餐廚與垃圾焚燒一體化協(xié)同設(shè)計工藝研究及現(xiàn)場應(yīng)用分析

（1．光大生態(tài)環(huán)境設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 211106；2．光大環(huán)保（中國）有限公司，廣東 深圳 518000）

0 前言

目前餐廚垃圾數(shù)量日益增多，在環(huán)保嚴(yán)要求的背景下，餐廚垃圾必須進(jìn)行資源化、無害化處理。目前我國餐廚處理廠大多數(shù)為獨立設(shè)廠，廠區(qū)布置凌亂；臭氣難以消納，廠區(qū)氣味較重；廢渣需外運(yùn)填埋，占用大量土地資源；臭氣與廢水均需自行處理，配套環(huán)保設(shè)施較多。產(chǎn)生的沼氣多數(shù)用于沼氣鍋爐或沼氣發(fā)電機(jī)，但是由于沼氣鍋爐蒸汽產(chǎn)量過剩以及沼氣發(fā)電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定等問題，部分沼氣甚至直接進(jìn)火炬放空燃燒，造成資源浪費；因此獨立項目衛(wèi)生環(huán)境較差且整體投資和運(yùn)行成本較高。

為了解決上述問題，該文提出了餐廚處理項目與生活垃圾焚燒項目“同址合建”一體化協(xié)同處理技術(shù)方案，目前該技術(shù)方案在國內(nèi)為尚未見相關(guān)報道。為探究該技術(shù)方案，我司選擇了光大海鹽綠能環(huán)保項目進(jìn)行示范應(yīng)用，該項目建設(shè)規(guī)模為日處理餐廚廢棄物150 t（一期75 t/d，預(yù)留二期75 t/d）、城市生活垃圾1 200 t（一期800 t/d，預(yù)留二期400 t/d）。餐廚采用“預(yù)處理+固液分離提油+高溫全混厭氧消化+殘渣入爐焚燒+沼氣入爐”的主工藝流程，附屬系統(tǒng)有餐廚垃圾收運(yùn)系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、沼氣儲存和廢水處理等。生活垃圾采用機(jī)械爐排焚燒爐+中溫次高壓余熱鍋爐+凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電主體工藝，附屬系統(tǒng)煙氣凈化采用 “SNCR（選擇性非催化還原脫硝）＋旋轉(zhuǎn)噴霧半干法＋干法脫酸+活性炭噴射吸附＋布袋除塵器+SCR（選擇性催化還原脫硝）+濕法脫酸＋GGH（煙氣再加熱）”的工藝，滲濾液系統(tǒng)采用“預(yù)處理+初沉池+調(diào)節(jié)+厭氧+消化反硝化（A/O）+超濾（UF）+納濾（NF）+反滲透（RO），濃水采用碟管式反滲透（DTRO）”的工藝。通過將餐廚與垃圾焚燒同廠房布置，餐廚厭氧廢水與垃圾滲濾液共用污水處理站，實現(xiàn)餐廚與垃圾焚燒在能源物料上的“你來我往”和技術(shù)上的“互聯(lián)互通”。目前運(yùn)行效果以及經(jīng)濟(jì)效益良好，為后期餐廚項目的推廣提供了成功的技術(shù)支撐。

1 研究應(yīng)用方案

1.1 一體化協(xié)同廠區(qū)布置

采用餐廚處理與生活垃圾焚燒“同址合建”方式，餐廚廢棄物處理間布置在生活垃圾卸料平臺下方，與垃圾焚燒同廠房布置，餐廚廢水與垃圾滲濾液共用污水處理站；餐廚全混厭氧罐與污水站厭氧罐同區(qū)域布置。共用廠區(qū)物流入口、道路、地磅房及地磅；辦公樓、宿舍樓、食堂等。相比獨立項目可以避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)約土地費用，降低運(yùn)營成本。垃圾卸料平臺下方餐廚車間布置圖如圖1 所示；餐廚厭氧罐與污水站厭氧罐同區(qū)域布置圖如圖2 所示。

