杭州臨江垃圾焚燒項(xiàng)目設(shè)計(jì)亮點(diǎn)探討

王德鋒

(1.浙江省環(huán)保集團(tuán)有限公司，杭州 310000；2.中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，杭州 310052；3.杭州臨江環(huán)境能源有限公司，杭州 310005)

0 引 言

杭州臨江環(huán)境能源工程位于杭州錢塘新區(qū)，主要承擔(dān)杭州市主城區(qū)的生活垃圾無(wú)害化處理，設(shè)計(jì)日處理生活垃圾5 200 t，建設(shè)6臺(tái)870 t/日機(jī)械爐排爐，采用中溫次高壓蒸汽參數(shù)，配置3臺(tái)額定出力為45 MW的凝汽式汽輪機(jī)及3臺(tái)50 MW發(fā)電機(jī)。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+袋式除塵器+1#GGH+濕法脫酸+SGH+SCR(選擇性催化還原脫硝)+2#GGH(煙氣脫白)”的先進(jìn)工藝路線，為浙江省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，屬于亞運(yùn)保障工程，計(jì)劃2020年底建成投產(chǎn)。

1 項(xiàng)目規(guī)模特點(diǎn)

本項(xiàng)目具有較大的垃圾處理規(guī)模和建筑體量，生活垃圾日處理量超過(guò)5 200 t，是目前全亞洲一次性建設(shè)，規(guī)模第二的生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，廠區(qū)占地面積354畝，其中建筑物占地103畝，總建筑面積超過(guò)13萬(wàn)平方米。

全廠由6條先進(jìn)的生活垃圾焚燒處理線組成，6條焚燒線、3套汽輪發(fā)電機(jī)組共同布置于綜合主廠房?jī)?nèi)，主廠房占地面積超過(guò)5.3萬(wàn)平方米(約80畝)，建筑面積地上部分9.9萬(wàn)平方米，地下部分1 600平方米。6條焚燒線分2個(gè)焚燒車間南北對(duì)稱布置，汽機(jī)間和集控樓位于南北車間之間，主廠房南北跨度達(dá)250米，從卸料平臺(tái)至煙氣凈化間尾部，廠房長(zhǎng)度超過(guò)220米，建筑體量宏偉，共可容納百人同時(shí)參觀。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

2.1 去工業(yè)化考慮

本項(xiàng)目打破傳統(tǒng)電廠的設(shè)計(jì)思維，在去工業(yè)化方面作了充分考量，為了消除焚燒廠房作為工業(yè)建筑本身的冰冷感，建筑方案塑造過(guò)程中充分體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)原則，將建筑與當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境、人文環(huán)境相融合，通過(guò)將綢帶輕盈飄逸的意向抽象，融入到建筑的神韻中，同時(shí)將呈現(xiàn)杭州深厚文化底蘊(yùn)的舞韻，連同千年錢江潮水的舞動(dòng)滲透到建筑之美中去，營(yíng)造“綢帶當(dāng)空，舞動(dòng)錢江”的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)結(jié)合“一軸一帶五區(qū)十景”的景觀綠化，協(xié)調(diào)全廠的建筑效果，使其成為有機(jī)協(xié)調(diào)的整體。

2.2 海綿城市設(shè)計(jì)

廠前區(qū)、清潔生產(chǎn)區(qū)完全按海綿城市要求設(shè)計(jì)，通過(guò)下凹式綠地、透水性地面、調(diào)蓄景觀水池，充分發(fā)揮建筑、道路、綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的園區(qū)發(fā)展方式。

2.3 環(huán)保教育功能考慮

本工程兼具科教、示范功能，在平面設(shè)計(jì)上，參觀流線設(shè)計(jì)占有極重要的地位。整個(gè)參觀流線圍繞中庭空間展開(kāi)，通過(guò)串聯(lián)工藝設(shè)備展示，室內(nèi)展陳，多媒體互動(dòng)，中庭花園等多個(gè)建筑空間，增加參觀的趣味性，體驗(yàn)?zāi)茉蠢玫脑?，提高公眾意識(shí)。

