淺析垃圾焚燒發電廠循環流化床焚燒爐改造爐 排型焚燒爐技術方案

文_高學宇 廣州華科工程技術有限公司

根據《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》，在“十四五”期間，各地區應開展既有焚燒設施提標改造。據不完全統計，在目前投運的超過500座垃圾焚燒發電廠中，仍有約14%的垃圾焚燒發電廠采用循環流化床焚燒爐，循環流化床焚燒爐因其技術特性，需要摻煤運行、爐膛正壓冒煙、燃燒溫度波動大且不能穩定在850℃以上、系統復雜、檢修次數較多，導致煙氣排放不達標。因此，循環流化床焚燒爐技術已不能適應當前的行業發展以及國家政策，對這類垃圾發電廠進行改造是目前的主流選擇方向。

1 項目背景及改造原因

以廣東某垃圾發電廠實際改造項目為案例，該項目改造前生活垃圾總處理規模1200t/d，已建成生活處理規模800t/d，配置2臺400t/d循環流化床焚燒爐，預留一臺400t/d循環流化床焚燒爐的安裝位置，配置2臺12MW汽輪發電機組，主蒸汽參數5.3MPa 485℃。因當地生活垃圾產量逐年增加，垃圾處理日益緊張，且現有焚燒系統運行穩定性差，停爐次數較多，經常出現環保排放不達標的情況，已影響垃圾處理能力。為達到環保要求，決定對該項目循環流化床焚燒爐改造為爐排型焚燒爐，改造后的焚燒爐規模為2×600t/d。

2 改造方案

若該項目采用常規全部拆除重建的方案，需要先拆除設備和土建結構，預估工期2個月，重新建設預估工期18個月，項目前期手續、批文、工程設計預估工期6個月，總計需要停產26個月。現有垃圾填埋場無法承擔26個月停產期的垃圾產生量，同時考慮該項目投運時間不長，很多設備還比較新，拆除報廢非常可惜。經過對項目的反復研究，同時結合現場主體結構的實際情況，決定對該項目擴容改造，將原有的2臺400t/d循環流化床焚燒爐改造為2臺600t/d爐排型焚燒爐，主蒸汽參數調整為5.3MPa/450℃，同時對汽輪機做簡單的通流改造，改造后的汽輪機可以與新的蒸汽參數匹配。

目前該項目已投產運行，經過各方通力配合，改造過程極為順利，改造成果非常完美，各項指標全部達到既定標準。該項目拆除施工用時約1個月，改造施工用時約11個月，共計用時12個月，極大地縮短了工期。

常規新建處理規模1200t/d的生活垃圾焚燒廠，需要投資約6億元，該項目經過優化后的改造方案投資估算約3.5億元，實際結算的改造費用小于估算值3.5億元。極大地節約了成本，避免了資源的浪費。

2.1 垃圾接收、儲存、輸送系統

原設計垃圾車入廠后經地磅稱量，稱重后的垃圾車在垃圾卸料平臺將垃圾卸入垃圾池儲存。為滿足循環流化床焚燒爐的進料要求，垃圾進入垃圾池后需要先經過破碎機破碎，破碎后的垃圾發酵3～5d，析出部分滲瀝液，滲瀝液收集后通過泵輸送至污水處理站處理回用。發酵好的垃圾使用垃圾吊抓斗運送至無軸雙螺旋垃圾給料機，最后進入循環流化床焚燒爐焚燒。

因原設計垃圾接收、儲存、輸送系統是按照1200t/d的最終規模進行設計，所以相關設備可以滿足改造后2×600t/d爐排型焚燒爐的需要，可以依托原有系統，不需要額外建設。即地磅、垃圾卸料門、垃圾吊利舊，卸料大廳與垃圾池土建結構利舊，但需要重新做土建防腐處理以及進行相應的改造加固以適應爐排型焚燒爐的進料系統。垃圾破碎機拆除后回收。

2.2 垃圾焚燒系統

原設計2臺400t/d循環流化床焚燒爐，預留一臺400t/d循環流化床焚燒爐的安裝位置，主蒸汽參數5.3MPa 485℃。為滿足循環流化床焚燒爐摻煤燃燒的需求，設有煤棚、輸煤系統、爐前儲煤斗等。垃圾進料采用無軸雙螺旋垃圾給料機，點火使用0#輕柴油。爐渣采用滾筒冷渣機冷卻，“皮帶+斗式提升機”輸送至鋼制渣倉儲存。

改造后選用2臺600t/d爐排型焚燒爐，主蒸汽參數為5.3MPa/450℃。拆除原垃圾給料系統，將原有給料斗留孔擴大后建設新的垃圾給料斗。拆除輸煤系統，將原煤棚翻新后作為飛灰養護車間。拆除輸渣系統，改為馬丁式出渣機，建設土建渣池作為爐渣儲存場地，渣池內設有渣吊作為爐渣裝車工具。拆除原有輔助燃油系統及其相關管道，改造為天然氣系統。

2.3 煙氣凈化系統

原設計煙氣凈化系統采用“循環半干法（MHGT）+布袋除塵器”的組合工藝，煙氣排放僅能滿足《生活垃圾焚燒污染物控制標準》（GB18485-2001）的要求，不能滿足最新的環保排放指標要求。煙氣排放采用單筒鋼筋混凝土煙囪。

為滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）的排放要求，改造后的煙氣處理采用“SNCR爐內脫硝＋半干式脫酸＋干法噴射+活性炭吸附＋布袋除塵” 的組合工藝，為滿足每條焚燒線煙氣獨立監測的需要，需要拆除原單筒鋼筋混凝土煙囪，新建一座套筒式煙囪。