圖1 餐廚車間

圖2 厭氧罐區(qū)

1.2 一體化協(xié)同生產(chǎn)管理

獨立餐廚項目必須獨立設(shè)置管理、運(yùn)行、維護(hù)和后勤等崗位，人員編制較多，運(yùn)行管理成本較高。由于該項目部分生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)施（辦公、宿舍、食堂）共用，可以減少相關(guān)人員編制，降低管理成本，提高管理效率。

1.3 一體化協(xié)同能源物料

該項目餐廚處理與垃圾焚燒之間一體化協(xié)同實現(xiàn)了原料上的“你來我往”和技術(shù)上的“互聯(lián)互通”，具體如下。1）電。該項目餐廚處理與垃圾焚燒共用輸送電線路，減小電能的損耗，實現(xiàn)資源利用最大化。2）水。該項目生活水管網(wǎng)與焚燒公用，生產(chǎn)用水來自焚燒滲濾液站中水回用。減少了水管網(wǎng)的投資成本，相對獨立項目提高設(shè)備利用率、節(jié)約設(shè)備占地。3）汽。餐廚加熱蒸汽可取自焚燒余熱鍋爐蒸汽，減少了蒸汽鍋爐的投資，相對獨立項目省去設(shè)備投資、節(jié)約設(shè)備占地。4）沼氣。該項目餐廚及滲濾液沼氣集中儲存后直接送入生活垃圾焚燒爐摻燒發(fā)電。燃燒后的熱能通過焚燒余熱鍋爐及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⒔?jīng)高壓入網(wǎng)系統(tǒng)接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，實現(xiàn)資源綜合循環(huán)利用。燃燒后煙氣利用焚燒煙氣凈化系統(tǒng)達(dá)標(biāo)排放。該方案既節(jié)約了相關(guān)鍋爐發(fā)電煙氣凈化等設(shè)備投資，又解決了獨立餐廚項目沼氣鍋爐蒸汽產(chǎn)量過剩以及沼氣發(fā)電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定等行業(yè)共性問題。5）污泥。餐廚物料與滲濾液污泥共發(fā)酵。餐廚垃圾易降解物質(zhì)含量高，C/N 比稍低，酸化快速；而滲濾液站污泥C/N 比高，堿度大，緩沖能力強(qiáng)，二者共發(fā)酵能夠維持厭氧消化體系運(yùn)行穩(wěn)定。因此增設(shè)滲濾液站污泥流入管路，將污泥直接泵往提油程序后的餐廚固液混合池，參與餐廚垃圾進(jìn)罐前的調(diào)質(zhì)過程，實現(xiàn)二者厭氧共發(fā)酵。

1.4 一體化協(xié)同三廢處理

1.4.1 固渣

該項目固渣可在車間內(nèi)通過斗提機(jī)直接送入隔壁垃圾倉焚燒發(fā)電，相對獨立項目達(dá)到資源化的深度利用；并且不產(chǎn)生運(yùn)輸過程中的環(huán)境污染，降低了運(yùn)輸成本；不進(jìn)入填埋場填埋，大大減小了填埋場壓力。

1.4.2 臭氣

該項目臭氣收集后直接進(jìn)入隔壁垃圾倉內(nèi)作為焚燒爐一次風(fēng)，該方案降低了臭氣管道長度，且風(fēng)量便于調(diào)節(jié)，降低除臭系統(tǒng)運(yùn)行管理成本。另外，餐廚建設(shè)一套除臭設(shè)施（兩級化學(xué)洗滌+光催化），可隨時啟用且將全部臭氣處理后達(dá)標(biāo)排放，不受微生物活性影響，處理廢水年排放量少。

1.4.3 廢水

該項目廢水直接進(jìn)入垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液處理站，進(jìn)行生化處理后的中水及濃水回用于餐廚廠及焚燒廠的生產(chǎn)過程，避免污水處理設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，減少占地面積，降低投資及運(yùn)行管理成本。