2.4 采用三維設(shè)計(jì)技術(shù)手段

項(xiàng)目全部設(shè)計(jì)工作采用三維技術(shù)，土建部分應(yīng)用Revit、PKPM、3D3S等軟件進(jìn)行建模計(jì)算，并完成建筑結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、煙風(fēng)道及電儀的模型設(shè)計(jì)；工藝部分采用PDMS、CAESAR進(jìn)行建模計(jì)算，完成全廠汽水管道的模型設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)Naviswork進(jìn)行綜合管理，將鋼結(jié)構(gòu)、建筑、結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)備等模型導(dǎo)入，完成各專業(yè)間碰撞檢查，進(jìn)行空間管理，依據(jù)三維設(shè)計(jì)模型，提取工程量統(tǒng)計(jì)報(bào)告，出具各專業(yè)施工圖和軸測(cè)圖。本項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)很好地為現(xiàn)場(chǎng)施工創(chuàng)造了條件，為場(chǎng)地布置、現(xiàn)場(chǎng)策劃、技術(shù)交底、成本管控、材料管控、進(jìn)度管控、協(xié)同管理、吊裝模擬、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制加工等方面提供了有力保障。

3 工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 完善的焚燒爐設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目垃圾焚燒爐的設(shè)計(jì)，充分考慮了燃燒負(fù)荷變化范圍、爐膛溫度、煙氣區(qū)域停留時(shí)間、爐膛結(jié)焦與腐蝕、焚燒爐測(cè)點(diǎn)的布置，相關(guān)規(guī)范要求以及焚燒爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行等諸多因素，焚燒爐爐膛設(shè)計(jì)先進(jìn)、可靠，且爐排面積大，機(jī)械負(fù)荷小，焚燒爐超負(fù)荷能力強(qiáng)。

焚燒爐的設(shè)計(jì)還考慮了沼氣回噴和滲濾液濃縮液回噴，滲濾液產(chǎn)生的沼氣經(jīng)管道送至焚燒爐，通過(guò)專用的沼氣燃燒器燃燒。不僅能夠處理廢氣，還可以有效利用熱能。

3.2 先進(jìn)的核心設(shè)備配置

本項(xiàng)目采用機(jī)械式爐排爐，爐排片采用高鉻耐熱鑄鋼，具有耐磨損和耐腐蝕性，能承受很高的機(jī)械強(qiáng)度，整體壽命達(dá)10年以上，更換率低，更換檢修便捷，運(yùn)行維護(hù)方便。其中單條焚燒線處額定垃圾處理規(guī)模達(dá)到870 t/d，單爐處理規(guī)模在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目中居于前列。該爐排結(jié)構(gòu)為往復(fù)式，由活動(dòng)爐排行和固定爐排行交錯(cuò)布置構(gòu)成，爐排元件緊密結(jié)合，在減少漏渣的基礎(chǔ)上，滿足一次風(fēng)的穿透率，布風(fēng)均勻，燃燒無(wú)死角；并且采用三段式，分別為干燥爐排、燃燒爐排和燃燼爐排，可以使各段爐排的運(yùn)動(dòng)速度可以根據(jù)焚燒爐內(nèi)燃燒狀況單獨(dú)調(diào)節(jié)，保證垃圾的完全燃燒；本項(xiàng)目爐排為大裕量面積爐排，不僅提高了爐排機(jī)械超負(fù)荷能力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定燃燒，同時(shí)通過(guò)合理的配風(fēng)以及一次風(fēng)風(fēng)溫控制，采用中溫次高壓蒸汽參數(shù)等手段提高焚燒系統(tǒng)熱效率。通過(guò)這項(xiàng)先進(jìn)的工藝技術(shù)，可更為有效的保護(hù)環(huán)境，更好地實(shí)現(xiàn)垃圾處理的“減量化、資源化、無(wú)害化”。

3.3 最先進(jìn)的燃燒成像系統(tǒng)

