北方高灰分地區(qū)垃圾焚燒發(fā)電廠運營探討

李軍

（中國天楹股份有限公司，江蘇南通226600）

北方高灰分地區(qū)垃圾焚燒發(fā)電廠運營探討

李軍

（中國天楹股份有限公司，江蘇南通226600）

描述了北方高灰分的垃圾定義，根據垃圾灰分含量的分布和變化規(guī)律，通過詳細的調查研究，給出了摻燒秸稈，在垃圾坑專設高灰分垃圾卸料區(qū)域、選擇高壓損的爐排，以及在設備設計和全廠設計時采取有效的措施，以便確保冬季實現高灰分垃圾的有效焚燒。

高灰分；垃圾焚燒；爐排；摻燒秸稈；高溫腐蝕

1 北方高灰分垃圾的定義

我國北方地區(qū)冬季生活垃圾的加權平均灰分含量遠高于上海、廣州、北京等城市的灰分含量（均低于20%），特別是某些沒有實行液化氣、煤氣的地區(qū)冬季常年使用煤球、煤餅作為原料進行生活和采暖，以至于垃圾的灰分含量高達50%～60%。表1列出了無氣區(qū)和有氣區(qū)的垃圾組分特性對比。隨著北方城市氣化率的普及和提高，垃圾中的灰分含量呈明顯下降趨勢。

表1 無氣區(qū)和有氣區(qū)的垃圾組分特性對比%

2 高灰分垃圾焚燒的弊端分析

1）垃圾燃燒困難。垃圾在爐排上的燃燒分為3個階段：干燥段、燃燒段、燃燼段。進入燃燒段后，垃圾中的水分已去除，可燃分開始燃燒。但由于高灰分垃圾中的灰分含量高，大量的灰分與可燃分混合在一起，使得可燃分點火困難，而高灰分也會將已燃燒的可燃分壓滅［1］。

2）燃燒狀況不穩(wěn)定。垃圾中的灰分含量多，加大了一次風通過垃圾層的阻力，極易造成爐排上垃圾層的供風困難和供風不均勻，若加大一次風送風量，還會造成爐膛的溫度下降，同樣也會造成燃燒狀況不穩(wěn)定［2-3］。

3）爐渣熱灼減率上升、燃燼效果差。大量的灰分與可燃分混合在一起，使得在爐排的燃燼段殘余的可燃分被大量的灰分所包圍，難以完全燃燒，從而導致垃圾的燃燼效果差、爐渣的熱灼減率上升［4-5］。

4）焚燒爐熱效率降低。垃圾中的灰分進入爐排上被加熱，消耗了許多能量，這些數量很大的高溫灰最終通過排渣機排出，使得這部分熱量白白浪費，同時大量的灰分與可燃分相混合，造成可燃分燃燒所需的一次風量增加，排煙量相應也增加從而造成焚燒爐的熱損失增加，熱效率降低。

5）爐渣、飛灰量增加。高灰分垃圾焚燒后產生的飛灰量和爐渣量均增加，從而造成爐渣和飛灰的穩(wěn)定化處理費和填埋費增加，運營成本提高。

3 摻燒秸稈收運和混燒對策

3.1 玉米秸稈的物理形式

玉米秸稈有3種物理形式：原生、粉碎和壓塊。原生玉米秸稈的含水率高且難以控制、含泥量也高，考慮到料斗的架橋等問題，在垃圾焚燒發(fā)電廠內還需設置破碎機等設備，系統(tǒng)復雜性和管理難度加大。同時，粉碎后的玉米秸稈由于秸稈的著火快，燃燒速度也相當快，燃燒后的灰容易飄揚并以飛灰的形式進入受熱面加劇堿性金屬對受熱面的腐蝕，所以建議采用壓塊玉米秸稈。壓塊玉米秸稈的燃燒過程既具有氣體燃料的燃燒特性，又具有固體燃料的燃燒特性，它是高揮發(fā)分的固體燃料，具有著火溫度低，點火容易，升溫速度快，火力強度高等特性，燃燒率90%以上。在200℃以下，壓塊玉米秸稈的揮發(fā)分以氣態(tài)形式開始析出，在300～350℃的有氧氣氛中開始支鏈燃燒，其燃燒生成熱較低。當與二次空氣相遇時，揮發(fā)分進行二次燃燒，釋放出大量熱能，其火力強度可高達1 100℃左右。壓塊玉米秸稈由于燃料本身長度和截面尺寸也不大，料斗架橋的可能性減小，而密度的加大又有利于增加秸稈在焚燒爐內的燃燒持續(xù)時間，也有利于部分燃燒后的產物能以殘渣的形式排出，減少飛灰中堿性金屬化合物的含量。不足之處是不能短時間內把大量的壓塊秸稈投入焚燒爐，否則容易引起燃燒工況的大幅波動，飛灰中堿性金屬化合物的含量也會突變性的增加，加劇受熱面的高溫腐蝕。解決這個問題，關鍵是做好垃圾坑內的生活垃圾和壓塊秸稈的攪拌與混合均勻。結合經濟性與燃燒特性，采用摻燒壓塊玉米秸稈，并以壓塊玉米秸稈進行后續(xù)的收運組織與摻燒特殊性分析的基礎。