餐廚與垃圾焚燒一體化協(xié)同研究應(yīng)用內(nèi)容見表1，餐廚與垃圾焚燒一體化協(xié)同研究應(yīng)用路線圖如圖1 所示。

2 研究過程中主要問題及解決措施

2.1 餐廚物料池深基坑設(shè)計施工技術(shù)難點

為了充分利用垃圾卸料平臺下寬大的空間，該項目將餐廚預(yù)處理設(shè)備布置在該區(qū)域內(nèi)。這樣布置在卸料大廳下的預(yù)處理車間與常規(guī)單層廠房排架結(jié)構(gòu)的預(yù)處理車間有較大的不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計既要滿足工藝使用要求，又要滿足結(jié)構(gòu)安全性及規(guī)范的要求，因此對土建設(shè)計提出較高的要求。

布置在卸料大廳下有2 個難點。1）卸料大廳到零米地坪凈高不到7 m，凈高難以滿足工藝的要求。2）下料大廳下按照6 m～8 m 柱距布置有混凝土柱，設(shè)備布置受限制。

圖1 餐廚處理與垃圾焚燒一體化研究應(yīng)用路線圖

表1 餐廚與垃圾焚燒一體化協(xié)同研究應(yīng)用內(nèi)容

預(yù)處理車間頂板是卸料大廳平臺，該標(biāo)高無法調(diào)整，為了解決凈高不夠的問題，結(jié)構(gòu)需要采用降低地坪標(biāo)高的方式來滿足工藝要求。海鹽地區(qū)地質(zhì)條件差，地下水位很高且具有較高的腐蝕性，下沉地坪既要滿足剛度強(qiáng)度要求又要滿足防水防腐要求。經(jīng)過對比，該區(qū)域采用混凝土地坑的形式較為合理，坑底采用混凝土梁板結(jié)構(gòu)，荷載直接通過梁板傳至樁承臺同時與工藝專業(yè)協(xié)商調(diào)整設(shè)備布置，盡量壓縮車間凈高以減少降板量，最終將地坑頂面標(biāo)高定為-2.75 m。做地坑結(jié)構(gòu)隨之帶來很多問題，該項目是第一個地坑里的餐廚處理工程，很多細(xì)節(jié)方面需要仔細(xì)考慮，預(yù)處理地坑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有柱基礎(chǔ)、地梁、地坪底板、地坪排水溝、集水坑、預(yù)處理水池、設(shè)備支墩、鋼平臺等結(jié)構(gòu)，設(shè)計時需要考慮各個構(gòu)件之間的標(biāo)高、定位及受力關(guān)系，同時滿足工藝和土建要求。

2.2 其他問題及解決措施

在調(diào)試運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)前期設(shè)計中存在考慮不周的地方，針對相應(yīng)的問題逐一進(jìn)行了解決，相應(yīng)問題及解決思路如下。1）設(shè)計時，三相分離及給料泵設(shè)計為一用一庫備，導(dǎo)致給料泵維修時，整個生產(chǎn)線需停掉，目前考慮改造為一用一備，單路管道分別進(jìn)料。2）由于本一體化項目餐廚預(yù)處理車間頂部為卸料平臺，密閉空間導(dǎo)致餐廚預(yù)處理間頂部空氣流通性差，現(xiàn)場增加上部空間吸風(fēng)口（臭氣熱氣在頂部聚集，換氣慢），達(dá)到了改善預(yù)處理車間空氣流通性的目的。3）因斗提機(jī)通道與垃圾倉連通，當(dāng)垃圾倉負(fù)壓度高于餐廚車間負(fù)壓時，出現(xiàn)垃圾倉臭氣倒流至餐廚車間，我們通過現(xiàn)場交流，在斗提機(jī)底部及上部加裝止回隔板閥，阻止垃圾倉臭氣倒流。針對斗提機(jī)出現(xiàn)漏料問題，現(xiàn)場采取擴(kuò)大料斗外沿面積，減少料斗與斗提機(jī)外殼的接觸縫隙，改造后未發(fā)現(xiàn)漏料問題。