采用現(xiàn)行國(guó)際上先進(jìn)的燃燒成像系統(tǒng)(COSMOS系統(tǒng))，可以實(shí)現(xiàn)焚燒爐內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視、精準(zhǔn)測(cè)量爐膛內(nèi)火焰分布情況。

燃燒成像系統(tǒng)(COSMOS系統(tǒng))和自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)(ACC)聯(lián)動(dòng)，控制垃圾料層厚度、一次風(fēng)溫度、主蒸汽流量、燃燒位置、熱灼減率最小化、煙氣中的氧氣濃度、爐內(nèi)煙氣溫度等來(lái)實(shí)現(xiàn)焚燒爐的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，可靠性強(qiáng)且投運(yùn)率近100%。

3.4 領(lǐng)先的煙氣治理措施

為致力于打造“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、世界一流”的生活垃圾焚燒處理廠，本項(xiàng)目煙氣凈化采用目前國(guó)際上最先進(jìn)的“SNCR+旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+干法噴射+活性炭噴射吸附+袋式除塵+1#GGH+濕法洗滌+SGH+SCR+2#GGH”的組合工藝，該工藝采用多級(jí)串聯(lián)脫酸，脫酸效率高、脫酸負(fù)荷可調(diào)性大，同時(shí)采用“SNCR+SCR”聯(lián)合脫硝，有效降低NOx濃度。換熱裝置選用兩級(jí)煙氣-煙氣換熱器串聯(lián)加熱，減少SGH蒸汽耗量，在確保煙氣排放達(dá)標(biāo)的同時(shí)，降低能耗。不同于SCR前置于濕法的工藝，本工藝方案將SCR置于濕法脫酸之后，可保證SCR入口的SO2濃度極低，有效延長(zhǎng)SCR催化劑的壽命，從而減少投資成本。經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的煙氣凈化工序處理后的煙氣，酸性氣體、氮氧化物、煙塵、二噁英等民眾關(guān)心的污染物排放均可控制在極低的排放水平。

3.5 煙氣再循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為降低鍋爐出口煙氣中NOx濃度，本項(xiàng)目從袋式除塵器出口引一路煙氣，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)回流至焚燒爐前后拱，從循環(huán)煙氣噴嘴注入，回流煙氣量通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻及可調(diào)風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)后，有效的降低焚燒爐內(nèi)的氧濃度，創(chuàng)造有利于低氮燃燒的還原性氣氛，能夠在燃燒過(guò)程中有效抑制NOx的生成，同時(shí)加速爐內(nèi)煙氣的攪拌，使燃燒穩(wěn)定，減少了必要的二次風(fēng)量。

在垃圾充分燃燒的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)供應(yīng)量、采用煙氣再循環(huán)等技術(shù)來(lái)降低燃燒時(shí)的空燃比，減少煙氣量，降低排煙熱損失，從而實(shí)現(xiàn)低空燃比(低過(guò)量空氣系數(shù))燃燒。低空燃比技術(shù)可以控制過(guò)量空氣系數(shù)范圍為1.2～1.3，余熱鍋爐出口煙氣含氧含量為3%～5%。通過(guò)降低過(guò)量空氣系數(shù)，可減少煙氣排放量，從而減少了排煙熱損失提高鍋爐效率。

采用煙氣再循環(huán)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)低空燃比燃燒技術(shù)，也可以降低燃燒區(qū)煙氣中的氧濃度，從而達(dá)到降低NOx的目的，可以有效降低脫硝系統(tǒng)原材料的消耗。且煙氣的排放量減少，引風(fēng)機(jī)電耗減少，有利于廠用電率的降低，該系統(tǒng)煙氣回流比例為15%，回流煙氣溫度為150 ℃。

3.6 消霧冷卻塔設(shè)計(jì)

