某垃圾焚燒電廠冬季燃燒狀況改善措施探討

孔昭健，張瑛華，劉海威（中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京　100038）

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·規(guī)劃與管理·

某垃圾焚燒電廠冬季燃燒狀況改善措施探討

孔昭健，張瑛華，劉海威
（中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038）

【摘要】以某垃圾焚燒發(fā)電廠為例，探討了增加冬季入爐垃圾熱值和提高全廠熱效率的措施。通過(guò)對(duì)垃圾焚燒廠冬季入廠垃圾加強(qiáng)管理，延長(zhǎng)垃圾堆酵時(shí)間，增加倒料次數(shù)，并適當(dāng)添加生物質(zhì)燃料，入爐垃圾熱值有所增加，焚燒爐燃燒狀況得到了改善，熱效率及噸垃圾發(fā)電量均有增長(zhǎng)。

【關(guān)鍵詞】垃圾焚燒；垃圾熱值；噸垃圾發(fā)電量；熱效率

1　某垃圾焚燒電廠概況

1.1基本配置

某垃圾焚燒電廠生活垃圾處理規(guī)模1 200 t/d，分期建設(shè)，一期工程處理規(guī)模800 t/d，選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)、成熟的爐排爐工藝作為該電廠的建設(shè)爐型，采用次中溫中壓蒸汽參數(shù)（4.0 MPa，400℃）作為余熱鍋爐的額定參數(shù)，余熱鍋爐產(chǎn)汽量為34.7 t/h。鍋爐產(chǎn)汽全部用于發(fā)電，一期工程配置1臺(tái)額定功率12 MW凝汽式汽輪機(jī)和1臺(tái)15 MW發(fā)電機(jī)，預(yù)留擴(kuò)建1臺(tái)凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的位置。

1.2地處環(huán)境

該電廠地處湖北省西北部，為亞熱帶季風(fēng)型大陸氣候過(guò)渡區(qū)，四季分明，年均氣溫15.1～16.9℃。12月和1月為當(dāng)?shù)貧鉁刈畹驮路?，?5～5℃。

1.3垃圾特性

1） 熱值較低，垃圾濕基低位熱值平均為4 392 kJ/kg。

2） 含水率較高，平均達(dá)到62.04%，生活垃圾中以蔬菜、果皮類(lèi)為主。

3） 灰分多，垃圾濕基灰分平均為14.24%，在實(shí)際入廠垃圾中又?；烊虢ㄖ?，既不產(chǎn)熱還會(huì)造成設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。

4） 受季節(jié)影響較大。夏天由于瓜果大量上市，垃圾中果皮類(lèi)含量較高，且降雨量加大，因此入廠垃圾含水率較高；冬季垃圾中煤灰量明顯增多。

5） 區(qū)域差別明顯。城區(qū)垃圾中可燃成分的含量明顯高于其它區(qū)域。

表1為該電廠服務(wù)區(qū)域垃圾組成特征。

表1　入廠垃圾組成特征

1.4噸垃圾發(fā)電量計(jì)算

全廠熱能利用效率即指全廠全部熱能系統(tǒng)的熱效率。MCR工況的熱效率即為MCR工況下焚燒爐和余熱鍋爐熱效率、管道熱效率、汽輪機(jī)熱效率、發(fā)電機(jī)熱效率的乘積［1］，即噸垃圾發(fā)電量（kWh）=垃圾熱值×熱效率/3.6。

噸垃圾發(fā)電量是全廠熱能利用效率最直觀的體現(xiàn)，其主要影響因素為入爐垃圾熱值及全廠熱效率。

1.5氣溫對(duì)發(fā)電量的影響

圖1為該電廠7—12月噸垃圾發(fā)電量的變化曲線，垃圾發(fā)電量在7—10月間波動(dòng)較小，從11月份起隨著氣溫降低，發(fā)電量下降較多，12月份達(dá)到最低值。由于入廠垃圾品質(zhì)在這半年間并沒(méi)有發(fā)生大的改變，因此分析可能是氣溫降低造成入爐垃圾熱值降低，以及熱效率的下降，進(jìn)而對(duì)發(fā)電量造成了影響。

