臺(tái)型號(hào)為TG-75/3.82-LJ- 550型 CFB 垃圾焚燒爐為研究對(duì)象，鍋爐為單鍋筒、單爐膛，自然循環(huán)，垃圾和煤混燒高溫分離異重流化床鍋爐，鍋爐外形尺寸（寬×深×高）為13.4m×22.3m×38.5m。鍋爐燃料采用煤和生活垃圾，兩者設(shè)計(jì)質(zhì)量比約為1: 4。該2臺(tái)CFB生活垃圾焚燒鍋爐于2008年投入運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在爐膛溫度偏低、爐膛正負(fù)壓波動(dòng)大、CO排放指標(biāo)不可控、不穩(wěn)定等問(wèn)題，焚燒發(fā)電的主要生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。根據(jù)“3T + E”原則，結(jié)合焚燒爐實(shí)際情況，采取措施對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，給予所需的反應(yīng)條件。

2.1 垃圾預(yù)處理改造

2.1.1 存在問(wèn)題

原垃圾前處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“料斗+輸送鏈板機(jī)+人工分選、磁選機(jī)+破碎機(jī)組合”工藝分選出大件、石塊、廢鐵等物質(zhì)后進(jìn)入成品垃圾庫(kù)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)全部采用國(guó)產(chǎn)早期設(shè)備，由于垃圾成分復(fù)雜，紡織物（長(zhǎng)布條）較多，采用人工分選效率低，破碎機(jī)破碎效果差，不能滿足均化提質(zhì)的要求。垃圾在爐前給料系統(tǒng)易產(chǎn)生纏繞抱團(tuán)入爐現(xiàn)象，造成焚燒爐燃燒不充分。

2.1.2 改進(jìn)措施

改進(jìn)垃圾的破碎處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用“粗破+磁選+篩分+風(fēng)選+細(xì)破”組合工藝，通過(guò)兩級(jí)破碎（粗破、細(xì)破）和篩分組合工藝，垃圾經(jīng)過(guò)抓斗進(jìn)入粗破碎機(jī)破碎至90%≤200mm的物料，物料經(jīng)過(guò)磁選機(jī)進(jìn)入齒形篩，其中的篩上物經(jīng)過(guò)風(fēng)選去除不可燃的重質(zhì)物料，輕質(zhì)可燃物料進(jìn)入細(xì)破碎機(jī)，最終將垃圾制成90%≤80mm的物料進(jìn)入成品垃圾庫(kù)，有利于垃圾給料均勻進(jìn)入流化床充分燃燒。

2.2 垃圾均勻給料

2.2.1 存在問(wèn)題

原有系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的多級(jí)鏈板機(jī)輸送入爐設(shè)計(jì)，加上部分入爐垃圾仍然存在布條較多，導(dǎo)致垃圾抱團(tuán)入爐現(xiàn)象，使焚燒爐燃燒工況不穩(wěn)定。同時(shí)，在人員操作方面，行車工卸料時(shí)將整個(gè)抓斗的垃圾完全放下，垃圾覆蓋整個(gè)料槽，導(dǎo)致垃圾搭橋或成團(tuán)進(jìn)入爐膛，大團(tuán)的垃圾進(jìn)入爐膛內(nèi)致使?fàn)t膛穩(wěn)定工況被破壞，爐膛突然正壓燃燒，CO 值波動(dòng)就瞬間增加。

2.2.2 改進(jìn)措施

針對(duì)上述問(wèn)題，增設(shè)采用入爐均質(zhì)給料機(jī)，達(dá)到高效均勻給料目的。均質(zhì)給料機(jī)工作原理為被擠壓過(guò)的物料通過(guò)入爐均質(zhì)給料機(jī)進(jìn)料端的進(jìn)料。設(shè)備內(nèi)壁設(shè)置有螺旋揚(yáng)板，在設(shè)備旋轉(zhuǎn)的情況下，壓縮在一起的物料隨揚(yáng)板上升到設(shè)備頂部，然后受自身重力作用的作用自由落下，從而起到打散物料的作用。松散的物料又在螺旋揚(yáng)板向前推力作用下，往出料端前進(jìn)，最終通過(guò)出料裝置均勻的進(jìn)入焚燒爐內(nèi)焚燒，從而起到給鍋爐均勻給料穩(wěn)定焚燒爐燃燒工況的效果。

將雙垃圾給料系統(tǒng)，改造成“單條鏈板機(jī)+無(wú)軸螺旋給料機(jī)+滾筒均質(zhì)給料機(jī)”垃圾給料系統(tǒng)，由于雙給垃圾料系統(tǒng)存在兩個(gè)垃圾給料口，大量的冷風(fēng)從鍋爐垃圾進(jìn)料口吸入鍋爐，影響焚燒爐工況穩(wěn)定性。新的給料系統(tǒng)不但可以垃圾進(jìn)行松散和攪拌，使物料均質(zhì)化，還可以減小給料口漏風(fēng)，提高焚燒爐燃燒穩(wěn)定性。此外，行車工細(xì)致的操作也是保證均勻給料的重要手段，行車工操作抓斗置于投料口后上方，分?jǐn)?shù)次間斷投料，每次投放少量垃圾，使垃圾平鋪在輸送機(jī)上。