消霧冷卻塔是在常規(guī)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的基礎(chǔ)上，增加了干式部分，用于將部分進(jìn)塔的冷空氣加熱并與濕式部分的濕熱空氣混合以降低出塔空氣相對(duì)濕度，從而達(dá)到消霧的目的，也能與當(dāng)?shù)刂車h(huán)境能夠很好的融合，徹底消除周圍居民對(duì)白霧的誤解，提高廠區(qū)整體環(huán)境；另一方面，可以對(duì)冷卻塔出口的水汽進(jìn)行回收利用，降低系統(tǒng)補(bǔ)水量，節(jié)約水資源。在處理垃圾的同時(shí)更好的實(shí)現(xiàn)了“綠水青山就是金山銀山”的理念。

本項(xiàng)目冷卻塔的下半部分即濕式部分為常規(guī)冷卻塔，配備了填料，布水系統(tǒng)，收水器等常規(guī)設(shè)備，由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入塔內(nèi)的冷空氣和熱水直接接觸，通過(guò)蒸發(fā)和對(duì)流的方式進(jìn)行熱交換，將熱水中的熱量傳遞到空氣中并由風(fēng)機(jī)將濕熱空氣排入大氣，從而降低循環(huán)水水溫。

冷卻塔上半部為干式部分，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置了高效翅片管換熱器，由軸流風(fēng)機(jī)吸入塔內(nèi)的空氣分為兩部分進(jìn)入塔內(nèi)：一部分由濕式部分的進(jìn)風(fēng)口經(jīng)由填料層，布水層和收水器層，到達(dá)混合區(qū)，此部分空氣為飽和或接近飽和的濕熱空氣；另一部分經(jīng)由換熱管束從干式部分的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入塔內(nèi)混合區(qū)，此部分空氣被流經(jīng)管束的熱水絕濕加熱，溫度升高，相對(duì)濕度降低，為干熱空氣。這兩路空氣在混合區(qū)內(nèi)通過(guò)混合器的均勻混合，使得整體的濕度降低，從而保障最終的消霧效果。

3.7 煙囪脫白設(shè)計(jì)

“有色煙羽”現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)發(fā)電行業(yè)非常普遍，煙囪出口煙霧繚繞，影像視覺(jué)，造成露點(diǎn)腐蝕，容易引起周邊群眾誤解，引起不必要的關(guān)注，亦有可能提供氮氧化物、二氧化硫與水分子的光化學(xué)反應(yīng)環(huán)境，形成霧霾，進(jìn)而影響空氣質(zhì)量。雖然現(xiàn)時(shí)政府部門未對(duì)“脫白”工作的推進(jìn)作硬性要求，但本項(xiàng)目未雨綢繆，設(shè)計(jì)之初結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝布置就考慮了“脫白”工藝，通過(guò)聯(lián)合濕法洗滌系統(tǒng)降低凈煙氣溫度至飽和溫度以下，并對(duì)引風(fēng)機(jī)入口煙氣進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)煙囪出口白色“煙羽”的有效控制。調(diào)整相關(guān)運(yùn)行參數(shù)確保煙囪出口無(wú)“白霧”現(xiàn)象，做到與當(dāng)?shù)刂車h(huán)境能夠很好的融合，徹底消除周圍居民對(duì)白霧的誤解，提高廠區(qū)整體環(huán)境。

3.8 可靠保障設(shè)計(jì)