圖1　噸垃圾發(fā)電量變化曲線

2　提高垃圾熱值措施

2.1嚴(yán)控入廠垃圾質(zhì)量

該電廠地處我國(guó)中部，未實(shí)行集中供暖，進(jìn)入冬季后，部分住戶(hù)采用燃煤爐取暖，這部分煤灰與生活垃圾混在一起，最終進(jìn)入垃圾焚燒廠?；曳诌^(guò)多會(huì)直接造成煙道和熱交換器管道間的積灰嚴(yán)重，降低鍋爐熱效率，同時(shí)煙氣中的飛灰含量可能會(huì)加大布袋兩側(cè)壓差，增加引風(fēng)機(jī)負(fù)荷。

建筑垃圾多體積大而且堅(jiān)硬，若混入生活垃圾進(jìn)入焚燒爐會(huì)造成爐排卡澀、除渣機(jī)故障，直接影響設(shè)備安全。建筑垃圾不能放熱，在爐內(nèi)還會(huì)吸收垃圾燃燒熱量，增加鍋爐排渣熱損失，因此在冬季焚燒狀況惡化時(shí)更應(yīng)盡量避免此類(lèi)垃圾入爐。

2.2降低垃圾含水率

垃圾含水率直接影響垃圾熱值，垃圾含水率越高，燃燒時(shí)水汽化帶走的熱量越多。深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)含水率在60%以上的低熱值生活垃圾在焚燒前進(jìn)行2～3 d的堆酵，可瀝除12%左右的滲瀝液，整體減量約20%，實(shí)際入爐垃圾低位熱值增加836 kJ/kg［2］。李?lèi)?ài)民通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)生活垃圾進(jìn)行生物干燥，垃圾的含水率由68.3%下降到46.9%，垃圾的濕基低位熱值由3 344 kJ/kg上升到7 123 kJ/kg［3］。

2.2.1增加堆酵時(shí)間

垃圾在堆酵過(guò)程中，垃圾中的水分不斷排出，垃圾含水率降低，垃圾瀝出的水分包括通過(guò)重力擠壓作用脫除的外部水分以及通過(guò)生物對(duì)有機(jī)物的降解作用瀝出的水分和其他液態(tài)物質(zhì)。通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，通常垃圾在垃圾倉(cāng)內(nèi)堆酵3～5 d就可以達(dá)到最大程度的排出水分，但冬季需要適當(dāng)延長(zhǎng)，一般應(yīng)達(dá)到7 d以上。

2.2.2提高垃圾倉(cāng)溫度

控制微生物降解脫水過(guò)程中的溫度作用，主要基于2個(gè)方面，一是高溫能夠提高自由水與結(jié)合水的比例，水分更容易與垃圾分離而蒸發(fā)或?yàn)r出；二是在微生物反應(yīng)過(guò)程中，溫度是影響微生物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因子，溫度升高時(shí)細(xì)胞內(nèi)的酶反應(yīng)和代謝速率加快，從而使微生物的生長(zhǎng)速率加塊，垃圾加速腐化瀝出水分。高溫能夠顯著提高厭氧發(fā)酵脫水效果［4］，因此垃圾在夏季排出水分所需的時(shí)間遠(yuǎn)小于冬季。

焚燒爐一次風(fēng)吸風(fēng)口一般設(shè)置在垃圾倉(cāng)內(nèi)，用于抽取垃圾倉(cāng)內(nèi)空氣，并對(duì)垃圾倉(cāng)形成負(fù)壓，以避免垃圾倉(cāng)臭氣外泄。該電廠2臺(tái)焚燒爐一次風(fēng)抽取垃圾倉(cāng)空氣，單臺(tái)爐一次風(fēng)量MCR工況達(dá)到了44 590 m3/h。如果在垃圾倉(cāng)內(nèi)設(shè)置采暖設(shè)施，將空氣溫度加熱到適宜垃圾脫水的溫度，其能量消耗巨大。因此，冬季應(yīng)采用對(duì)垃圾直接加熱的方法，使用蒸汽疏水、鍋爐排污水等作為熱源，也可以使用低溫、低壓蒸汽。該電廠使用除氧器加熱蒸汽，通入垃圾倉(cāng)內(nèi)對(duì)垃圾直接進(jìn)行加熱，有利于垃圾的發(fā)酵并排出水分。在使用中，通入蒸汽的時(shí)間和量需要嚴(yán)格控制。

2.2.3增加垃圾倒料次數(shù)