3.2 秸稈的卸料與攪拌

裝載秸稈的車輛進入卸料廳后在焚燒廠現場人員的指揮下，在指定的卸料門處卸料。秸稈運輸車的形式多種多樣，而垃圾焚燒廠的卸料門是針對垃圾運輸車而設計的，不同秸稈運輸車卸料時，存在車輛易翻入垃圾坑的危險。為此，特別設計了適合不同秸稈運輸車安全卸料的裝置——卸料箱。秸稈運輸車先將秸稈投入到卸料箱內，然后液壓缸使卸料箱傾斜并將卸料箱內的秸稈卸入垃圾坑內。秸稈和垃圾在坑內攪拌，可根據垃圾吊的稱重裝置按照10∶1比例混合，假設1抓斗秸稈量是8 t，則再抓10抓斗等量的垃圾加以攪拌與混合。

3.3 秸稈的摻燒特殊性分析

3.3.1 高溫腐蝕

由于秸稈燃燒后的主要成分是鉀化合物，特別是KCl含量較高。根據KCl對鍋爐受熱面影響的有關研究結果顯示可知，KCl在高溫下對受熱面具有加速腐蝕速率的可能，特別是在過熱器受熱表面。這主要是由于鉀或鉀化合物的熔點較低，容易形成低熔點飛灰附著在高溫受熱面的表面，通過沉積、結渣、熱解、腐蝕的相互作用，最終導致過熱器爆管的可能性大增。同時，需要說明的是即使沒有沉積和積灰的問題，腐蝕還是可以通過長時間的緩慢發(fā)生導致受熱面爆管的。

3.3.2 結渣堵灰

鉀元素的熔點只有63.65℃，KCl熔點是773℃，堿金屬的熔點明顯偏低。堿金屬在熱解階段揮發(fā)析出，蒸汽冷凝在熱交換器表面，呈黏稠狀熔融態(tài)，捕集氣體中的固體顆粒，使得顆粒聚團，導致沉積的形成。飛灰所含鉀的物質越多，導致飛灰的熔點降低，越容易形成結渣。結渣和沉積交互作用，灰分變成固體或者半流體，運行中通過清灰裝置也較難去除，阻礙煙道中煙氣和蒸汽的熱交換，當嚴重堵塞煙氣通道時，會造成鍋爐無法正常運營而強制停爐。

3.3.3 解決方法

①摻燒秸稈前務必對當地的玉米秸稈做出科學有效的成分分析；②一定要限制秸稈的摻燒量，不高于10%；③秸稈進入垃圾坑后一定要做好秸稈與垃圾在垃圾坑內的充分攪拌和混合，促進垃圾的燃燒；④適當增加受熱面的吹灰次數，盡可能減少一部分飛灰的沉積量；⑤每年按摻燒秸稈5個月（11月至次年3月）設計，秸稈摻燒量控制在10%以內。

4 高灰分垃圾焚燒對策分析

4.1 垃圾坑專設高灰分垃圾卸料區(qū)域，設置篩選裝置

4.1.1 在垃圾坑中劃分出專門的高灰分垃圾卸料區(qū)，設置隔墻分離

垃圾貯坑采用隔墻的結構，可以在進廠垃圾性質顯著不同的情況下，分區(qū)貯存，以利于高灰分垃圾的特殊處理，也可以顯著加強貯坑的強度。

可以將垃圾貯坑沿長度方向分割為秸稈儲存區(qū)、低灰分垃圾卸料區(qū)（攪拌混合區(qū)）、高灰分垃圾卸料區(qū)。其中，高灰分垃圾卸料區(qū)與攪拌混合區(qū)之間以隔墻分離，避免高灰分垃圾混入低灰分垃圾卸料區(qū)。卸料平臺上的交通指揮中心，將引導高灰分垃圾運輸車、低灰分垃圾運輸車、秸稈運輸車通過各自特定的卸料門卸入指定區(qū)域。

每年4月至10月，將視進廠垃圾灰分含量的具體情況，決定是否對垃圾進行分區(qū)卸料。當沒必要進行篩分時，高灰分垃圾卸料區(qū)和混合區(qū)沒有區(qū)別，共同接受所有垃圾的卸料和儲存。

4.1.2 對高灰分卸料區(qū)的垃圾進行篩分

在垃圾坑的進料斗平臺上設置滾筒篩，通過垃圾抓吊將高灰分卸料區(qū)的垃圾抓入滾筒篩進行篩分。篩上物直接卸入垃圾坑的低灰分卸料區(qū)。垃圾中的部分灰分（約10%）篩出，篩下物通過抓斗檢修通道旁專設的灰通道，直接卸入零米層的運輸車中，送往垃圾填埋場填埋處理。通過篩分，大大降低了垃圾的灰分含量。

