垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾收儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王 帥，王進(jìn)軍，胥 銀，薛 濤，章 艷

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城市垃圾處理量也逐年增加[1]。根據(jù)國(guó)家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部公布的《2022 中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示：2021 年我國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量為24 869 萬(wàn)t，較2007 年增長(zhǎng)了63.5%[2]。垃圾填埋和焚燒發(fā)電是垃圾無(wú)害化處理廣泛采用的兩種手段。截至2021 年底，我國(guó)已投運(yùn)的生活垃圾焚燒發(fā)電廠共計(jì)583 座，遍布全國(guó)30 個(gè)省(市、自治區(qū))，垃圾焚燒發(fā)電量和裝機(jī)容量位居世界前列，全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒年處理量為18 019.7 萬(wàn)t，占無(wú)害化處理量的72.5%[3]。循環(huán)流化床鍋爐焚燒技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)、垃圾熱解氣化焚燒爐技術(shù)及機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)是我國(guó)主要的生活垃圾焚燒發(fā)電工藝方案。機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)具有對(duì)入爐垃圾要求低、適應(yīng)性好、單爐垃圾處理量大、運(yùn)行穩(wěn)定、國(guó)產(chǎn)程度高等優(yōu)勢(shì)[4]，近些年來(lái)已成為主流的垃圾焚燒處理方式。針對(duì)機(jī)械爐排焚燒爐垃圾焚燒發(fā)電廠，本文結(jié)合CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》[5]，總結(jié)近期的工程應(yīng)用實(shí)踐，探討卸料、儲(chǔ)料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 垃圾卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 垃圾卸料平臺(tái)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

垃圾卸料平臺(tái)是垃圾運(yùn)輸車卸料周轉(zhuǎn)的平臺(tái)。為了避免因垃圾池地下深度過(guò)深，導(dǎo)致地下部分工程量增加，國(guó)內(nèi)垃圾發(fā)電廠一般將垃圾卸料平臺(tái)高度抬高。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)垃圾電廠的調(diào)研，垃圾卸料大廳卸料平臺(tái)高度一般設(shè)置在地上6～8 m 處。

卸料平臺(tái)的長(zhǎng)度依據(jù)垃圾池長(zhǎng)度和垃圾抓斗起重機(jī)檢修平臺(tái)區(qū)域?qū)挾却_定。卸料平臺(tái)的寬度根據(jù)最大垃圾車長(zhǎng)度和車流密度確定，需滿足車輛正常通行、轉(zhuǎn)彎和倒車等要求，最終要保證高峰時(shí)卸料平臺(tái)上的交通順暢及垃圾車的正常卸料。根據(jù)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“卸料平臺(tái)垂直于卸料門方向的寬度應(yīng)根據(jù)最大垃圾運(yùn)輸車和車流密度確定，不宜小于18 m”。雖然國(guó)內(nèi)多數(shù)的垃圾車載重較小、軸距較短，見(jiàn)表1 所列，轉(zhuǎn)彎半徑小，但由于多數(shù)城市環(huán)衛(wèi)部門每天在集中時(shí)段內(nèi)運(yùn)送垃圾，車流密度很大，因此為避免堵車，新建垃圾電廠卸料平臺(tái)寬度往往大于規(guī)程規(guī)定的最小尺寸，安徽某垃圾電廠此寬度為21 m，海南某垃圾電廠此寬度為23 m。綜合以往垃圾電廠卸料平臺(tái)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，卸料平臺(tái)寬度宜在《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定最小尺寸基礎(chǔ)上增加3～5 m，有利于垃圾車的有效組織、高效接卸。

表1 某工程垃圾車車型參數(shù)

為了方便收集垃圾車灑落的滲瀝液和對(duì)垃圾卸料平臺(tái)進(jìn)行沖洗，卸料平臺(tái)設(shè)有1%的坡度，坡向垃圾池側(cè)，沖洗水最終匯入垃圾池。

1.2 垃圾卸料門數(shù)量

垃圾卸料門的主要作用是方便垃圾車卸料，同時(shí)遮蔽垃圾池，防止坑內(nèi)的臭氣擴(kuò)散。它具有高氣密性、耐磨損、耐撞擊、耐腐蝕性及開(kāi)關(guān)方便、故障率少的特點(diǎn)[6]。

CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“卸料門的數(shù)量應(yīng)以維持正常卸料作業(yè)和垃圾進(jìn)廠高峰時(shí)段不堵車為原則，且不應(yīng)小于4 個(gè)”。設(shè)置此條目的是為了增加高峰時(shí)段同時(shí)卸車的車輛數(shù)，增加卸車效率。為了在垃圾池中多存貯垃圾，有些電廠將設(shè)計(jì)的一個(gè)卸料門封閉，在此卸料門后垃圾池堆存垃圾，如圖1 所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，開(kāi)啟3 個(gè)卸料門也能滿足垃圾車卸車效率要求。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)垃圾池容積、日卸車量及卸車效率來(lái)優(yōu)化卸料門的數(shù)量。若卸料門后期存在封閉的情況，則設(shè)計(jì)時(shí)需考慮門內(nèi)側(cè)所堆垃圾的側(cè)壓力，防止垃圾從此門壓出到垃圾卸料平臺(tái)。