3 現(xiàn)場應(yīng)用相關(guān)影響分析

3.1 沼氣入爐焚燒對焚燒爐效率的影響分析

該項目餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣計算量約為4 500 m3/d，將送入海鹽生活垃圾電廠焚燒爐焚燒，根據(jù)熱平衡計算可得。

3.1.1 不摻燒沼氣計算工況

汽機(jī)發(fā)電功率：

P=Dc1（hq-hc1）+Dc2（hq-hc2）+Dc3（hq-hc3）+Dqp（hqhqp）×0.98×0.99÷3600=16.2186 MW

Dc1=空預(yù)器汽機(jī)抽汽量6.61 t/h。

Dc2=除氧器抽汽量4.46 t/h。

Dc3=低加抽汽量4.63 t/h。

Dqp=汽機(jī)排汽量58.65 t/h。

hq=汽輪機(jī)入口過熱蒸汽焓3 275 kJ/kg。

hc1空預(yù)器汽機(jī)抽汽焓3 107 kJ/kg。

hc2除氧器抽汽焓2 957 kJ/kg。

hc3低加抽汽焓值2 666 kJ/kg。

hqp汽機(jī)排汽焓值2 341 kJ/kg。

發(fā)電熱效率：

B=垃圾入爐量33.33 t/h。

Qd=垃圾熱值7 500 kJ/kg。

發(fā)電汽耗率：

3.1.2 摻燒沼氣計算工況

海鹽餐廚垃圾每日產(chǎn)生沼氣4 500 m3，甲烷含量60%。

即每天產(chǎn)生的4 500 m3的沼氣折算成垃圾相當(dāng)于每小時0.54 t。

B總=B+B1=33.33+0.54=33.87 t/h

總?cè)霠t量為33.87 t/h。

ηrb1=23.34%

3.1.3 結(jié)論

根據(jù)上述計算可以看出沼氣摻燒前后發(fā)電熱效率及發(fā)電汽耗率變化不大，因此，沼氣入爐對焚燒爐不產(chǎn)生影響。

該項目餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼氣預(yù)估產(chǎn)量約為4 500 m /d，沼氣的發(fā)熱量為5 491 kcal/m3，熱效率為23.34%，沼氣入爐新增發(fā)電功率為：

折合沼氣入爐年新增發(fā)電量224 萬kW·h。

3.2 臭氣進(jìn)焚燒爐作一次風(fēng)對垃圾倉的影響分析

3.2.1 垃圾倉進(jìn)出風(fēng)量統(tǒng)計

垃圾倉體積（凈體積）約75 000 m3。

滲濾液臭氣輸送量10 000 m3。

餐廚臭氣輸送量40 000 m3。

一次風(fēng)取風(fēng)量100 000 m3。

二次風(fēng)取風(fēng)量44 000 m3。

該區(qū)域的滲濾液溝道間正常工況下進(jìn)出風(fēng)均在垃圾坑內(nèi)，該次不再統(tǒng)計。上述數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)計計算值結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行工況統(tǒng)計得出。

3.2.2 垃圾坑風(fēng)量平衡

進(jìn)風(fēng)量：滲濾液臭量10 000 m3+餐廚臭氣量40 000 m3=合計50 000 m3。

出風(fēng)量：一次風(fēng)取風(fēng)量100 000 m3+二次風(fēng)取風(fēng)量44 000 m3=合計144 000 m3。

整體風(fēng)量統(tǒng)計：出風(fēng)量144 000 m3-進(jìn)風(fēng)量50 000 m3=出風(fēng)量94 000 m3。

換氣次數(shù)核算：出風(fēng)量94 000 m3/垃圾倉體積75 000 m3=1.25 次/h。

根據(jù)工程經(jīng)驗，維持5 Pa～10 Pa 的壓差需要換氣次數(shù)大約0.8～1.2 次/h，現(xiàn)1.25 次/h 滿足要求。

3.2.3 結(jié)論

根據(jù)計算和實際運(yùn)行的效果，目前垃圾坑負(fù)壓狀態(tài)良好，因此餐廚臭氣送入垃圾坑協(xié)同處理，不僅對垃圾坑負(fù)壓不會產(chǎn)生影響，還可有效處理餐廚臭氣，降低餐廚臭氣處理成本。