2.4 汽輪發電機組

原設計2臺12MW的凝汽式汽輪發電機組，汽機進汽參數為4.9MPa/470℃。設有2臺大氣式除氧器，3臺鍋爐給水泵，1大2小，大泵可以滿足2臺鍋爐給水量，小泵可以滿足1臺鍋爐給水量。設有2臺高壓加熱器為鍋爐給水加熱，高壓加熱器出水溫度150℃。

常規爐排型焚燒爐蒸汽參數一般為6.4MPa/450℃。為滿足該項目汽輪機的進汽需求，將蒸汽參數調整為5.3MPa 450℃，同時將汽輪機略做調整，以適應降溫后的主蒸汽參數。根據焚燒爐廠家提資蒸汽量，汽機容量滿足要求，可以不再擴容。常規爐排型焚燒爐鍋爐給水溫度130℃，大氣式除氧器出水溫度只有104℃，不能滿足要求，因此需要將除氧頭進行改造，將其改為旋膜式除氧器。經復核原有鍋爐給水泵出力滿足使用要求，無需改造。因改造后的除氧器出水溫度能夠達到130℃，滿足鍋爐進水溫度要求，所以原高壓加熱器停用。

2.5 其他系統

其他系統的改造情況詳見表1。

表1 其他系統改造情況一覽表

2.6 土建改造

土建改造具體方案詳見表2。

表2 土建改造情況一覽表

3 改造重點、難點的解決方案

3.1 設備選型

在設計工作開始前對所以設備進行核查，列出能夠良好運行設備的清單。在設計過程中，根據核準批復的設計規模，盡可能利用原有設備，依照原有設備的尺寸、參數進行配套設計。這樣的方案可以極大地節約工期、節省成本。

該項目垃圾處理規模為1200t/d，配套2臺600t/d爐排型焚燒爐，鍋爐設備必須拆除改造，根據計算確定汽輪機容量可以滿足要求，為保證汽輪機可以正常運轉，需要將鍋爐出口蒸汽參數與原有的汽輪機進行適配，較常規項目設計壓力降低至5.3MPa，以滿足汽輪機的進汽參數要求。

常規600t/d爐排型焚燒爐垃圾給料斗層標高約24m，現場垃圾給料斗平臺實際標高為21.00m，為適配現場土建情況，焚燒爐廠家定制非標給料斗，縮小垃圾給料斗容積，縮短垃圾溜槽長度，將料斗平臺壓縮到21.00m。

常規600t/d余熱鍋爐為臥式布置，因原循環流化床焚燒爐為立式布置，留給改造的長度空間比較受限，因此將余熱鍋爐設計成立式，以此控制主廠房的長度。

該項目鍋爐給水溫度為130℃，原廠除氧器出水溫度104℃，高壓加熱器出口溫度150℃，溫度不匹配。常規改造方案應拆除更換除氧器，根據現場實際情況，拆換除氧器需要先拆除除氧器間外墻和梁，或者拆除除氧器間屋面，拆改難度較大。經與設備廠家多次溝通，廠家確定除氧器水箱強度可以滿足改造為中壓旋膜式除氧器的要求，更換旋膜式除氧頭即可解決問題，既節約可時間，又減少了浪費。

3.2 土建改造

因循環流化床焚燒爐與爐排型焚燒爐土建條件相差極大，給土建改造帶來極大的困難。

原循環流化床焚燒爐因設計了給料系統，鍋爐本體在土建平臺外側，設備與土建互不影響。新建爐排型焚燒爐給料斗與焚燒爐一體化設計，所以需要插入爐前土建平面內部。現有爐前跨最大跨距為8m，爐排型焚燒爐本體寬度為12.1m，現有土建不滿足設備安裝需求，因此需拆除爐前對應跨柱子7～21m的部分。因拆除對應跨柱子，導致該柱子21m以上部分的結構荷載無處傳導，解決的辦法是在21m處設置轉換梁，將上部的荷載利用轉換梁傳遞給兩側的土建柱，這將導致兩側土建柱受力增加，原設計兩側土建柱強度不足，需要對其進行加固。同時焚燒爐的設備荷載需要在7.00m層設梁承托，該梁的荷載也將傳遞給兩側柱子，這會進一步加大了兩側柱子的受力。經復核，該區域的原地基基礎承載力也不能滿足需要，因此需要設計提供補樁方案，加強地基基礎。同時因原循環流化床焚燒爐21.00m層給料斗土建留孔尺寸3.33m×4.8m與新建爐排型焚燒爐給料斗土建留孔尺寸9m×4.78m相差極大，所以需要拆除對應跨21m層樓板，重新澆筑。

施工工序：拆除原有設備（卸荷）→加固兩側土建柱地基基礎→加固兩側土建柱→澆筑21m層轉換梁→拆除中間柱7～21m的部分→拆除爐前對應跨各層結構梁和樓板→重新澆筑爐前結構梁和樓板→新設備安裝。

原廠房鍋爐間與煙氣凈化間露天布置，改造后需要將車間用鋼結構做封閉，但原有土建結構未考慮封閉屋面的荷載，在鋼結構設計時，鍋爐間與垃圾池間的封閉用鋼結構懸挑了近9m，懸挑最遠處又下包了12m，設計難度極高，施工難度也很大。

4 結語

循環流化床焚燒爐改造需要綜合考慮各系統運行情況，新建設備既要與利舊設備完美適配，又要與土建結構完美銜接。設計需要對原有土建結構進行復核計算，出具改造方案，再與施工單位配合一起確認施工流程，將設計意圖完美實現。