電氣主接線系統(tǒng)中，杭州臨江環(huán)境能源項(xiàng)目?jī)蓷l110 kV進(jìn)線間設(shè)置了高壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)，母線運(yùn)行方式更靈活，且在一條外線故障時(shí)能保障廠內(nèi)電源與外部電力系統(tǒng)的連續(xù)聯(lián)絡(luò)，保障了廠用電的安全及廠內(nèi)發(fā)電出力的外送，不會(huì)因?yàn)橐粭l110 kV外線的跳閘或停用造成廠內(nèi)大量減產(chǎn)或緊急停機(jī)。此外，該項(xiàng)目還增設(shè)了一臺(tái)完全獨(dú)立的廠用備用變壓器，作為電廠機(jī)組起動(dòng)和備用電源，由110 kV配電裝置母線引接。進(jìn)一步提高了廠用電可靠性，能保障廠內(nèi)設(shè)備安全運(yùn)行。過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)方面，主廠房和循環(huán)及綜合水泵房按二類防雷建筑物設(shè)置防直擊雷過(guò)電壓裝置，在110 kV配電裝置進(jìn)出線側(cè)均裝設(shè)避雷器以防止雷電侵入波的危害，在主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)氧化鋅避雷器、發(fā)電機(jī)的出口裝設(shè)氧化鋅避雷器、10 kV母線上裝設(shè)氧化鋅避雷器、高壓斷路器柜內(nèi)裝設(shè)限制操作過(guò)電壓的避雷器、低壓母線和關(guān)鍵設(shè)備(如直流裝置、UPS、監(jiān)控系統(tǒng)電源)進(jìn)線處加裝防浪涌保護(hù)器。上述設(shè)計(jì)能夠有效保障設(shè)備的使用壽命和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 與同類項(xiàng)目對(duì)比

4.1 技術(shù)對(duì)比

國(guó)內(nèi)某大型項(xiàng)目前期已建有一座3 000 t/d生活垃圾焚燒廠(一期工程)，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)建了二期6 000 t/d項(xiàng)目，設(shè)8臺(tái)750 t/d機(jī)械往復(fù)式爐排爐，配套8臺(tái)93 t/h余熱鍋爐及相應(yīng)煙氣凈化系統(tǒng)，配備3套50 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，預(yù)計(jì)年處理生活垃圾量200萬(wàn)t，年發(fā)電量10億kW·h。對(duì)比臨江項(xiàng)目與該國(guó)內(nèi)大型項(xiàng)目之間的異同，對(duì)行業(yè)后續(xù)類似工程建設(shè)有著重大意義。

主要指標(biāo)列表對(duì)比表

4.2 主要差異

由于使用了更大容量的焚燒爐，杭州環(huán)境能源項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)使用更少數(shù)量的焚燒爐-余熱鍋爐單元數(shù)(6臺(tái))以達(dá)到更大的垃圾處理量及年發(fā)電量，并減少全廠建設(shè)造價(jià)及后期運(yùn)行、維護(hù)及檢修等管理成本。

杭州環(huán)境能源項(xiàng)目尾部煙氣凈化工藝為爐內(nèi)SNCR脫硝+半干法脫酸+干法噴射+活性炭噴射吸附+袋式除塵+濕法脫酸+SCR脫硝，比類比項(xiàng)目增加了半干法脫酸，使煙氣排放污染物濃度更低(特別是SO2)。另外，杭州環(huán)境能源項(xiàng)目在SCR前后增設(shè)的#2GGH，通過(guò)回收熱量使尾部煙氣排放溫度達(dá)到130 ℃以下，提升了煙氣余熱利用效率；相應(yīng)類比項(xiàng)目由于未設(shè)置該GGH使排煙溫度接近170 ℃，增加了能量浪費(fèi)。

兩個(gè)項(xiàng)目均采用兩組廠房中間夾控制樓的“π”形主廠房布置模式，但類比項(xiàng)目將汽輪機(jī)布置在一側(cè)廠房的末端，使主蒸汽管道過(guò)長(zhǎng)，部分鍋爐主蒸汽管道壓降大，產(chǎn)生不必要的管道浪費(fèi)和效率損失。杭州環(huán)境能源項(xiàng)目將汽輪發(fā)電機(jī)組(汽機(jī)房)布置在“π”形廠房的空檔處，大大減少了全廠合金鋼管道長(zhǎng)度，節(jié)約了投資、提高了效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)杭州臨江垃圾焚燒項(xiàng)目設(shè)計(jì)的分析，介紹了本工程的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)和工藝技術(shù)特點(diǎn)，繼而為類似的焚燒發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供參考和借鑒，也希望通過(guò)采用先進(jìn)和多元化的設(shè)計(jì)理念，推進(jìn)生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。