4.1.3 卸料混合區(qū)的混合

在垃圾坑的卸料混合區(qū)，對秸稈、低灰分垃圾、高灰分垃圾篩上物進行混合，有效降低了入爐垃圾的灰分含量，確保焚燒爐的高效穩(wěn)定運行。

4.2 選用攪拌效果好、高壓損的Energize爐排

中國天楹采用Waterleau的Energize往復移動式爐排為水平往復順推爐排，橫排向上往返運動，具有攪拌性能好、氣孔比率低、壓損高等特點［6-7］。

4.2.1 攪拌效果好，使垃圾中的可燃分能及時沖破灰分的包圍而充分燃燒

爐排兼?zhèn)鋽嚢栊阅芎屯扑托阅?。爐排為在干燥段、燃燒段和燃燼端均為水平的結構，總體角度為17.6°。同時，在各段間具備1100、800、500 mm的垂直落差，有利于垃圾翻滾松散。因此，在垃圾推送時既有水平輸送性能也有翻轉攪拌性能，如圖1所示。

圖1 攪拌效果好的爐排示意

4.2.2 高壓損爐排，保證一次風在垃圾層上均勻流入

對爐排條側面進行精加工，且爐排條之間以螺栓連接，在各爐排條之間的空隙非常小，實現一次空氣的高壓損效果。保證一次風在垃圾層上均勻流入，即通過保持較高的壓差來達到均勻的燃燒空氣流，以保證穩(wěn)定的燃燒。

4.3 在坑內進行充分的攪拌混合，確保入爐垃圾性質均勻

根據北方冬季的垃圾特性，即使規(guī)定低灰分的垃圾卸入專門的卸料區(qū)，但由于低灰分垃圾的來源中，尤其是冬季采暖期，垃圾坑中將有原生垃圾、秸稈、高灰分垃圾的篩上物等多種不同特性的物質組成，必須對其進行充分的混合攪拌，確保垃圾在坑內得到充分的混合。

4.4 設計較低的爐排機械負荷

一方面，高灰分垃圾的灰分將可燃分包圍，使得爐排上垃圾層的一次風通過變得困難。如果爐排的機械負荷設計過高，將加大這種不利影響。為此，選用較低的Energize爐排機械負荷。另一方面，由于夏季居民對蔬菜、水果等需求量增加，導致夏季垃圾的含水率普遍偏高，需要設計較低的爐排機械負荷，以適應夏季垃圾含水率高、熱值低的特點。

4.5 爐渣、飛灰系統(tǒng)設計考慮足夠的裕量

高灰分垃圾焚燒后產生的飛灰量和爐渣量均增加，為此，在排渣、爐渣輸送、飛灰輸送及處理等系統(tǒng)的設計中考慮足夠的裕量，以確保系統(tǒng)的安全、高效運行。

［1］李軍，陳竹，王占磊.生活垃圾焚燒發(fā)電廠選擇性非催化還原系統(tǒng)設計及應用實例［J］.發(fā)電設備，2012，26（2）：138-140.

［2］李軍，嚴圣軍，陳竹，等.符合歐盟2000標準的垃圾焚燒煙氣處理工藝［J］.發(fā)電設備，2012，26（6）：453-455.

［3］李軍，陳竹，嚴圣軍，等.生活垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機旁路系統(tǒng)形式比較［J］.發(fā)電設備，2011，25（6）：447-449.

［4］肖燕，李軍，伍長青.回轉窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應用［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2015，23（5）：74-77.

［5］伍長青，肖燕，李軍.垃圾發(fā)電廠脫硝新工藝概述［J］.中國環(huán)保產業(yè)，2016（4）：25-27.

［6］李軍，嚴圣軍，陳竹，等.垃圾焚燒發(fā)電廠一次風預熱方式的比較分析［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2012，20（6）：60-62.

［7］李軍，嚴圣軍，陳竹，等.比利時Waterleau生活垃圾焚燒爐技術特點［J］.節(jié)能技術，2012，30（5）：464-466.

Operation of Waste Incineration Power Plant in the High Ash Content Area of North China

Li Jun
（China Tianying Inc.，NantongJiangsu226600）

We described the definition of waste in the high ash content from North China.According to the distribution and variation of the high ash content waste，by detailed investigation and study，we eventually divided the specific unloading zone in waste bunker for the high ash content waste，selected the gratesincinerator with high pressure loss，and took effective measures in the equipment and plantdesigns，in order to ensure that effective combustion on high ash content waste in winter.

high ash；waste incineration；grate；mixed straws；high temperature corrosion

X32

A

1005-8206（2017）04-0083-03

李軍（1979—），高級工程師，主要從事垃圾焚燒發(fā)電項目主焚燒線設備的設計工作。

E-mail：lj@ctyi.com.cn。

2016-08-03