3.3 餐廚與垃圾焚燒一體化協(xié)同設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性分析

海鹽餐廚批復(fù)日處理量75 t/d，但預(yù)處理厭氧等處理裝置實際設(shè)計能力為100 t/d，因此我們選擇了我司同等規(guī)模（100 t/d）宿遷非一體化處理餐廚項目進(jìn)行工程投資與經(jīng)濟(jì)效益對比，具體內(nèi)容如下。

3.3.1 海鹽一體化餐廚

該項目建設(shè)規(guī)模100 t/d，總投資4 962.73 萬元，靜態(tài)投資為4 811.60 萬元，其中建筑工程費用估算為756.68 萬元，設(shè)備購置費用估算為2 624.08 萬元，安裝工程費用估算為459.37 萬元，工程建設(shè)其他費用估算為742.35 萬元，基本預(yù)備費估算為229.12 萬元，建設(shè)期利息82.52 萬元（建設(shè)期1 年），鋪底流動資金為68.61 萬元。折噸餐廚投資49.6萬元/噸餐廚。

據(jù)實際統(tǒng)計，每天外購原材料及燃料動力費需要成本為5 445 元，其中外購原材料運(yùn)行成本為823.29 元，外購燃料及燃料動力費成本為4 621.71 元，噸外購原材料及燃料動力費成本為72.6 元/噸餐廚；該項目需設(shè)置24 名員工，包括收運(yùn)人員和管理人員，人員成本開支為302.97 萬元，噸人員每天成本為110.67 元/噸餐廚；污水處理費每年運(yùn)行成本為82.20 萬元，每天污水處理費2 252.05 元，噸餐廚污水處理成本為28.15 元/噸餐廚；車輛保險費每年成本開支為27.40 萬元，噸車輛保險費用成本為9.38 元/噸餐廚；合計每噸餐廚處理成本為220.8 元/噸餐廚。

據(jù)實際統(tǒng)計，海鹽餐廚項目目前日處理量為75 t/d，政府對處理每噸餐廚垃圾的補(bǔ)貼為230 元，則每日補(bǔ)貼收入17 250 元；蒸汽發(fā)電每日6 750 度，每日收益4 387.50 元；每日獲得粗油脂6.27 t，每噸3 500 元，獲益21 945 元；合計每日收入43 582.50 元。折噸餐廚收入581.1 元/噸餐廚。

3.3.2 光大宿遷非一體化處理餐廚

光大宿遷非一體化處理餐廚主要生產(chǎn)工藝為餐廚廢棄物預(yù)處理系統(tǒng)、地溝油處理系統(tǒng)、全混厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣發(fā)電系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)。項目為獨立廠房設(shè)計，配套沼氣存儲、凈化、沼氣發(fā)電等設(shè)備。

該項目建設(shè)規(guī)模100 t/d，項目總投資7 693.99 萬元，靜態(tài)投資為7 486.18 萬元，其中建筑工程費用估算為2 431.45萬元，設(shè)備購置費用估算為3 270.82 萬元，安裝工程費用估算為499.13 萬元，工程建設(shè)其他費用估算為928.30 萬元，基本預(yù)備費估算為356.48 萬元，建設(shè)期利息119.02 萬元（建設(shè)期1 年），鋪底流動資金為88.80 萬元。折合噸餐廚投資為76.94 萬元/噸餐廚，高于一體化項目投資。

根據(jù)實際統(tǒng)計，每天外購原材料及燃料動力費需要成本為8 474.52 元，其中外購原材料運(yùn)行成本為4 244.11 元，外購燃料及燃料動力費成本為4 230.41 元，噸外購原材料及燃料動力費成本為84.75 元/噸餐廚；該項目需設(shè)置10名操作員工，人員成本開支為126.24 萬元，噸人員每天成本為34.58 元/噸餐廚；污水處理費每年運(yùn)行成本為120.60萬元，每天污水處理費3 304.11 元，噸餐廚污水處理成本為33.04 元/噸餐廚；餐廚收運(yùn)費用346.76 萬元，噸餐廚收運(yùn)成本為95 元/噸餐廚；合計每噸餐廚處理成本為247.37元/噸餐廚。