2.3 改造流化床二次風(fēng)系統(tǒng)

2.3.1 存在問(wèn)題

一二次風(fēng)分配不合理，二次風(fēng)風(fēng)壓不夠。

2.3.2 改進(jìn)措施

將二次風(fēng)噴管伸入爐膛內(nèi)，減小二次風(fēng)因需穿爐膛內(nèi)壁的高濃度流化物料壁膜，減小二次壓頭損失，提高二次的穿透能力，增加二次風(fēng)在爐內(nèi)的擾動(dòng)，同時(shí)能夠及時(shí)補(bǔ)充爐膛中心區(qū)域垃圾燃燒所需的氧氣。根據(jù)鍋爐情況況，在鍋爐左右兩側(cè)三層和爐后兩層二次風(fēng)管處加裝風(fēng)門，通過(guò)調(diào)整各層風(fēng)門，使二次風(fēng)布風(fēng)合理，促進(jìn)燃料的完全燃燒。

2.4 流化床日常運(yùn)行和檢修管理

控制燃燒溫度即二次風(fēng)口上部溫度為850℃。一二次風(fēng)配比要合理，加減風(fēng)，一二次風(fēng)要同時(shí)進(jìn)行?？刂圃瓌t要適當(dāng)加大二次風(fēng)壓，關(guān)小下二次風(fēng)，氧量控制原則為6～10?？紤]流化床焚燒爐的床料特點(diǎn)，床溫要≯850℃。流化床床壓正常保持10kPa，料層厚度可控制在700～800mm。對(duì)鍋爐風(fēng)帽、返料器破損及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)下渣口可適當(dāng)擴(kuò)大，確保日常返料順暢與物料分離效果，減少未燃盡物料量，使燃燒充分。鍋爐及煙道漏風(fēng)處要及時(shí)處理解決。

2.5 燃料的日常管理

做好新舊垃圾的分區(qū)堆放及垃圾發(fā)酵工作，降低垃圾水分；對(duì)破粹機(jī)進(jìn)行日常和定期維護(hù)，保證設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行，提高垃圾破碎的分選質(zhì)量和效率；加強(qiáng)入爐煤水分和熱量的監(jiān)管，入爐煤質(zhì)的水分以及熱值等因素的好壞對(duì)鍋爐正常燃燒非常重要，只有保證鍋爐正常燃燒才能保證鍋爐正常投燒垃圾的穩(wěn)定性，可根據(jù)煤質(zhì)的好壞及時(shí)做好鍋爐燃燒調(diào)整。減少入爐污泥的摻燒比例并考慮污泥干化處理，由于流化床鍋爐摻燒污泥對(duì)鍋爐受熱面腐蝕很嚴(yán)重，同時(shí)污泥成分含鈉堿等成分，熔化溫度700℃，對(duì)流化床鍋爐流化及床溫影響很大。

2.6 煙氣凈化系統(tǒng)改造效果

系統(tǒng)改造完成后，委托第三方檢測(cè)公司對(duì)CO排放進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果分別為＜1.25mg/m3、35mg/m3。同時(shí)委托第三方檢測(cè)公司對(duì)CO排放濃度定期監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明CO排放濃度遠(yuǎn)小于時(shí)均值100mg/m3、日均值80mg/m3。

通過(guò)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)CO排放情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，改造完成當(dāng)月CO日均值分別為13.87mg/m3、14.634mg/m3,同時(shí)查閱改造后近年來(lái)數(shù)據(jù)，排放溫度小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)均值為100mg/m3、日均值為80mg/m3。經(jīng)檢測(cè)有限公司出具的焚燒爐廢氣檢測(cè)報(bào)告，以及煙氣在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，一氧化碳排放指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，本次達(dá)標(biāo)排放系統(tǒng)改造實(shí)施成效明顯，已實(shí)現(xiàn)煙氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)語(yǔ)

在遵循垃圾焚燒“3T + E”理論基礎(chǔ)上，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐在實(shí)際焚燒處理過(guò)程中采取優(yōu)化垃圾燃料預(yù)處理、均勻的給料方式、提供合理的一二次風(fēng)配比、加強(qiáng)日常鍋爐運(yùn)行及檢修管理等方法降低CO 排放，最終實(shí)現(xiàn) CO長(zhǎng)期穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)排放。通過(guò)綜合改造后，循環(huán)流化床垃圾焚燒爐膛負(fù)壓波動(dòng)明顯降低，CO 排放指標(biāo)符合國(guó)家環(huán)保要求。