垃圾負(fù)載壓力對(duì)垃圾排水影響較大，而且負(fù)載壓力存在最優(yōu)值。在負(fù)載壓力較低時(shí)，堆酵的水分去處量隨著壓力的增大而增加，但超過(guò)一定值后，再增大壓力反而不利于水分去除，在實(shí)驗(yàn)室條件中負(fù)載最優(yōu)值為8～12 kPa［5］。壓力增加，機(jī)械擠壓作用增強(qiáng)，使得生活垃圾顆粒結(jié)構(gòu)破壞率上升，顆粒體內(nèi)水分轉(zhuǎn)化為自由水分，水分出去量趨于增加；但是，壓力增加同樣使堆體壓實(shí)度增加，孔隙率減少，增加水分的流出阻力。

在實(shí)際運(yùn)行中，為了增加垃圾在垃圾倉(cāng)內(nèi)的堆酵時(shí)間，充分利用垃圾倉(cāng)有效容積，垃圾倉(cāng)內(nèi)堆存的垃圾往往達(dá)到10 m以上，如該電廠從卸車(chē)平臺(tái)到垃圾倉(cāng)底部的高差達(dá)到了14 m，因此負(fù)載壓力遠(yuǎn)大于最優(yōu)。為了提高水分排出率，一次堆高后應(yīng)在2～3 d內(nèi)對(duì)垃圾進(jìn)行倒垛，排出更多自由水分。同時(shí)垃圾堆存中也存在水分分層的情況，即在標(biāo)高較低處沒(méi)有水，但在高處可能存水，增加倒料利于這部分水分自由流向滲瀝液收集池。

2.3添加高熱值燃料

焚燒爐運(yùn)行過(guò)程中，熱值降低會(huì)引起全廠熱效率的降低。研究表明，隨著熱值由7 524 kJ/kg降低到3 344 kJ/kg，鍋爐效率由73.19%降至58.62%，機(jī)組效率由26.56%降至21.27%［6］。當(dāng)入爐垃圾熱值較低時(shí)，為了維持爐內(nèi)溫度，確保環(huán)保達(dá)標(biāo)，還需要向爐內(nèi)噴油助燃。因此，在冬季垃圾熱值較低時(shí)，適當(dāng)添加一部分高熱值生物質(zhì)燃料對(duì)提升燃燒狀況以及增加發(fā)電量具有積極意義。另外在添加生物質(zhì)燃料時(shí)應(yīng)選擇適合爐排爐燃燒特點(diǎn)的生物質(zhì)燃料，因?yàn)樯镔|(zhì)添加會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以添加比例還要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

3　該垃圾焚燒電廠試驗(yàn)效果

該電廠投入運(yùn)營(yíng)后，在12月份時(shí)噸垃圾發(fā)電量由平均282 kWh/t下降到246 kWh/t。1月份加強(qiáng)了垃圾倉(cāng)的管理，并對(duì)入爐垃圾進(jìn)行了摻燒部分生物質(zhì)燃料。添加生物質(zhì)質(zhì)量占入爐垃圾量的2.2%， 1月噸發(fā)電量提高到260 kWh/t。通過(guò)對(duì)1月份和12月份的數(shù)據(jù)分析，入爐垃圾熱值由5 225 kJ/kg提高到5 386 kJ/kg，提高了3.08%，噸發(fā)電量提高了14 kWh，全廠熱效率由16.95%提至17.38%，提高了0.43%。

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中圖分類(lèi)號(hào)：X32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1005-8206（2016）02-0061-03

作者簡(jiǎn)介：孔昭健（1981—），高級(jí)工程師，主要從事垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理。

收稿日期：2015-07-22

Measures to Improve Combustion Conditions of Waste Incineration Power Plant in Winter

Kong Zhaojian，Zhang Yinghua，Liu Haiwei
（China Enfi Engineering Corporation，Beijing100038）

【Abstract】Taking a waste incineration power plant for example，thispaper discussed the measuresto increase the heating value ofwaste and improve the thermal efficiency ofthe whole plant.By strengthening incoming waste management in winter，extending waste fermentation time，increasing the number of pouring，and adding certain biomass fuels into the furnace，the heating value of waste increased significantly.Incinerator combustion conditions improved，and thermal efficiency and tons ofwaste power generation capacity also grew.

【Key words】waste incineration；heating value ofwaste；waste power generation capacity per ton；thermal efficiency