據(jù)實際統(tǒng)計，本非一體化處理餐廚項目目前日處理量為100 t/d，政府對處理每噸餐廚垃圾的補(bǔ)貼為235 元，則每日收入23 500 元；沼氣發(fā)電每日收入9 134.45 元；每日獲得粗油脂5.05 t，每噸3 500 元，獲益17 675 元；合計每日收入50 309.45 元。折噸餐廚收入503.09 元/噸餐廚。

對比分析：餐廚垃圾處理和生活垃圾焚燒協(xié)同處理，將經(jīng)過預(yù)處理后滿足入爐要求的廢棄物（餐廚固渣）投入焚燒爐，在進(jìn)行生活垃圾焚燒發(fā)電的同時實現(xiàn)對餐廚廢棄物的無害化處置，節(jié)省單獨處置所產(chǎn)生的費用。一體化協(xié)同與非協(xié)同處理的部分建設(shè)投資與處理成本對比表詳見表2，一體化協(xié)同與非協(xié)同處理的部分收益率對比表見表3，一體化協(xié)同處理降低投資成本2 731.26 萬元，噸餐廚投資降低27.34 萬元/噸餐廚；噸餐廚運(yùn)行成本降低約26.57 元/噸餐廚，每天可節(jié)約運(yùn)行成本2 657 元，每年節(jié)省96.98 萬元。

表2 一體化協(xié)同與非協(xié)同處理的建設(shè)投資與處理成本對比表（萬元）

表3 一體化協(xié)同與非協(xié)同處理的收益率對比表（萬元）

餐廚與垃圾焚燒一體化協(xié)同處理，節(jié)約土地，減少管道及殘渣的二次倒運(yùn)，大大地節(jié)省運(yùn)營成本，提升經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)革新。

根據(jù)《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》發(fā)改環(huán)資〔2016〕2851 號，“十三五”末期我國餐廚垃圾日處理能力應(yīng)達(dá)到3.44 萬t/d，城市基本建立餐廚垃圾回收和再生利用體系，折合100 t/d 的項目近350 個。如在全國范圍內(nèi)，采用與生活垃圾焚燒的協(xié)同處理模式，按單個項目每年節(jié)省運(yùn)營費用為96.98 萬元，每年節(jié)省費用高3.39 億元，前景廣闊。

4 結(jié)論

針對國內(nèi)餐廚垃圾處理項目的設(shè)計弊端，依托光大海鹽餐廚項目，我們探索出餐廚與生活垃圾焚燒一體化協(xié)同設(shè)計應(yīng)用技術(shù)，通過上述應(yīng)用分析論述，形成如下4 點結(jié)論。1）該文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了餐廚處理布置方式及協(xié)同處理工藝，能夠大大降低餐廚建設(shè)及運(yùn)行成本，并在光大海鹽餐廚垃圾處理項目上得到了成功應(yīng)用。2） 海鹽餐廚與垃圾焚燒一體化工藝設(shè)計表明，餐廚厭氧產(chǎn)生的沼氣送入焚燒爐協(xié)同處理對焚燒爐效率并無影響；沼氣入爐年新增發(fā)電量約為224 萬kW·h。3）海鹽餐廚與垃圾焚燒一體化工藝設(shè)計表明，餐廚臭氣送入垃圾坑協(xié)同處理對垃圾倉負(fù)壓并無影響，并能大幅降低臭氣處理的投資規(guī)模。4）該文研究的餐廚垃圾與生活垃圾一體化協(xié)同處理工藝的成功應(yīng)用，為后期餐廚垃圾與生活垃圾協(xié)同處理項目的建設(shè)鋪平了道路，成功推動著整個行業(yè)的進(jìn)步，并成為行業(yè)新的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)桿。