垃圾和秸稈協同處理發電項目鍋爐選型研究

摘要：按照全面建設小康社會和社會主義和諧社會的要求，妥善處理城市垃圾和農林廢棄秸稈是目前政府管理的重要內容之一，對創建良好的城市環境、實現循環經濟和可持續發展意義重大。實踐證明，垃圾和秸稈協同處理、焚燒發電是地縣級城市最好的處理方式之一，其中，選對焚燒爐型是項目成功的關鍵。

關鍵詞：垃圾焚燒；協同處理；爐型比選

近十年來，垃圾焚燒發電項目如雨后春筍般在國內大中城市遍地布局，不少電力設計院因國家政策宏觀調控，燃煤項目銳減，轉而開發生物質發電、垃圾發電設計市場，筆者所在的設計院就是其中之一。近年來陸續參與設計了多個垃圾發電項目、生物質發電項目以及城鄉一體化項目，對這類項目的設計積累了許多經驗，同時也看到了不同爐型對運營維護、經濟效益、環境效益的影響巨大。本文結合工作經驗談談筆者的體會。

一、垃圾焚燒爐型

垃圾焚燒處理系統的關鍵設備是焚燒爐，焚燒爐經過100多年歷史的發展，借助新技術手段，焚燒技術得到不斷完善。但由于垃圾成份復雜以及熱值變化較大，垃圾的燃燒系統及垃圾焚燒爐的爐體結構也有很大的變化。國內垃圾是未經分選的混合垃圾，主要特性是水份高、灰份高、熱值低，物理成份復雜，含有腐敗性有機物及有害物質。焚燒爐的選取必須充分考慮到垃圾在爐內停留時間、燃燒溫度、完全燃燒、灰渣處理、控制惡臭及抑制二噁英的產生。目前垃圾焚燒主要以機械爐排、流化床焚燒爐為主處理生活垃圾，少量有一些旋轉窯焚燒爐以處理工業垃圾為主。

（一）機械爐排焚燒爐

機械爐排焚燒爐是較早發展的垃圾焚燒爐型式。機械爐排焚燒爐根據爐排的結構和運動方式不同而形式多樣，但燃燒的基本原理大致相同，垃圾在爐排上進行層狀燃燒，經過干燥、燃燒、燃燼后灰渣排出爐外，各種爐排都會采取不同的方式使垃圾料層不斷得到松動以及使垃圾與空氣充分接觸，從而達到較理想的燃燒效果。垃圾的燃燒空氣由爐排底部送入，根據垃圾熱值與水份不同，送入爐排風可以是熱風或是冷風，不同的爐排結構其爐排透風方式各異。

（二）流化床焚燒爐

流化床焚燒爐是利用流態化技術進行焚燒垃圾，在爐內有大量的床料作為熱載體。流化床在焚燒垃圾前，通過噴油燃燒將爐內的床料加熱至600℃以上，垃圾經破碎后投入爐內，流態化的垃圾與床料強烈混合，垃圾水份很快蒸發，使垃圾變脆而燃燒。流化床焚燒爐由于有熱載體的存在，燃燒穩定、對入爐垃圾變化適應性好、燃燒熱效率高，爐膛溫度能夠穩定在850℃左右。但要使垃圾及熱載體處于流化狀態必須消耗很大的動力，電耗較高，且流態化固體顆粒對爐墻的磨損嚴重。

二、垃圾和秸稈協同處理

大中城市生活垃圾產生量大、熱值高，地縣級城市生活垃圾量少、熱值低，垃圾收運體系不完善，處理率低。大中城市垃圾焚燒項目體量大、示范效應強而競爭激烈；地縣級城市焚燒項目體量小，焚燒成本高，尚未找到更好的垃圾處理途徑。隨著國家對環保的重視程度越來越高，垃圾和秸稈協同處理是較適合地縣級城市的創新模式。目前常見的垃圾和秸稈協同處理主要有兩種方式：一種是把垃圾和秸稈在垃圾儲坑混合后，進入流化床鍋爐燃燒，同爐焚燒同機發電；另一種是在同一個廠區內整合垃圾焚燒發電機組和生物質直燃發電機組，機爐均獨立布置，電力分別上網，輔助系統公用，從而降低生產成本。

三、焚燒爐型比選

這兩種方式處理垃圾的爐型不同，對后期運行的影響相當大。從已投運的項目來看，雖然流化床項目初期投資省、熱效率高、無需投油助燃，但從長期運行的綜合效益來說，流化床處理垃圾有明顯的劣勢，主要體現在以下幾個方面：

（1）流化床焚燒爐對入爐垃圾尺寸有一定要求，因此在入爐之前，垃圾需經過分揀、破碎。一方面，垃圾分揀間的環境惡劣，人員直接接觸垃圾，身體健康受影響。雖然在很多設計中通過采用人員隔離、通新風系統為分揀人員創造適宜的工作環境，但效果不佳；另一方面，破碎系統運行不穩定，設備故障率較高，難以長期連續運行。（2）流化床鍋爐出渣口易堵塞。流化床出渣采用的是冷渣機，一般采用除鹽水冷卻，以回收熱量。在設計初期，已經要求鍋爐廠將每個出渣口增大，但由于破碎系統運行不好、分揀不到位、受熱面結焦等，出渣口經常被垃圾中的不可燃物如建筑垃圾、鐵絲等堵塞，需要工作人員經常捅渣，造成頻繁壓火、甚至停爐。（3）垃圾焚燒后的飛灰是危險廢棄物，必須鰲合固化穩定達標后方能送至填埋場安全填埋。煙塵的多少與垃圾灰分和焚燒爐特性相關，流化床遠高于爐排。流化床灰多渣少、爐排爐渣多灰少。一般情況下，流化床飛灰量是垃圾量的8～12%，爐排爐的飛灰量僅為垃圾量的2～5%，流化床處理的灰量是爐排爐的34倍，危險廢棄物處理量增大，處理成本較高，有較大的環境污染隱患。（4）流化床鍋爐連續運行時間短。由于出渣口堵塞、水冷壁磨損、積灰等原因，鍋爐的連續運行時間只能12個月，一般一個多月就要停爐進行水冷壁清灰、打焦、爐底清渣，檢修維護工作量較大。而爐排爐年連續運行時間可達到8000h以上，由此造成的經濟效益增加是顯而易見的。同時，鍋爐在啟停期間，煙氣中污染物含量明顯升高，特別是二噁因含量明顯增加，因此，對鍋爐連續運行時間的考量是環境保護的基本要求。

四、結論

在垃圾焚燒的發展過程中，正因為流化床的一些主要矛盾無法很好解決，不少原來使用流化床爐型的垃圾焚燒廠進行了改造，改造成爐排爐，以提高機組可利用率和燃燒適應性。按照國家的規范要求，結合多年的設計經驗，我認為，解決地縣級城市生活垃圾少、熱值低、農林垃圾協同處理這個思路是非常好的，但在技術路線選擇時還是應該考慮采用爐排爐，審慎采用流化床鍋爐。

作者簡介：楊春琳（1977），女，漢族，江蘇南通人，本科，高級工程師。