圖1 垃圾卸料門布置圖

1.3 防翻車設(shè)計(jì)

為了防止垃圾車在卸車時(shí)翻入垃圾池，在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》的要求在垃圾池卸料口處設(shè)置了車檔，但是有電廠反饋，還是出現(xiàn)過(guò)因車輛倒車過(guò)快、過(guò)急，掉入垃圾坑中的情況。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，在卸料平臺(tái)車頭前方加設(shè)車錨裝置。具體做法是在卸料平臺(tái)樓板面車前位置設(shè)置槽鋼，每個(gè)車位對(duì)應(yīng)位置設(shè)1 根，槽鋼頂與樓板面平齊，槽鋼按1%坡度向垃圾池方向傾斜，槽鋼規(guī)格200 m× 73 m×7 m，中間每隔約500 mm 間距橫向預(yù)埋φ20 mm 圓鋼，圓鋼兩端穿過(guò)槽鋼壁，并插入兩端混凝土樓板內(nèi)。每根圓鋼承載20 t 垃圾池水平方向的荷載。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，每輛車車身至少拉兩根鋼索至地面圓鋼錨定。

垃圾車倒車入庫(kù)前，工作人員將車頭通過(guò)鋼索和車錨綁定，如圖2 所示。

圖2 卸車車錨布置圖

2 垃圾儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 垃圾池關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

垃圾池作為垃圾存儲(chǔ)的設(shè)施，對(duì)高峰時(shí)段運(yùn)輸進(jìn)廠的垃圾起到緩沖的作用，同時(shí)垃圾在垃圾池中攪拌混合，并在垃圾池中發(fā)酵，可降低含水率并提高熱值。

根據(jù)CJJ 90—2009《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“垃圾池有效容積宜按5～7 天額定垃圾焚燒量確定”，經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)垃圾電廠的調(diào)研，業(yè)主均表示希望垃圾池有效容量取規(guī)程中規(guī)定的上限，甚至更多。垃圾池的容量既要注意到垃圾發(fā)熱量隨存儲(chǔ)發(fā)酵時(shí)間增長(zhǎng)，又要考慮有足夠容量滿足機(jī)組檢修時(shí)存儲(chǔ)城市運(yùn)送進(jìn)廠的垃圾量。

垃圾池的有效容量為垃圾卸料門水平線以下的容量，可按下式計(jì)算[7]：

式中：Q為垃圾池的有效容量，t；V為垃圾池的有效容積，m3；ρ為垃圾堆積密度，t/m3。

目前國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)池內(nèi)垃圾密度尚未有明確規(guī)定，根據(jù)筆者所在公司的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行垃圾池荷載計(jì)算時(shí)，垃圾池荷載應(yīng)按垃圾池高度分層提出，建議0 m 以下垃圾密度按1.1 t/m3考慮，0 m 以上垃圾密度按0.7 t/m3考慮，垃圾池堆積密度荷載分布如圖3 所示。

圖3 垃圾池堆積密度荷載分布圖

2.2 垃圾抓斗起重機(jī)配置

垃圾抓斗起重機(jī)是垃圾焚燒發(fā)電廠關(guān)鍵設(shè)備之一，它除了將垃圾抓運(yùn)至焚燒爐進(jìn)料斗焚燒外，還負(fù)責(zé)垃圾的移動(dòng)、攪拌、倒跺、搬運(yùn)。

垃圾抓斗起重機(jī)的設(shè)置不僅要考慮全廠規(guī)模，更要考慮焚燒爐的數(shù)量及起重機(jī)數(shù)量對(duì)操作便利性的影響。文獻(xiàn)[8]總結(jié)垃圾抓斗起重機(jī)數(shù)量應(yīng)遵循以下原則：

1)滿足焚燒爐進(jìn)料量的要求；

2)同軌道布置不超過(guò)3 臺(tái)；

3)實(shí)際投用數(shù)量不超過(guò)焚燒爐進(jìn)料斗的數(shù)量，宜備用1 臺(tái)；

4)1臺(tái)抓斗起重機(jī)對(duì)應(yīng)的焚燒爐不宜超過(guò)3臺(tái)。

根據(jù)以上原則垃圾抓斗起重機(jī)配置方案優(yōu)化見(jiàn)表2 所列。

表2 垃圾抓斗起重機(jī)配置方案

當(dāng)需要投入的抓斗起重機(jī)需要超過(guò)4 臺(tái)時(shí)，建議采用垃圾池分池方式布置。

3 結(jié)語(yǔ)

垃圾卸料、儲(chǔ)料系統(tǒng)是垃圾焚燒發(fā)電廠中的重要組成部分，也是垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，其工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型是否合理直接影響到全廠運(yùn)行的安全性及可靠性。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)已完成的機(jī)械爐排焚燒爐垃圾發(fā)電廠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了垃圾卸料平臺(tái)、垃圾卸料門、垃圾池容積、垃圾抓斗起重機(jī)配置的設(shè)計(jì)優(yōu)化思路。